基于CDIO 理念的电工电子实训教学改革与实践

曹海平，管图华

(南通大学 工程训练中心，江苏 南通226019)

0 引 言

根据“教育部财政部关于实施高等学校本科教学质量与教学改革工程的意见”的精神，我校非常重视这项改革工程，在实践教学方面进行了改革与创新，创立先进的教学理念，改革传统的教学思路和方法，提高实践教学水平和人才培养质量，增强学生实践能力和创新精神，以及提高实训基地建设与管理水平。在教学改革中我们引入了CDIO 教育理念，并将CDIO 项目教学法运用于电工电子实训教学的改革中。

1 CDIO 教育理念及项目教学法

CDIO 代表构思(Conceive)、设计(Design)、实现(Implement)和运作(Operate)，它以产品研发到运行的生命周期为载体，让学生以主动的、实践的、课程之间有机联系的方式学习工程的理论、技术与经验［1-3］。CDIO 的理念是尽可能采用接近工程实际的综合性设计项目进行教学，项目教学法是通过实施一个完整的项目来达到教学目标的方法，与案例教学法相似［4］，其目的是在教学中把理论与实践有机结合，培养学生创造能力和解决实际问题的综合能力。项目教学法由以教师为中心转变为以学生为中心，以课本为中心转变为以“项目”为中心，以课堂为中心转变为以实际经验为中心，其实在一定程度上就是CDIO 教育理念所提倡的理论知识、协作能力、个人素质和工程系统能力4 个层面上进行综合培养的教学模式。CDIO 的教育理念就是通过开展项目教学的模式，使学生从内容各不相同的工程实践项目中学到的方法和能力是一样的，不仅是着眼于掌握所涉及的具体知识而是更要得到综合能力的提高［5-6］。

2 传统的电工电子实训教学中存在的问题

电工电子实训是对电类及非电类工科专业学生进行综合能力培养的实践教学，其教学的质量对学生的工程能力、创新素质的培养至关重要［7-8］。在多数高校，传统的电工电子实训教学是组装半导体收音机，采用的是在现成的电路板上焊接组装成套器件的教学模式，这种教学存在以下问题［9］:

(1)实训内容不够合理缺少创新性。收音机电路原理涉及到高频电子电路理论，对非电工专业的学生来讲难以理解，不仅不能从中学习电路的设计方法，而对电路的调试与故障分析学生都会束手无策，完全依赖老师，这样不利于学生分析问题和解决问题的能力。

(2)实训教学模式单一落后。学生在集中实训的

1 周内主要在老师的示范与指导下识别电子元器件、学习手工焊接技能与电路装配的基本方法。这种在现成的电路板上焊接组装成套器件的“照图搭积木”式教学模式，不利于培养学生的电子系统设计能力和创新意识。

(3)对新技术的引入不够。对现代电子系统研发技术如电路的计算机辅助设计、SMT 表面贴装工艺技术等等引入不足。不能很好地让学生了解、掌握现代先进的电子产品设计制造技术。

3 基于CDIO 理念的实训教学改革与实践［10-15］

据上所析，传统的电工电子实训教学模式不能全面培养学生的实践技能、工程能力与创新能力，则必须加以改革，应制定科学的教学方案。首先将实训时间从原来集中的一周调整为分散时间8 周(小学期)，即在小学期内完成一个电工电子实训项目，再将CDIO的教育理念运用于实训教学中，是以实训项目的构思、设计、实现和运作的过程培养学生。

(1)培养学生的“C”能力(构思能力)。开课之前在网上布置一些综合性较强的实训项目(如:温度检测报警控制电路)，学生根据选择的实训项目组成3人的团队。开课时通过适当的安排和组织，给各团队充分的自由，不加任何限制，让团队成员广开思路，海阔天空，提出实训项目的构成想法。当有人提出想法后，其他人就会受到启发，也提出一些想法。而其他人提出的想法反过来又触动最初说出想法的人的灵犀，头脑中升腾出更多、更深入、更好的想法。参加者就是如此互相启发、互相补充，并根据指导老师的建议共同完善，最后完成实训项目的最佳构成方案。

(2)培养学生的“D”能力(设计能力)。在确定项目方案后，就要进行项目电路的具体设计。一般采用软件仿真设计，学生要学会用Multisim 仿真软件设计电路的方法。通过仿真设计，使学生进一步理解实训项目电路的工作原理;用虚拟仪表测量电路的关键参数与波形;了解元件选用原则及自选电路如小功率稳压电源、电压/电流检测、阈值报警电路等的设计;提高设计过程中分析问题、解决问题的能力。

(3)培养学生的“I”能力(实现能力)。设计的电路仿真运行通过后，首先在面包板上进行实际电路的搭接与调试。要求学生正确识别和使用元器件，了解元器件替换原则;掌握在面包板上规范连接电路的技术要求;会按电路功能分单元进行电路调试;掌握电路故障的分析、检查与排除方法。考虑到学生在今后竞赛和科研中会制作电路板，则再通过Protel 软件的讲授及培训，使学生完成项目电路的PCB 设计;通过观看PCB 板制作工艺的视频介绍，了解PCB 板制作的工艺流程;以及观看现代电子产品制造业的主流安装技术SMT 表面贴装工艺的视频介绍，了解一般焊接工艺与要求，学会手工焊接方法。最后，学生在制成的PCB板上组装、焊接与调测电路，完成项目。

(4)培养学生的“O”能力(运作能力)。在项目实现的同时，也要做好项目的展示准备工作。项目团队推选主讲人，团队共同参与项目演示，对项目的设计思路、关键技术、工作原理、工作过程、存在的问题等内容进行公开汇报。在项目汇报阶段，团队成员以说激思、以说验思、以说定思，从“听明白”到“想明白”再到“讲明白”。不仅可以巩固学生对相关知识的理解和运用，而且培养学生综合运用能力、创新能力、举一反三能力和解决技术问题的能力。

4 教学改革的实施效果

对新的教学改革方案我们实施了2 年，新方案得到学生的支持和欢迎，取得了很好的教学效果。

(1)激发了学生的学习兴趣，主动参与的热情非常高。在整个实训期间，实训室全天开放，学生不仅早到晚走，连晚上也泡在实训室。当其作品通过验收后，对自己的成果感到非常自豪。

(2)提高了学生的实践技能、分析和解决问题的工程能力。通过计算机辅助设计软件的使用、印制电路板的制作、电路的安装与调试、使学生获得一次较为系统的训练。在实训过程中，电路的仿真设计、电路调试时的故障排除都是理论与实际相结合的重要体验，缩短了学生与实际工程的距离，对他们今后的发展有着不可估量的意义。

(3)增强了学生的创新能力及科技创新的自信心。许多学生开始主动与老师联系，积极申请参加学校组织的各种比赛和项目，如大学生课外科技创新项目、大学生电子设计大赛等等，大大增强了学生的创新能力及科技创新的自信心。

5 结 语

电工电子实训是高校实践类教学课程之一，其教学模式、教学内容与教学方法的研究是一项系统工程。基于CDIO 模式的项目教学在电工电子实训课程中的应用，有效培养了学生的自主学习能力、信息分析综合能力、创新意识、动手能力、表达能力和团队合作精神。而且在项目实现过程中进一步提高教师的水平和实际应用能力，使教师具备完成一个项目所涉及的专业理论和专业技能。

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