基于CDIO理念的电子技术课程项目式教学改革与实践

杨启尧，程 森，吴 豪，徐柳娟

(浙江水利水电学院 电气工程学院，浙江 杭州 310018)

0 引 言

电子技术是高职高专电类学生必修课程，目前教学方式是以理论为主，同时辅以实验和实习，传统实验实训通常是2人一组或者1个人完成一项任务，这样培养的能力是非常有限的.这种教学方式根本的缺点就是学生是以被动学习为主，缺少主观能动性，与社会对人才培养的目标有较大差距.目前社会对于学生的能力要求不是仅仅需要懂得一些课本知识，而是通过实践获得的提出问题、分析问题、解决问题的能力以及相关人文素养.CDIO工程教育是国际上工程教育的最新研究成果.CDIO分为构思(Conceive)、设计(Design)、实现(Implement)和运作(Operate)四个过程,它以产品研发、产品运行、产品终结到再利用的生命周期为载体,激发学生在实践环境下主动学习的课程之间有机联系的方式学习工程，注重在社会和企业环境下构建产品、过程和系统的能力.CDIO工程教育将能力分为工程基础知识、个人能力、人际团队能力和工程系统能力四个层面[1].电子技术的内容可以分解成许多项目，每一个项目都可以结合课堂教学的知识点，同时结合实际应用进行设计和实践，这正好与CDIO理念不谋而合，因此适合开展基于CDIO理念项目式教学改革.

1 传统电子技术教学的主要问题

(1)理论基础薄弱，学习兴趣不高.浙江省的高职高专学生高考不需要考物理课程，学生的物理理论基础普遍比较薄弱，电子电路的基础知识理解起来比较困难，导致部分学生丧失学习兴趣，只是应付考试.

(2)教学方式单一，创新意识单薄.缺乏将电子技术教学一些新的教学方式和手段应用到课堂教学当中，没有使用先进的仿真软件Multisim、ORCAD、PROTEUS等软件结合项目进行仿真，学生缺乏设计的机会，自主思考较少，不利于培养学生设计和思考这方面的能力.

(3)缺少先进理念指导，课程体系设计落后.没有将国内外的最新的教育理念如CDIO、全人教育等应用到教学过程中、课程的设计和教学方法缺乏新意.

(4)个体意识强烈，团队精神缺乏.许多学生都是独生子女，在学习过程中，不善于与他人合作交流，缺乏在实践过程中的团队意识，工程系统概念极少，不利于在企业中的快速地融入工作[2-3].

2 CDIO项目的选取原则

电子技术课程的项目化教学便于实施，主要是要选择合适的项目，在选取CDIO项目时考虑了以下几个原则：

(1)趣味性，趣味性强的项目能够激发学生的学习兴趣；

(2)知识性，项目的选取应该涵盖教学重点和难点；

(3)实用性，项目的选取应该和生产生活密切相关，便于观察结果，如有波形、或声光等输出形式.

图1 两个典型CDIO项目知识点结构图

根据CDIO的原理，使学生从构思、设计、实施、运行的过程中充满浓厚的兴趣，这是非常重要的.从工程基础知识、个人能力、人际团队能力和工程系统能力四个层面培养学生的综合能力.笔者选取的两个项目分别针对模拟电子技术和数字电子技术，结构如图1所示.多功能波形发生器涉及了正弦波、方波、三角波的产生，便于观察，趣味性强.循环彩灯涉及了555定时器构成多谐振荡器，计数、译码、显示等数字电子技术的重要知识点，输出为16个彩色的LED，采用电池供电，可供学生自行设计丰富多彩的图案.

3 CDIO课堂教学改革思路及实践

有了好的项目作为基础，实施也是一个关键.教师的教学设计主要是根据上文所述选择CDIO项目，由专职教师和企业兼职教师组成合作团队，共同制定教学计划和项目实施标准，编制教学讲义，实施教学，设计公正、合理的课程教学和评价体系.同时创造良好的教学环境，由理论实践一体化实训室、学科研讨型实验室、生产型实训基地等构成.理论授课及简单的动手在理实一体化教室中实行，CDIO项目设计可以在学科研讨型实验室进行，实施和运行可以在生产型实践基地进行.这样的设计能够学生的主动思考和创新思维，给他们提供更多的平台.笔者选取教学实践中典型的多功能波形发生器和循环彩灯两个项目为例说明CDIO项目式教学的操作方法[4].

多功能波形发生器可以作为一个综合CDIO项目，侧重于模拟电子技术中几个重要的知识点，如RC振荡电路及正弦波形产生、运放的线性和非线性应用等，可以引导学生向信号发生器的产品方向发展，以该产品的生命周期进行思考实践.

(1)构思(Conceive)的环节，构思就是一个思想的产生，所有创新的思想都是来自于一个灵感，而电子技术这门课程是培养学生创新能力很好的一个方法.以多功能波形发生器作为一个实际案例在一个教学班(40)人进行了尝试，首先是40个人自己根据各自的特点进行组合分成10个组，4人一组，可以在团队内部自己进行分工.给出多功能波形发生器.这个产品的具体指标，要求学生自己设计思路，通过网络或者图书馆进行查找资料，提出一个方案交给老师批阅看是否可行，学生在课外花了大量的时间进行查阅资料和构思.

