基于CDIO 模式的數字電子技術教學改革研究與實踐*

楊翠云，黃 平，王艷玲

（桂林師范高等?？茖W校物理與工程技術系，廣西 桂林 541100）

1 引言

CDIO 教學模式最早由汕頭大學于2005 年引入中國，在教育部相關部門的指導和支持下，全國幾十所高校進行了試點改革，教師們把該教學模式引入專業教學和課程改革實踐中均取得了很好的教學效果[1]。目前，CDIO 教學模式不僅在本科院校工科專業獲得推廣，而且高職高專類院校的教師們也應用該模式進行教學改革，同樣有效地提高了教學質量[2]。胡占軍等人把CDIO 教學模式與高職教育的“基于項目的教育和學習”以及“做中學”進行了比較，認為CDIO 模式是兩者的集中概括和抽象表達[3]。CDIO 教學模式注重學生今后工作需要具備能力的培養，解決了理論教學與實踐教學的統一問題，其制定的12 條標準為工科教育教學改革提供了實施指南和評價標準，因此該教育模式獲得了工程領域教育工作者的廣泛認可[1-4]。

數字電子技術課程作為電子信息類等專業的專業基礎課，它集物理學、電子控制技術、計算機等多門學科于一體，涉及生活、科技、工業等多個領域，是一門實踐性很強的學科。在傳統的數字電子技術課程教學模式中，教師按照教材安排的學科知識進行授課，著重于電路結構和功能的分析，對設計電路的方法和學生能力的培養沒有足夠重視。而在實驗教學中，也是以教師為主導，學生根據已有的實驗步驟完成既定的實驗，學生缺少發揮個性的空間，學生的積極性、主動性受到抑制，學生獨立分析解決問題的能力、合作交流能力、創新思維能力、自主學習能力等也沒有得到有效訓練。理論教學和實踐教學分開的結果，使得兩者的進度不統一，對學生的持續性和連續性學習產生不利的影響。此外，課程考核方式單一，只考核學生對知識的掌握程度，沒有對學生的能力進行有效評價。因此尋找一種既有利于激發學生學習的興趣又利于學生培養學生能力的教學模式成為教師的迫切需求。

本文把CDIO 模式應用于數字電子技術課程的教學，依據CDIO 教學理念重新修制定了課程教學培養目標，對教學內容進行了梳理，按照CDIO 的教學模式重新設計了教學環節，改革了評價方式，教學質量得到明顯提高，因此本文可以為電子技術類課程教學改革提供參考。

2 數字電子技術課程教學中存在的問題

通過教師間的交流以及與學生訪談，數字電子技術課程教學中存在主要問題如下：

2.1 教學過程中教師重視傳授知識和培養技能，忽視培養能力

在授課的過程中，把注意力都放在知識的講解和技能的培養上，對學生能力的養成關注不夠。學生畢業后走進社會，其工作中必需的合作交流能力、工程能力和分析解決問題的能力卻沒有得到有效訓練。因此，教師在授課的過程中除了培養學生的學科專業知識外，還必須培養學生的能力。

2.2 課堂教學枯燥，學生缺乏興趣

傳統的課堂教學，教師雖采用多媒體課件上課，但是一節課絕大部分時間都是教師的一言堂，學生參與度低，不少學生還在看手機，幾乎沒有聽課。也就是說由于授課形式單一，學生提不起學習興趣，導致授課效率低下。

2.3 學生學業成績的評價標準單一

在傳統的教學中，評價學生的學業成績主要看考試的成績，比如段考成績占20%，平時成績（主要看作業）占20%。期末成績占60%，教師對學生學業成績缺乏全面的評價標準。此外，對學生的能力部分，幾乎沒有提及。在這樣一種評價方式下，教師不會多花精力培養學生能力，由于成績與此無關，學生也不會關心。

基于以上存在的問題，電子信息工程技術專業教師進行教學改革，把CDIO 教學理念引入教學，重新審視并修改了電子技術課程的教學目標，對教學內容進行梳理，按照CDIO 的教學模式設計教學環節，除了培養學生的專業知識外，注重學生的能力的培養，使他們畢業后能夠成為一個合格的能夠從事功能電路設計、產品檢測、系統維護等工作的高素質的應用型人才。

3 基于CDIO 理念的課程培養目標

在CDIO 模式下，數字電子技術課程的學習目標分為技能目標和能力目標。因此，根據電子信息工程技術專業的人才培養方案，重新理清了數字電子技術課程人才培養目標，如表1 所示[5]。

