CDIO理念创新“模拟电子技术”课程教学改革

周晓华, 陈祖斌

(吉林大学 仪器科学与电气工程学院， 吉林 长春 130061)

0 引言

“模拟电子技术”是电子、电气和通信等电类专业的一门专业基础课程，课程内容有“三多”(概念多、符号多、原理多)，教师难教，学生难学，素有“魔鬼电路”和“模糊电路”之称[1]。学生普遍在实用电原理图的理解、技术资料的分析、电路故障排除、简单应用电路设计及制作上存在困难。虽然经过多年课程教学改革的探索和实践，取得了一定成效，但依然还存在着一些不适应之处，主要表现在：课程教学体系尚不完善、课程教学模式滞后于时代变革、课程教学资源亟待丰富、课程教学评价尚欠客观。具体地说，目前在“模拟电子技术”课程教学的价值取向上，忽略了学生专业能力、方法能力和社会能力的培养；课程目标缺乏对学生创新素质培养的明确要求及具体规定；教学模式缺乏多样性和适应性，教学方法上难以使学生实现从被动到自主学习、从单纯知识学习到综合知识和复合技能学习的转变；教学资源存在缺乏整合和开放不足的缺陷，课程资源不能够广泛交流与共享；教学质量评价机制存在单一性、不健全等问题。

CDIO( Conceive Design Implement Operate)是以构思( Conceive) 、设计( Design) 、实施( Implement) 及运作( Operate) 全过程为载体，让学生以主动、实践的方式进行工程学习，注重培养学生专业知识、学习能力、团队交流能力及工程系统能力的一种先进的工程教育模式[2]。迄今为止，已有几十所世界著名大学采用了CDIO 工程教育理念和教学大纲进行教学，并取得了良好效果，培养的学生深受社会与企业欢迎[3]。

本文借鉴CDIO工程教育理念，以提升学生的工程实践和创新能力为目标，依托我校实验教学示范中心、工程实践教育中心等教学平台、借助卓越工程师计划、大学生创新计划开展的项目，构建“理论教学、实验教学、实习实训、创新实践”四位一体的“模拟电子技术”课程教学体系，构建理论教学“前拓后展”、 实验教学“虚实结合”、实习实训 “真题实境”、创新实践“内引外驱”等多元化的教学模式，构建“结果性”和“过程性”并重的考核评价体系。从该课程的教学体系、教学模式、教学资源、评价机制等方面系统设计并全面实施改革，以期该课程能在电子技术类课程教学改革方面发挥示范引领作用。

1 课程教学模式设计

新构建的我校“模拟电子技术”课程教学模式如图1所示。

基于先进的CIDO工程教学理念，通过搭建理论教学、实验教学、实习实训、创新实践四位一体的教学体系，全面提升学生的工程实践能力和创新能力。针对课程教学的关键环节，探索实施 “前拓后展”的理论教学模式、“虚实结合”的实验教学模式、“真题实境”的实习实训模式、“内引外驱”的创新实践模式，有效地解决学生校内实验不愿意动手，现场实习动不了手，创新探索无从下手的被动局面；改善了校内学习内容与工程实际结合不紧密等问题。以虚强实，虚实结合，搭建系列化的模拟仿真平台，创设实训情境，学生不出校门即可接受工程认知；虚拟实验、仿真实训、动手操作四个层次的一体化训练，有效解决了实习实训不系统、不完整的问题[4～5]；通过教考分离的考核方式，将课程的讲授和上机考试相结合，克服个人命题中容易出现的片面性、随意性，保证命题组卷的客观性和科学性；完善试题和试卷的管理使之高效而便捷，从而提高工作效率，为教学质量评价提供可量化的指标，便于全面客观地评价学生的学习能力和学习态度。

图1 “模拟电子技术”课程教学模式设计

2 课程教学改革实施

2.1 构建立体化教学体系

将“以人为本、能力本位”作为价值取向的依据，把“模拟电子技术”、“模拟电子技术实验”和“电子技术综合设计与实践”等课程进行有效整合。结合人才需求、结合专业特点、结合学生特征、结合课程课时、结合实验条件，从简单到复杂，从单项到综合，涵盖整个知识体系，建立起理论、实践、实训、创新四位一体互不分离的立体化教学课程体系(如图2所示)，加强学生的理论专业知识、工程实践能力、创新思维能力的全面培养。

图2 立体化课程教学体系

2.2 推动教学模式改革

针对课程教学模式滞后于时代变革的现状，我们构建了理论教学“前拓后展”、实验教学“虚实结合”、实习实训“真题实境”、创新实践“内引外驱”等多元化的教学模式(如图3、图4、图5所示)。在教学内容方面，结合课程本身的内在联系，在涵盖课程基本内容的基础上，进行模块式教学，并注重模块之间内容的交叉与融合，将基本理论、分析设计、操作技巧等融为一体；在教学方法方面，根据课程的教学规律和特点，注重应用启发式、讨论式教学方法，通过课堂提问、质疑、答辩等教学方式，鼓励学生独立思考，培养学生发现问题、解决问题的能力。课外，通过 “新技术专题讲座”、“实验方法讲座”、“创造发明讲座”等讲座提供富含时代气息的教学内容，通过开展“大学生创新计划”项目，调动学生的主动性、积极性和创造性，激发学生的创新思维和创新意识。

