CDIO理念下的模拟电子技术实验教学改革

刘　明，周　俊，戴　伟

(南通大学　a.杏林学院；b.电气工程学院，江苏 南通 226019)



CDIO理念下的模拟电子技术实验教学改革

刘明a，b，周俊b，戴伟b

(南通大学a.杏林学院；b.电气工程学院，江苏 南通 226019)

针对目前模拟电子技术实验教学中存在的问题，结合CDIO工程教育理念和任务驱动教学法，提出一种开放任务驱动教学法，并运用到该课程的教学改革中。介绍了采用开放任务驱动教学法，对实验任务进行构思、设计、实现和运行的全过程。实践表明，该教学模式能夠充分调动学生的积极性和主观能动性，培养学生的自主学习能力、动手能力、协作能力、分析解决问题的能力和工程能力，改善了教学效果。

CDIO教学模式；模拟电子技术实验；工程教育；任务驱动教学法

模拟电子技术实验课程是高等理工科院校电类各专业学生必修的一门专业基础课，既是模拟电子技术理论课程的应用和实践[1]，又为后续课程的学习和电子技术的应用打好基础，为培养学生成为实用的高素质人才打好基础。

1　课程教学现状

南通大学模拟电子技术实验经历了数次整合，目前分为课内实验和独立设课实验两大类。其中课内实验24学时，主要针对普通本科；独立设课实验32学时，主要针对杏林学院。授课对象较为广泛。

模拟电子技术理论难懂，实验难做，如何通过理论与实践相结合，使学生易于学习一直是教学改革的努力方向；然而多年来模拟电子技术实验一直采用“教师为主，学生为辅”“以教定学”的被动式教学模式：1)课前预习，学生按照实验指导书中的器材、原理、目的、内容等进行摘抄，预习效果难以考核或时间不允许进行详细核查，预习效果难以达到教学要求；2)课上，教师进行简单的讲述，学生按照教师要求进行线路连接和测量，学生“搭积木”式的实验，实验机械性明显，学生查错、纠错能力差；3)课后，书写实验报告，处理数据和完成思考题。一方面，在教学理念上，重理论轻实践，把实验教学当成理论教学的辅助手段，实验教学得不到应有的重视；另一方面，传统的教学模式使得学生学习处于被动状态，难以激发学生学习兴趣，学生实践能力得不到提高；最终导致部分学生对实验抱着敷衍了事的心态，实验教学质量得不到提高。可见，传统的模拟电子技术实验教学模式已经阻碍了学生实践能力和创新能力的培养，本文在CDIO工程教育理念和任务驱动教学法基础上提出一种开放任务驱动法的教学模式。

2　CDIO教育理念和任务驱动教学法

2.1CDIO一体化教育模式

CDIO一体化教育模式是近年国际工程教育改革的最新成果，CDIO代表构思(conceive)、设计(design)、实现(implement)和运作(operate)，它以产品研发到产品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[2-4]。CDIO培养大纲将工程毕业生的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4个层面，大纲要求以综合的培养方式使学生在这4个层面达到预定目标[5-7]。

CDIO教育模式改变传统灌输式的教学模式，教学过程中更强调学生的主观能动性，让学生主动学习、独立思考、多练习、多实践、在实践中学习，改变对教师的依赖性，学生之间进行相互探讨、相互启发、相互补充、集思广益、互为导师，强调团队的协作能力，所选课题具有一定的工程背景和一定的实际应用价值，强调学生系统能力的培养，培养学生设计工程产品的能力及产品系统的制作能力。提出的12条检验标准具有很强的可操作性，它们是：1)以CDIO为基本环境；2)学习目标；3)一体化教学计划；4)工程导论；5)设计—实现经验；6)工程实践场所；7)综合性学习经验；8)主动学习；9)教师能力的提升；10)教师教学能力的提高；11)学生考核；12)专业评估。

2.2任务驱动教学法

任务驱动教学法[8-11]是一种建立在建构主义学习理论基础上的教学法，它将以往以传授知识为主的传统教学理念，转变为以解决问题、完成任务为主的多维互动式的教学理念；将再现式教学转变为探究式学习，使学生处于积极的学习状态，每一位学生都能根据自己对当前问题的理解，运用共有的知识和自己特有的经验提出方案并解决问题。

2.3二者结合的可行性分析

CDIO一体化教育理念是以产品“构思、设计、实施和运作”全过程为载体培养学生的工程能力，包括学生的终身学习、大系统调控、团队交流、个人工程技术和科学知识等方面的能力。

任务驱动教学法是建立在建构主义学习理论基础上的教学法，以解决问题、完成任务为主的多维互动式的教学理念。

二者都有别于以传授知识为主的传统教学模式，都强调学生是学习的中心而非知识的被动接受者，学生主动、积极学习而非被动学习，学习除了自身努力还需注重与他人的沟通合作；二者都注重激发学生的学习兴趣，培养学生分析问题、解决问题的能力，提高学生自主学习及与他人协作的能力等。二者在教学理念上有很多吻合之处，所以把二者有机结合运用到模拟电子技术实验的教学环节中是非常合适的。

