基于CDIO模式的模拟电路课程教学的改革与实践

肖卓磊,李庆瑞,刘争艳

（阜阳师范学院计算机与信息工程学院，安徽 阜阳236037）

基于CDIO模式的模拟电路课程教学的改革与实践

肖卓磊,李庆瑞,刘争艳

（阜阳师范学院计算机与信息工程学院，安徽 阜阳236037）

摘要：针对模拟电子技术基础课程教学过程中存在的问题，运用CDIO工程教育理念，在教学内容、教学方法、实验方式和考核方式等方面进行一系列的改革与实践，有效提高学生的工程实践能力和团队合作能力.

关键词：CDIO；模拟电子技术；项目实践；教学改革

随着电子信息科学技术的不断发展，电子类及计算机类专业的就业问题日益突出，一方面社会对于工程技术人员的需求日益增大，另一方面，高校教育规模持续扩大，毕业生的工程技术能力和专业素养却在下降，传统的人才培养模式培养的人才只懂科学研究，不懂实践创新，工程应用能力很差，无法适应社会或专业领域的需求.如何培养出能够综合应用理论和实践，具备专业知识和技术手段的工程技术人才，是高等教育改革重要的关注点.CDIO高等教育模式通过构思（Conceive）、设计（Design）、实施（Implement）、运作（Operate）四步，在工程教育中联系实践，培养和提高学生的工程能力和团队协作能力，从而为社会和企业造就合适的人才［1］.

“模拟电子技术基础”作为高等院校电子技术专业的专业基础课，课时少，知识点多，物理概念抽象，专业性强，学生学习的兴趣往往不够强烈.将CDIO高等教育模式引入该课程的教学与实践环节中，能够有效提高课堂的教学效率和学生的应用实践能力.

1　模拟电子技术课程存在的问题

1.1教学内容取舍

“模拟电子技术基础”课程共10章68个学时，其中51个讲授学时，17个实验学时，实验共分为8次，在期中开始.模电课程的学习时间紧，任务重，理论学习平均每个大章有5个学时，目前各大高校采用的教材大多数是偏重于理论知识的描述，实践内容偏少，知识点多，电路形式多变，教师为了整体教学进度，往往舍弃一些章节的学习.对于学生来说，模电课程的知识比较抽象，要在短时间内掌握如此多变的电路形式和计算分析方法，存在一定的难度，如何将理论知识应用于实践中是迫切需要解决的问题.理论和工程实际应用的相脱节，造成前后知识不连贯，由此增加学习的难度，学生也容易因此产生畏难心理，不利于模拟电路课程的学习.

1.2教学方法不当

目前模拟电子技术课程的授课方式还是采用传统的课堂讲授方法，在课堂教学过程中，教师一般采用灌输式讲解，侧重于讲解各类器件和电路内部的结构和原理，讨论如何去分析计算电路参数.学生想要完整掌握课堂知识需要耗费极大的精力，加上教师没有刻意启发引导，学生对于各类器件和电路的认识仅仅停留在看到电路图会分析会计算的程度，对知识的综合运用能力和实际操作能力十分欠缺.比如如何根据要求去构建一个合适的电路，选取哪些器件，如何去调整各类参数使电路达到最佳状态等方面，没有太多涉及.甚至有的教师本身缺乏工程实践经验，严重影响到工程教育质量的提高［2］.

1.3实验环节匮乏

目前，大多数的模拟电路实验安排在期中开始，只有17个实验学时，共进行8次实验内容，学生通过硬件实验箱对实验内容进行模块化操作，只需用导线将电源连接到相应的实验模块上，然后进行相关电路参数的测量.这样的实验没有太多的实践操作性，无法锻炼学生发现问题、分析问题及解决问题的能力，只是简单的重复步奏.而且大多数实验为理论验证型实验，设计性和综合性实验很少，再加上学生人数过多，实验场地有限，只能进行分组实验，最终每个学生的实际操作时间就会很少，学生对于这种应付式的实验方式，自然没有太大的兴趣，自然不可能通过实验掌握和提高自己的工程应用和设计能力.

1.4考核方式单一

模拟电子技术作为一门专业性很强的工程应用课程，考核方式应该和工程应用挂钩，但是，现行高校的考核方式单一，往往利用传统的闭卷考试，通过选择、填空、计算等题型来考察学生对于书本理论知识的掌握程度，学生为了应付考试，只是单纯的掌握书本理论知识就可以通过考试，同时由于实验成绩并不计入最终成绩，导致学生对实验课程缺乏热情，最终学生损失的是他们的实践能力和团队协作能力.

2　CDIO模式下模拟电路课程的改革与实践

基于CDIO工程教育理念，以CDIO的12条标准为指导思想，对“模拟电子技术”课程教学进行了初步CDIO应用探讨，具体措施有以下几方面.

2.1教学内容的改革

CDIO主张“做中学”和“基于项目的教育学习”，在教学过程中，以项目为动力，以案例为依托，把课堂教学环境模拟成CDIO模式下的工程教育环境，即以产品（项目）构思、设计、实现和运行的生命周期为载体来组织教学.