表1 數字電子技術課程的CDIO 能力培養目標

從上表可以清晰看出數字電子技術課程要培養學生的哪些能力，方便教師在教學的過程中了解課程教學目標的達成度，并及時調整教學方法和策略。

4 基于CDIO 模式的教學改革與實踐

基于以上的數字電子技術課程的能力培養目標和CDIO 教學理念，按照項目化的要求對課程內容進行梳理，設計了4 個教學環節[6]。環節1 是下達項目工程任務及學生組隊，并在教師的指導下完成相關知識的學習。在該環節學生自主觀看微課視頻和教師進行線上隨時答疑和教師掌握學習情況后的線下集中輔導，團隊成員通過查閱資料，討論之后達成一致意見，形成最佳項目方案，完成項目構思環節；環節2 是設計，在確定項目方案后，根據所學的理論知識和教師的指導進行電路的具體設計；環節3 是實施，把設計好的電路在軟件上進行仿真，然后在面包板上進行實際的接線與調試，最后，學生在自己制成的PCB 板上組裝、焊接與調試電路，完成項目。環節4 是運行，在項目完成后，對項目進行匯報。在這過程中完成以上能力目標的培養。現以“交通燈故障報警”項目為例，介紹基于CDIO 的項目執行過程。

4.1 項目構思

教師課前給學生觀看交通燈工作的視頻，啟發學生構思項目。交通燈有紅、黃、綠三種顏色，任一時刻只有一種顏色交通燈亮是正常的，如果一盞燈都不亮或同時亮起兩種及兩種以上顏色交通燈就發出故障報警。學生經過觀察思考后提出的項目有：交通燈故障的解決問題、交通燈的控制問題、能根據路況反饋情況智能交通燈的控制問題，等。之后學生每4 人組成一個小組，確定本組的研究項目，即完成項目的構思過程。下面以解決交通燈故障為例進行說明。

4.2 項目設計

學生通過進一步查閱資料、觀看教師提供的視頻、同組學生相互交流、討論以及教師的及時指導，完成項目的設計。學生首先按照邏輯代數知識進行邏輯抽象，設定紅、黃、綠三個交通燈的亮滅狀態做為輸入變量，分別用A、B、C 表示，規定0 狀態表示燈不亮，1 狀態表示燈亮，故障報警信號為輸出信號，用Y 表示，規定Y=0 表示沒有故障報警，Y=1 發出故障報警信號，然后列真值表寫出Y 的表達式。若考慮用與非門實現則需要對上式進行化簡并變換表達式為方，形成了案1（基于門電路的設計方案）。教師啟發學生是否還有別的實現方式，學生再次查閱資料，并學習譯碼器的知識后又設計了方案2（基于譯碼器的設計方案）。圖1 給出了2 套方案的設計圖，即完成了項目的設計過程。

圖1 交通燈故障報警電路圖

4.3 項目實現

設計好的電路需要進行仿真驗證。老師指導學生用Multisim 仿真軟件進行仿真實驗，驗證設計是否符合項目要求，符合則說明設計正確。為了能觀察故障報警信號，學生經過思考以及交流，在和教師的溝通后決定在輸出端和地之間接一個發光二極管和限流電阻。如果設計的電路無誤，則進入電路的制作階段。

按照設計好的電路選擇元器件，并對元器件進行識別和檢測，根據設計好的電路圖按電子線路PCB 圖設計的規則進行制作，學生在PCB 板上裝配、焊接與調測，檢測電路的性能參數，完成項目。

4.4 項目運行

項目完成后，每個小組要撰寫報告書，推選一個組員對項目進行報告，匯報組內分工情況，項目的設計思路、應用了哪些基本知識、針對項目實現過程存在問題的解決方法等。

5 學生學業成績的考核評價

學生學業成績的考核體系的改革是數字電子技術課程教學改革重要方面，針對以往教學考核評價單一，急需建立一個多層次，多元的全面考核評價體系。

首先，評價方式要從結果性評價轉變為過程性評價。以往的教學評價是結果性評價，以學生的考試成績為主，不考慮學習的過程因素。因此在制定新的教學評價體系時，要進行多層次、全方位的考慮，以過程性評價為主。教師參考課程的能力培養目標，從技能和能力方面進行多層次的全面的考查。過程性評價貫穿項目實施的全過程，在這過程中，每一個學生和每一個小組都有一個評價卡片，每個項目完成后都組織一次評價。教師除了對學生專業知識的進行考查外，還要評價學生的自主學習能力、創新思維能力、工程能力、交流合作能力等。

其次，考核主體的多元化?？己说闹黧w除了教師之外，還應將評價權下放到學生。通過組內成員的互評，不同組成員的互評，了解學生在學習和實習過程中的合作交流能力、組織能力以及解決問題的能力。

此外，教師還要對學生職業道德素養進行評價，以養成學生良好的職業道德素質。

6 結束語

采用CDIO 教育理念對數字電子技術課程進行改革與實踐具有明顯的成效。與傳統教學模式相比，學生的自主學習能力、創新思維能力、工程能力和溝通交流能力都得到了明顯提高。因此，采用CDIO 模式進行教學，有利于學生的成長和發展以及培養高素質的應用型人才。