3　基于开放任务驱动法课程教学改革

开放任务驱动教学法是引入CDIO教育理念的开放任务式的任务驱动教学法，其基本指导思想是把具体实验教学任务看作“工程”进行构思、设计、实现和运作：1)给学生指定目标任务，学生根据已有知识和经验进行构思；2)进行方案设计，根据现有实验条件筛选方案，设定子任务，运用相关软件进行子任务仿真验证；3)确定设计方案进行硬件实现，运作。

开放任务驱动教学法在运用于模拟电子技术实验教学时，必须充分考虑课程的实际教学背景。模拟电子技术实验包括基础性实验、设计性实验和系统性实验[12]。实验性质不同，目标任务制定标准亦不同，任务的设定既要涵盖各个阶段的知识点，又要充分考虑学生的知识水平和实践能力，任务设计尽量有多种方案选择，具有一定的实际应用背景。

3.1实验构思

实验开课前由指导教师给学生发布教学目标任务，目标任务应尽可能地简单、明确。学生根据教师指定的任务、实验性质及实际情况，按1～3名学生一组组成团队，根据已有知识和经验进行任务调研，构思想法，团队成员之间可以相互探讨、相互启发、互相学习、互相补充，并确定设计方案。每个任务可以有不止1个设计方案。该环节主要培养学生的查阅资料能力和构思能力。

3.2实验设计

确定任务方案后，进行具体的电路原理图设计，一般可以采用软件仿真设计，学生要学会EWB，Multisim[13]等一些仿真软件的应用。仿真设计过程中，学生根据自身对任务的理解进行子任务设计(开放子任务)，即除了目标任务要求的测试点，为了对电路进行详细了解和硬件电路调试需要，学生可设置其他测试点。如BJT共射级电压放大电路的分析实验，教师对学生的测量要求为静态工作点和输出点的测量，对其他节点并无测试要求；而学生在仿真设计时可以将这些节点作为子任务进行测试。这样，学生对电路的理解会更加深入，在测试实际硬件电路时，由于各种原因会导致一些故障现象，学生可以有依据地去查错、纠错，评估实验效果及元器件性能等。方案设计结束后，方案可行性分析可以通过与学生和教师的探讨来实现。该环节主要培养学生设计能力、分析问题能力以及判断能力等。

3.3实验实现

设计的电路通过仿真、论证后，在实验箱或面包板等硬件平台上进行搭建与调试。要求学生能够正确识别和使用电路中的元器件，掌握电路规范连接方法和技巧，具备电路的调试能力，对电路中存在的故障现象能够分析、检查和纠正，对实验过程中的实验现象及相关数据进行记录。

实验实现过程中强调对学生“自主学习”和“协作学习”能力的培养，让学生习惯“做中学”，在教师任务和自定子任务驱动下进行实验，遇到问题不盲目依赖教师，教师亦不能主动帮助学生解决问题，鼓励学生自我思考，倡导学生之间的讨论和交流，使得学生在实验过程中真正地有所思、有所试、有所争论、有所改，这样方能有所得。

3.4实验运作

实验完成后，对基础性实验和一般设计性实验，要求学生进行报告总结。报告总结不再是像传统实验报告那样仅仅进行数据的简单处理和思考题解答，应该是对实验现象和结果进行详细的分析、总结及提出改进措施、方案。

对系统性的实验，要求进行实验总结工作，展示系统设计、实现的成果。首先以团队为单位对系统性实验内容、设计思想、技术路线、具体方案实施和存在问题及展望进行汇报；然后由教师或其他同学进行相应的提问；最后课题组中成员进行相应的思考和反思。

3.5实验评价

实验评价是对教学成果的一种衡量，是促进教学培养目标实现的一种手段，也是激发学生学习兴趣的有效方法。评价既要包含学生的考核，也要融入教师的自我评价。传统实验中对学生的考核往往重结果轻过程，带有浓厚的教师个人色彩；不同教师成绩评定方法也不一样，往往定性评价，缺乏量化准则，难免带来成绩评定的不公平性。教师的自我评价通常以课程教学小结形式呈现。

根据CDIO的标准11，考核机制对学习有直接的导向作用，多元(知识+能力)考核项目达到多元的培养目标，应将学生在构思、设计、实现和报告(系统性实验包括运作)4个环节的表现相结合进行综合评定。为使考核机制更加公平，具备一定的激励性，引入模糊层次分析法(FAHP)，量化考核指标，定性定量相结合进行成绩评定，对学生各个环节的能力给予充分肯定，引入附加分——构思附加分、设计附加分、实现附加分和运作附加分，最大限度地激发学生的潜力和学习兴趣。构思评价指标包括调研能力、任务认知度和学习态度；设计评价指标包括设计能力、子任务设定及测试；实现评价指标包括器件认知、电路布局及连接、个人及协作能力；运作评价指标包括实验结果、成果汇报(系统性实验)和报告撰写。