（1）紧跟当前电子技术的发展.电子技术的发展趋势是分立元件向集成电路发展，因此单一元件或电路就显得不重要，在后续章节及实践教学中比例不高.半导体器件、二极管、三极管及场效应管，书本通常是对其内部结构、工作原理及伏安特性加以详细的说明，任课教师唯恐讲解的不够深刻，结果就是学生觉得枯燥并且在后续章节根本用不到.因此，在教学过程中，教师只需讲解半导体、二极管、三极管等器件的外部特性，说明它们在电路中能够起到的作用，把教学的重点放在引导学生通过电路认识到这些器件，同时了解如何通过这些器件构成电路.

（2）采用“发散思维”［3］对教学内容进行分类阐述.传统的模电课程教学中过于专注理想放大电路的分析和求解，并且由于时间紧，知识点多，有些章节跳过不讲，容易造成学生被复杂多变的电路所困扰，因此，课题组采用“发散思维”的教学方法，通过生动的比喻，将基本电路和基本分析方法贯穿整个教学，引导学生透视复杂电路，在旧电路的基础上引出新的电路分析，无论集成电路多么复杂，其核心还是最基本的放大电路.例如集成运放F007电路，在通过向学生展示此类电路的结构和功能的过程中，引导学生去将其拆分为最基本的模拟放大基本电路如共射、共集、共基电路，分析它们的共性和个性，讨论每种电路在集成运放中所发挥的作用，计算相关参数，为学生建立起宏观概念，对其中的共射及差分放大进行分析计算，培养学生的工程应用素质.

（3）从工程实际的需求出发，引出相关基本电路.通过将当前模拟电路实际工程应用的产品引入到课堂教学中，引导学生用所学知识去分析产品、发现问题、认识相关电路，在此基础上进行分析计算，最终彻底掌握知识点，促使理论知识和工程应用技术相联系，激发学生的学习兴趣，加深对基础理论知识的理解，开阔学生的视野.比如在实际教学中，通过展示LED旋转灯［4］，向学生演示旋转灯的功能模块和具体电路，详细讲解系统的构想、设计、实现和运作，旋转灯拥有多个三极管，由于电容的作用，每次只能有一个三极管处于放大状态，通过对电路详细的讲解，学生会逐步了解三极管工作的基本原理以及三极管的三种基本状态即饱和、放大和截止，能够认识三极管输出特性曲线对状态的分类，以及如何进入三极管的放大状态等.通过如图1的内容讲解，学生会对工程实际电路有一个初步的认识，通过对实物以及电路图的学习，对理论知识的掌握更加深入.

图1　课堂教学过程

2.2教学方式的改革

模拟电子技术知识点众多，理论知识枯燥，将CDIO理念贯穿于教学方式中，以丰富的教学手段和网络资源为依托，充分调动学生的自主能动性，激发学生学习兴趣，调动其学习积极性.具体措施如图2所示.

图2　教学方式的改革

（1）转变理念，以学生为中心.CDIO工程教育模式培养的是学生的专业基础知识、工程实践能力和创新能力等综合素质，换言之，学生是整个CDIO模式的主体.在传统的教学活动中教师是主体，学生被动接受知识，教师是整个课堂的中心.这就需要教师转变原有的思想观念，改变教学方式，将课堂的中心交还给学生，由课堂的讲授者和灌输者转变为课堂教学的设计者、引导者和参与者.教师提出问题，鼓励学生积极参加课堂讨论，引导学生自己发现问题、分析问题、解决问题，锻炼学生的思维能力，培养学生的理论研究能力和团队合作能力，这些都是CDIO工程教育模式所要实现的目标.

（2）丰富教学手段.教师在教学过程中，采用多媒体与板书相结合的教学手段，在实际引导过程中，利用多媒体，结合EDA等计算机辅助软件，向学生展示具体功能模块的结构电路和功能，学生通过Multisim等仿真软件，结合所学知识，设计并运行仿真电路，得出仿真结果并加以验证.同时，在对电路分析的过程中，对于抽象的原理，采用flash动画进行展示，对于一些公式推导计算的过程，教师采用板书和实验电路仿真验证的形式，使学生动手验证电路，参与到整个分析过程中.最后，定期开展课程设计，让学生自行完成教师给出的设计要求，锻炼学生的工程实践能力.

（3）充分利用网络资源，实现翻转课堂［5］.课堂时间总是有限的，为了培养学生的工程实践能力，课题组建立了模拟电子技术网站，将全套的教学信息资料放在网络上，方便学生随时调阅查看.学生通过下载或在线观看教学录像和教学PPT进行预习或复习，将产生的问题带入到课堂当中进行分组讨论，教师参与到每个小组的讨论中，适时引导学生对问题的认识.同时教师在每周都会在网站或者课堂发布一些小型的有关新知识的模拟电子研究项目，学生可以在业余时间研究项目，并带入到课堂中对项目问题的认识和结果加以讨论，教师根据每个小团队对项目的完成程度进行一定的分数奖励.通过采用这种“翻转课堂”（Flipped Classroom）的教学模式，激发学生的学习兴趣，提高学生分析问题及解决问题的能力，最终提高学生的CDIO综合能力.