图3 课程理论教学模式

图4 课程实验教学模式

图5 课程实训教学模式

2.3 建设优质化的教学资源

针对课程教学资源亟待丰富的需求，依托网络资源建设的教学改革项目，基于“共享教学资源、交流教育信息、互动网上教学”的教学理念，建设了 “立体、交互、开放”的“模拟电子技术”网络课程(如图6、图7所示)。

图6 网络课程建设的主要模块

图7 网络课程建设主页

网络课程教学资源本着教师为主导、学生为主体的原则，以师生交互为线索的思路，按照“谁来教(教学队伍)—教什么(课程介绍)— 怎么教(网上课堂)—怎么学(学生实践)—课程补充资料(网络资源)—教得怎么样(教学评价)”的顺序实施教学过程。现代化、多样化的教学资源丰富了课程的教学资源，有助于满足学习者多层次学习需要，有助于满足时代对人才培养的要求。

2.4 建立客观的评价体系

针对课程教学评价尚欠客观的不足，不仅将期中、期末考试、平时表现及实习实训成绩等作为教学质量评估的依据，同时注重本科生培养的持续性发展，依托教考分离的教学改革项目，将模拟电子技术基础知识纳入研究生“高等电路”课程的讲授和上机考试中。如图8所示，该考核方法克服了个人命题中容易出现的片面性、随意性，保证命题组卷的客观性和科学性，使试题和试卷的管理变得高效而便捷，从而提高工作效率，为教学质量评价提供了可量化的指标，全面客观评价学生的学习能和学习态度。

图8 “高等电路”课程中“模拟电子技术”部分机考题库

3 课程教学改革成效

学院于2013年顺利通过国际工程教育认证，基于CDIO理念对我院课程体系的所有教学环节，如涉及的教学设计、教学实施、教学评价等内容，都进行了优化。具体地，在“模拟电子技术“课程改革方面，依托 ”电气工程及其自动化学科人才培养方案和课程结构综合改革的研究与实践”教学改革项目，构建并实践了“四位一体”的课程教学体系；建设了“立体、交互、开放”的“模拟电子技术”网络课程，开发了一套仿真教学演示系统；依托“教考分离”改革研究项目，将本科课程基础知识延伸到研究生课程中，通过基础知识的上机考试使教学质量评价更加客观、公平，全面促进了教学内容的修订和改进。

3.1 课程教学改革成效

1)建设成效

以“电子技术基础系列课网络资源建设”和“电气工程宏观纵览与微观仿真教学演示系统的设计与实施”的教学改革项目为基础，整合了教学资源，突破了资源的时空限制，实现了现代化、多样化教学资源的开放和共享；“模拟电子技术”课程网络平台已运行近六年，仅学院受益学生就有1200余人；开发的系列教学演示系统，供学生进行每年的短学期实训；建设的基础知识题库，供研究生“高等电路”课程上机考核，实现了课程综合性改革的持续性发展。

2)培养成效

主讲“模拟电子技术”课程的青年教师们分别获得学校青年教师竞赛二等奖和三等奖，均获得东北地区电子技术基础、电子线路课程授课竞赛初赛一等奖和全国高等学校青年教师电子技术基础、电子线路课程授课决赛的二等奖，为教学模式的改革起到了示范作用，学生对“模拟电子技术”课程的网络教学评价满意度均在90%以上。近三年，学习本课程的学生参加大学生创新项目覆盖率为100%；(如图9所示)国家级大学生创新项目优秀结题率41%，远超学校10%的平均优秀率，(如图10所示)课程目标达成值高，毕业要求达成度好。

图9 2013-2016年大学生创新项目统计

图10 国家级大创项目优秀结题率

3)应用成效

2013年学院测控技术与仪器专业顺利通过了工程教育认证，基于CDIO工程教育理念组建了“卓越工程师”班级，现已贯彻落实了四年。探索CDIO工程教育理念的实施路径，引导学生独立思考与自主学习，培养独立实验、发现问题、合作研究、交流表达能力，确保学生解决复杂工程问题素养的达成。在2016年工程教育认证的现场考查中，专家对“CDIO”理念的实施成效给予了充分的肯定。

4 结语

借鉴CIDO的工程教育理念，在“模拟电子技术”课程的教学改革中，把学生的工程实践能力与创新精神培养作为人才培养的重要任务。从课程教学的内容体系、教学模式、资源建设、评价机制等方面开展了教学综合改革。主讲教师在青年讲课比赛中的出色表现和大学生创新实践、电子竞赛中学生获得的佳绩，表明了课程教学的改革成效显著。基于CDIO工程教育理念组建的“卓越工程师”班级作为改革案例，学生工程能力和创新能力普遍提高，具有强的推广价值和示范辐射作用。