根据CDIO的标准9、10和标准12，通过实践教学教师的教学能力得到提高，教师的能力得到提升，进行专业评估。教师的自我评价包括对自己知识结构的反思、能力水平的反思、教育理念的反思、教学设计的反思、课题的组织与管理、学习活动的促进、语言和非语言的沟通，评价学习行为，教学后反省等内容；它不仅是教学的总结和反馈，也是自身能力提升的总结与反馈。把评估结果反馈给学生及其他利益相关者，促进持续改进，提高教学质量。

4　结束语

CDIO教育理念下开放任务驱动教学法在模拟电子技术实验中的应用，打破了传统的实验教学模式，较好地融合了“构思—设计—实现—运作”的指导思想。通过开放任务式教学方法，学生能够经历从查阅资料，分析任务，自设任务，电路设计、分析，到进行实验，发现问题，解决问题这样一个系统的、完整的实验学习过程。

通过系统的学习，不仅可以提高学生运用知识和自身经验分析、研究和解决实际问题的能力，培养学生的团队协作能力、表述能力、写作能力，而且能够激发学生的主观能动性和创新思维，培养学生的创新能力和科学的工作作风。

[1]晏湧．建构主义学习理论在模拟电子技术实验教学中的应用[J]．实验技术与管理，2013，30(9)：159-161.

[2]崔贯勋，王勇，王柯柯，等．基于CDIO的物联网工程专业实践教学体系的研究与实践[J]．实验技术与管理，2013，30(5)：111-114.

[3]曹海平，管图华．基于CDIO理念的电工电子实训教学改革与实践[J]．实验室研究与探索，2013，32(1)：140-142.

[4]周睿，费凌峰．基于实务项目制的工业设计工程教育CDIO模式探索[J]．工程设计学报，2013，20(2)：151-156.

[5]任坤，刘红，杨旭东．CDIO指导下的创新性电工电子实验设计[J]．实验技术与管理，2012，29(4)：228-230.

[6]杨毅，唐西西．基于CDIO的开放实践教学模式[J]．中国高校科技，2011(7)：72-74.

[7]黄晓涛，王芬，吴驰．关注教学过程控制提高卓越工程师培养质量[J]．中国大学教学，2013(9)：30-32.

[8]安俊秀．构建“兴趣本位、任务驱动教学”的课程体系论 [J]．教育理论与实践，2008(24)：59-60.

[9]梁轶奎，龙玲玲．任务驱动教学法提高学生职业技能的探索[J]．中国成人教育，2013(11)：126-128.

[10]田海梅，张燕．基于任务驱动的计算机专业课教学模式[J]．实验技术与管理，2011，28(5)：145-147.

[11]张爱菊，张浩奇．基于“任务”驱动的数学教学设计[J]．教学与管理，2012(13)：70-72.

[12]王波，张岩，王美玲，等．“模拟电子技术实验”课程的改革[J]．实验室研究与探索，2013，32(4)：140-143.

[13]刘君，杨晓苹，吕联荣，等．Multisim11在模拟电子技术实验中的应用[J]．实验室研究与探索，2013，32(2)：95-98.

Reform and Practice of Analog Electronic Technology Experiment Based on the CDIO Concept

LIU Minga，b，ZHOU Junb，DAI Weib

(a.XinglinCollege；b.SchoolofElectricalEngineering，NantongUniversity，Nantong226019，China)

Inresponsetothecurrentproblemsinanalogelectronictechnologyexperimentteaching，thispaperproposestheopeningtask-drivenapproachbasedontheideaofCDIOandtask-drivenapproachtothecoursereform.It’sakindof‘systematicallyimplementtheexperimentaltaskwithengineeringmode’methodtoachievetheteaching，namely，decomposethespecificexperimentaltaskprivately，thenconceive，design，implementandoperate.Theteachingmodedoesnotonlyinspiretheenthusiasmandsubjectiveinitiativeofthestudents，butalsoeffectivelycultivatetheautonomouslearningability，thehand-onskills，teamworkability，analyzingandsolvingtheproblemsability，improvetheteachingeffect.

CDIO；analogelectronictechnology；engineeringeducation；task-driventeachingmethod

2015-05-20；修改日期: 2015-07-09

南通大学教改课题(2013B082)；南通大学杏林学院教育教学项目(2013J215)。

刘明(1981-)，男，硕士，讲师，主要从事电工电子类实验教学及应用研究。

G642.423；TN710.4

Adoi:10.3969/j.issn.1672-4550.2016.04.045