2.3实验方法的改革

CDIO教学模式最重视的是学生的工程实践能力，“模拟电子技术基础”作为一门工程设计类课程，实验课程尤其重要，课题组通过强化项目教学法，按照CDIO教学大纲，对实验内容进行重新设计.

（1）摒弃单一的实验方式，实现硬件实验和软件仿真的有机结合.教师在课堂或者网络上发布实验任务，并给出相关资料供学生参考，学生自由分组进行团队合作，在实验课堂中，教师参与到各个小组，针对各小组提出的解决方案进行讨论交流，定下方案后学生通过EDA、Multisim等软件对电路进行仿真，仿真结果正确后在硬件实验箱上制作硬件电路，对其加以运行调试.这种软硬件结合的实验模式不仅可以使学生在项目实施过程中灵活应用理论知识，增强学生的工程实践技术和产品研发能力，同时，也能提高学生的人际交往与团队合作能力.

（2）以实验引导理论.针对实验项目验证型实验过多的问题，选取比较有代表性的2~3个实验作为典型的验证型实验，其余的验证性实验将搬到理论课堂中，作为引出理论知识的平台，通过对实验项目的仿真及实现，对其中各个模块进行详细理论讲解.在讲解过程中，学生对整个理论知识和实验项目都会有深刻的理解.比如单相桥式整流滤波电路仿真实验，学生通过观察仿真波形，比较半波整流和全波整流的不同，了解滤波电路的工作原理.在实际教学期间，可以故意在实验结构图中设置一些错误，引导学生去分析实验仿真结果，发现问题乃至解决问题，从而更好地掌握相关理论知识，其余的实验项目将以设计性和综合性实验为主，锻炼学生的工程综合素质.

（3）增加课外实训活动.目前课题组依托校内实训基地，组织学生进行进一步的深化学习及实践，通过参加飞思卡尔智能汽车竞赛及安徽大学电子技术大赛等比赛项目，使学生参与到真实项目的构思、设计、实现和运行，使理论知识和实践开发有机结合，大幅提高学生的CDIO工程实践能力.

2.4考核方法改革

传统的模拟电子技术考核由平时成绩的30%和期末考试成绩的70%相加得到.平时成绩包括出勤、作业、测验和实验环节，实验成绩所占比例很低，很难对学生的工程实践能力做出客观公正的评估.因此，在CDIO思想的指导下，课题组改革整个课程的考核方式.其中，期末考试成绩占最终成绩的50%，考察学生对书本理论知识的掌握程度和单独设计电路的能力.实验成绩从平时成绩中独立出来，作为对学生工程实践能力的考核，占最终成绩的30%，实验考试分为个人和团队考试两个阶段，考察学生独立完成实验操作的能力和团队协作能力.

3　结语

模拟电子技术基础是一门专业性很强的工程设计课程，CDIO作为一种先进的工程教育模式，将其核心理念引入到模拟电子技术课程当中，在教学内容、教学方法、实验方式和考核方式等方面进行一系列的改革和实践，极大的激发学生的学习热情，提高学生的工程技术能力和综合素质，取得良好的教学效果.今后该课程可继续结合CDIO教学模式进行进一步的探索改革，不断完善和改进教学模式，培养符合社会和企业要求的高素质专业人才.

参考文献：

［1］王天宝,程卫东.基于 CDIO的创新型工程人才培养模式研究与实践［J］.高等工程教育研究,2010(1):31-37．

［2］韦良芬,王乐.本科计算机类专业CDIO培养模式的研究［J］.长春大学学报,2014,24(6):848-850.

［3］李蛇根.《模拟电子技术》教学中发散思维探索研究［J］.沈阳师范大学学报（自然科学版），2011,29(2):330-334.

［4］杨莲红,王超.EDA技术在模拟电子技术教学中的应用［J］.高师理科学刊,2010,30(1):93-96.

［5］张金磊.翻转课堂教学模式研究［J］.远程教育杂志.2012(4):46-51.

（责任编辑：李婉）

中图分类号：G642.0

文献标识码：A

文章编号：1007-5348（2015）02-0087-05

［收稿日期］2014-10-29

［基金项目］阜阳师范学院校级教研项目（2012JYXM50）；阜阳师范学院校级教研项目（2013JYXM38）.

［作者简介］肖卓磊（1983-），男，安徽阜阳人，阜阳师范学院计算机与信息工程学院助教，硕士；研究方向：电子线路.

The Reform and Practice of Analog Electronic Technique Based on CDIO Model

XIAO Zhuo-lei,LI Qing-rui,LIU Zheng-yan
（School of Computer and Information,Fuyang Teachers College,Fuyang 236037,Anhui,China）

Abstract:In this paper,the problems of Analog Electronic Technique existing in the teaching process are analyzed.Based on the CDIO engineering education model,a series of reforms and practice should be carried out in education contents,education system,experimental method and examination method,which will improve students’abilities of engineering practice and teamwork．

Key words:CDIO;analog electronic technique;project practice;teaching Reform