CDIO理念下混合教學法的理論構建與實踐探究

朱曉君 李權 崔智勇

摘?要：基于CDIO理念，本文構建了一種線上線下相混合、理論實踐相混合和課內課外相混合的混合教學法，即多媒體、板書等課堂教學與MOOC、智慧樹等線上教學相混合，先認知實訓后課程教學、課程教學中理論課與實驗課交叉式混合分配，課堂教學與課前拋出問題課后答疑相混合。以《模電》課程為例，混合式教學法從三個經度六個緯度滲透課程教學的各個方面，引導學生掌握電路原理、分析和設計電路、解決工程問題，培養能力目標和創新型人才，從而達成CDIO的培養目標。

關鍵詞：CDIO;混合教學;線上線下;理論實踐;課內課外

中圖分類號：G642??文獻標識碼：A

2017年2月18日，教育部在復旦大學召開了高等工程教育發展戰略研討會，在國家實施創新驅動發展、“中國制造2025”等重大戰略和國際工程教育變革的大背景下，討論了新工科建設的必要性和緊迫性、新工科內涵特征、新工科建設與發展，達成“復旦共識”，闡明了新工科著重培養兩個能力，即：工程創新能力和適應變化能力[1，2]。CDIO（Conceive構思、Design設計、Implement實現和Operate運作）是近年來國際工程教育與人才培養的創新模式，提出了能力培養、實施指導、操作過程和結果測試等12條標準，讓學生以生動、形象的、實踐與課程有機結合的方式學習工程，培養能力目標和創新型人才，與新工科建設培養的兩個能力有很高契合度[3，4]。

2020年12月30日，經國務院學委委員會批準，教育部決定設置“集成電路科學與工程”一級學科，加強該學科建設，做好人才培養工作[5]。《模擬電子技術》（簡稱《模電》）是電類機電類專業以及集成電路科學與工程的一門非常重要的專業基礎課程，該課程的教學效果和成效將直接影響到電子相關行業的人才培養，也會間接影響到我國破解芯片制造的卡脖子問題。

《模電》課程內容抽象、知識點繁雜，主要研究由二極管、晶體管和場效應管非線性元器件構成的非線性電路及其各項特性。分析非線性電路的思路是：在特定的前提下，采用各種等效模型將非線性電路等效為線性電路，轉化為對線性電路的分析。非線性元器件在不同的電壓、電流、溫度、頻率等條件下，其等效模型都可能會發生變化。初學者在學習的時候，經常會云里霧里，似懂非懂的感受。如何讓學生掌握基本電路的原理、分析和設計電路、解決實際工程問題以及構建創新思維能力是《模電》課程教學的目的與方向。

基于CDIO理念，本文探索一種以《模電》課程為例的混合教學法。該方法包括：線上線下相混合、理論實踐相混合和課內課外相混合。其中，線上線下混合是以多媒體和板書為主體的課堂教學與MOOC、智慧樹等線上教學相混合;理論與實踐混合是先認識實訓再課程教學，在課程教學中理論課與實驗課交叉式混合分配;課內課外混合是課堂教學與課前拋出問題課后答疑混合。混合式教學法從三個經度六個緯度滲透《模電》課程教學的各方面，引導學生學會掌握電路原理、分析和設計電路、通過仿真和實物調試解決工程問題，培養學生的工程能力和創新能力，引領學生達成CDIO四個層面的預設標準。

1?存在問題分析

《模電》課程知識點繁雜，主要研究由非線性元器件（二極管、晶體管和場效應管）構成的非線性電路及其各項特性。在學習《模電》之前，學生已經學習以線性電路為主的《電路》課程。對于學生而言，從線性電路到非線性電路的學習與研究方法有本質上的不同，難度較大。有學生表示“聽得懂，不會做”，從教師的課堂講解或者線上MOOC的學習，聽得懂基本知識點和解題方法等，但并沒有吃透知識點，更沒有真正的把前后知識點形成相關邏輯、構成知識框架，所以部分學生在自己做題的時候，總感覺無從下手。