(2)设计(Design)的环节，设计是非常关键的，学生通过第一步的构思已经对多功能波形发生器的思路有了一个比较清晰的概念，然后利用Multisim或EWB软件仿真，验证是否可行.教师要对学生的设计进行修改，确保该项目的实际可行性.设计的电路图标明各个部分的参数，说明输出各种波形的频率、原理.

(3)实施(Implement)的环节，经过设计的电路图经过老师的审阅，购买元器件，动手进行布局、焊接、调试，老师进行一些简单的指导，主要是由学生完成为主，测试完成记录正弦波、方波、三角波的频率及波形.

(4)运作(Operate)的环节，这个环节对于学生而言主要是进行作品的汇报和演示的准备.在以上的过程中，要求学生在准备文档，设计、实施阶段都要拍下照片留存，最后做成PPT，各个组在课内进行演示和汇报，评分由老师评分和学生互评构成，并思考如何将这些制作成可以批量生产的信号发生器，甚至企业的运作营销模式等.

循环彩灯的运作模式与多功能波形发生器类似.学生可以根据自己的兴趣爱好将16个发光LED布置成如心型、字母、趣味图案等，极大激发了学生的学习兴趣，可以引导学生向电子霓虹灯产品的生命周期进一步思考实践.

4 电子竞赛CDIO项目式教学

除了在课堂教学中采用的是CDIO模式，对于那些兴趣高、基础好的学生，也需要提供一个能够提升学生综合能力的平台.我院通过校内竞赛选拔出一批优秀的学生参加浙江省TI杯和全国大学生电子设计竞赛，这就相当于高级的CDIO项目的训练，促使学生开展研究性的学习.

在暑假的培训中，指导教师也分成了电子技术基础指导团队、传感器及检测应用指导团队，单片机及FPGA新技术指导团队，综合创新指导团队.各个团队根据学生的情况设计不同层次、难度的CDIO项目，覆盖各个知识层面，有计划、系统地训练学生的各方面能力，充分发挥学生的主观能动性，提高了CDIO需要培养的四个方面的能力，能更好地适应全国大学生电子设计竞赛知识覆盖面广、难度大、新技术不断应用的特点[5].通过这样的训练模式，自2007年以来我校指导学生获得全国大学生电子设计竞赛全国一等奖1项，全国二等奖4项，省级奖项20余项，可见这样的CDIO教学模式是行之有效的.

5 电子技术CDIO课堂教学改革效果分析

CDIO教学模式的目标是培养学生工程基础知识、个人能力、人际团队能力和工程系统能力四个层面，电子技术基于CDIO理念的项目式教学法的实施，正好能够从这四个方面培养学生的综合能力.

(1)工程基础知识重点吃透.由于高职高专学生理论基础薄弱，若是全部都是重点，学生就不能掌握精髓，通过CDIO项目的实施，在构思和设计的过程必须掌握相关知识点，这就使学生能够主动学习，同时在实施过程中遇到问题，也需要懂得理论知识才能解决.

(2)个人能力有效提升.每个学生的优点不同，在CDIO项目中，组员进行了明确的分工，每个组员根据自己的特长负责理论设计、焊接、调试、写文档、制作PPT、口头汇报交流等不同的内容，可以灵活地使用各种仿真软件，这样就能有的放矢地培养学生的个人能力.

(3)人际团队能力显著提高.由于CDIO项目为3～4人一组，小组成员要经常进行沟通、讨论，不是一个人就能把事情做好，大家要齐心协力，才能完成任务，这样培养了学生的团队合作能力以及人际关系处理的能力.

(4)工程系统能力全面提高.在传统的课堂教学里，各个知识点的关联只能简单讲解，而通过CDIO项目，将一门课程的多个知识点整合在一起，以工程的角度来分析问题、解决问题.而且培养了学生的绘图、焊接、调试、计算、汇报、仿真软件的应用等各种不同的工程系统能力.

6 结 论

基于CDIO理念的电子技术课程项目式教学改革在大一新生的风力发电专业经过一年的实践，在教学班级中取得了较好的效果，许多同学的重点理论掌握扎实，动手能力，人际交往能力、团队合作能力及工程系统能力得到有效提高，在这样实施过程中，许多同学都甘心在课外花大量时间进行设计和实践，同时在指导过程中师生之间的关系也更加融洽，激发了学生对大学工程学科的学习兴趣.

参考文献：

[1] 顾佩华，沈民奋,李升平，等．从CDIO到EIP-CDIO汕头大学工程教育与人才培养模式探索[J]．高等工程教育研究,2008(1):12-20．

[2] 严 石，徐华军,丁帮俊．CDIO在高职《模拟电子》课程教学中的应用[J]．天津职业大学学报，2009(6):81-82，93．

[3] 杨 雪,王 玫．CDIO在数字电子技术教学模式改革中的应用[J]．南京工程学院学报:社会科学版,2010(3):65-68．

[4] 黄明清,李春明,张焕国.关于高职CDIO培养模式的应用[J]．职教论坛,2012(5)：53-54．

[5] 周 燕，淮文军．电子设计竞赛中CDIO教学模式的设计与实践[J]．苏州职业技术大学学报,2010(6)：71-73．