《模電》是一門工程性和實踐性很強的課程，在現有的教學中，往往存在理論與實踐脫離的現象。在傳統教學模式中，往往都是上完理論課再上實驗課或者實訓課程，從而導致理論與實踐相脫節。在實際教學中，筆者發現學生在《模電》的實驗課或實訓課的參與度和熱情度遠高于理論課，這種高漲的情感才是學生學好《模電》課程的最有力的驅動。在上理論課的時候，有學生表示：“電子技術的學習與實際的生產生活有什么關聯呢？”“在中學時代，電阻是個矩形方框，到了大學還是一個矩形方框，它到底是長啥樣子的呢？”然而，在學生的實驗報告或實訓報告中，學生往往會有“原來電子技術如此實用，要早知道，我一定好好學習模電”“我很喜歡做電子實驗和實訓，只可惜理論知識沒有學好”的感悟。

2?混合式教學法

針對以上存在的問題，本文構建一種以《模電》課程為例的混合教學法。混合教學法由線上線下、理論實踐和課內課外三個方面的有機混合。

2.1?線上線下混合

2020年初，由三尺講臺變為在線直播，促進線上教學得到廣泛推廣，但有學者在對工科學生能力發展方面做了大量調查，證實在線學習投入的效果要弱于線下交流、討論和實踐環節，高校應注意工程學習的特征，實現在線學習與傳統方式的有機結合[6]。因此，線下教學依然是學生學習和獲取知識的主要途徑之一。學生要掌握理解吃透《模電》，一遍的學習往往是不夠的，需要多次聽講和鞏固才能達到效果。課堂上，教師通過PPT或板書在對知識點的剖析和講解，這個過程普遍只有一遍。然而，可以多次播放的線上學習資源，如慕課智慧樹等，完美地彌補了線下教學的一次性問題。筆者所在教研室團隊已在智慧樹和“知到”APP上建課，學生用學號登錄注冊并身份認證，可以在線查看教學視頻，完成章節測試后，會自動形成分數可作為平時分依據。

線下教學的主要形式為多媒體和板書教學。近年來，多媒體教學所占比例顯著增加，而板書教學逐漸減弱。筆者在《模電》課程的教學中發現，多媒體與板書混合比單獨多媒體的教學方式效果更佳。基本放大電路是《模電》課程中的重難點之一，包括共發射放大電路、共基放大電路、共集放大電路、共源放大電路、共漏放大電路和共柵放大電路。基本放大電路分析分為靜態分析和動態分析（如下圖）。在靜態分析中，畫直流通路再求靜態參數（基級電流（IB），集電極電流/發射極電流（IC/IE），CE間電壓（UCE））;在動態分析中，先畫交流通路，再畫微變等效電路，最后求動態參數（電壓放大倍數（Au），輸入電阻（ri），輸出電阻（ro））。筆者在兩個班級的教學中，一個班級采用多媒體教學，另一個班級采用多媒體與板書混合方式，即：單獨知識點如直流通路、求解靜態參數等用PPT講解，基本放大電路分析思維導圖（如下圖）畫在板書的左上角，依據思維導圖，在板書的左下角和右邊列出具體的求解步驟。對于不同的放大電路，如：基本共射放大電路、阻容耦合共射放大電路、分壓式偏置共射放大電路等，在講解的過程中，只需要修改部分電路以及對應參數即可。多媒體與板書混合教學羅列出具體思維導圖，學生掌握整體框架，再運用到多個例子中，也可通過例子反哺知識框架。通過課堂的氛圍以及學生的反饋，第二種教學方式的效果更佳。

2.2?理論實踐混合

理論實踐混合主要體現為先認知性實踐再課程學習，課程學習中理論實踐理論的交叉教學。在《模電》課程的教學中，具體為：先開展類似電子工藝實習的認知性實習，再開展《模電》課程教學，在課程教學中，采用理論實踐理論的交叉教學方式。在開展電子技術課程教學的學期初或者上個學期先開展電子工藝實習等認知性實習，在認知實習中，學生在PCB板上焊接各類芯片元器件等，制作出具有一定使用功能的設備。學生對電子技術的工程應用有了親身體驗后，對此類課程的學習擁有更高的熱情度。在《模電》課程的教學中，先理論教學，再實踐學習，再理論教學的交叉方式。例如，在完成半導體基礎知識和基本放大電路后，學生以2～3人一組進行共射放大電路、射級跟隨器、共基極放大電路等實驗或基于Multisim仿真實驗，再繼續進行差分放大電路的學習，學習之后再組隊進行相關實驗或仿真。如此理論與實踐交叉，不僅可以及時鞏固加深理解知識點，還能培養學生的學習興趣。因此，理論實踐混合的方案打破了傳統教學中先理論再實踐的教學方式，提高了理論與實踐學習的融合度，增進了學生對《模電》課程的工程認知和熱愛，培養學生的工程創新能力，促成學生達到CDIO要求的團隊協作和工程能力。

2.3?課內課外混合

在傳統教學中，往往重視課內教學而忽略了課外教學。特別對于大學生，專業課程往往一周只有2次課（4課時），在教學中經常會出現學生不記得上次課的內容，與已學內容脫節的現象，這嚴重地影響了教學的整體效果。因此，在教學中展開適當的課外教學，課內課外的有機混合尤為重要。其中，課外教學分為課前與課后教學。課前通過超星平臺布置此次教學任務并拋出問題;課內以板書展示框架和多媒體課件講解具體內容的混合式教學;課后在超星平臺發布作業更改后公布參考答案，供學生查看核對，另外，學生在智慧樹上在線查看教學視頻，完成章節測試，會自動形成分數作為平時分依據。例如在差分放大電路的教學設計：課前教師在超星上公布此次教學的內容為差分放大電路并拋出問題：“直接耦合放大電路為何會出現零點漂移？”“差分放大電路的電路結構特點？差分電路是如何抑制零漂的？”;課內，教師對上次課內容簡單回顧，以課前拋出的問題為索引，通過多媒體課件講解四種差分放大電路的具體結構，并在板書總結四種差分放電電路的特點，解答課前的問題;課后，教師在超星上公布習題作業并要求學生按時提交，教師更改后，學生可在平臺上查看核對答案。

3?結語

針對《模電》課程在教學中“聽得懂，不會做”“重理論輕工程”等問題，本文提出基于CDIO理念下混合教學法的理論構建與實踐探究——以《模電》課程為例。混合教學法由線上線下、理論實踐和課內課外三個方面交叉混合，具體為線上MOOC智慧樹等與線下多媒體板書教學、先認知實驗后課程教學（理論實踐理論交叉混合模式）、課前拋出問題課內解決問題課后鞏固學習。混合式教學法從“三個經度六個緯度”滲透《模電》課程教學的各方面，引導學生掌握吃透電路原理，構思、設計并實現電路、解決工程問題，培養能力目標和創新型人才，并達成CDIO的培養目標。

參考文獻：

[1]胡波，馮輝，韓偉力，徐雷.加快新工科建設，推進工程教育改革創新——“綜合性高校工程教育發展戰略研討會”綜述[J].復旦教育論壇，2017，15（02）：2027.

[2]姜貴文，郭俊萍，劉保華，柳仕飛，吳奇成，何星，毛杰鍵.“新工科”背景下大學物理教學現狀及改革措施[J].上饒師范學院學報，2020，40（06）：2023.

[3]鄭薇薇.基于CDIO的創新型工程科技人才培養模式研究與實踐[D].大連理工大學，2010.

[4]李嵐，杜佳，張曉雨，雒哲.基于CDIO理念的應用型課程混合式教學改革與研究——以《動態Web技術》課程為例[J].蘭州文理學院學報（自然科學版），2021，35（01）：119123+128.

[5]國務院學位委員會教育部關于設置“交叉學科”門類、“集成電路科學與工程”和“國家安全學”一級學科的通知.[EB/OL].http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A22/yjss_xwgl/xwgl_xwsy/202101/t20210113_509633.html.

[6]宋齊明，張永宏.在線學習對工科大學生能力發展影響的實證分析[J].江蘇高教，2020，237（11）：8185.

基金項目：江西理工大學教學改革研究項目（XJG201914）;教育部產學合作協同育人項目（201902161022）

作者簡介：朱曉君（1990—?），女，漢族，福建南平人，碩士，講師，研究方向：電子與通信工程。