基于CDIO的《电路与电子技术》课程实验教学模式探索

王庆香 蔡洪民 彭业开

摘要：《电路与电子技术》是培养大学生硬件基础理论与动手能力的一门重要课程。很多高校学生参加大学生电子设计大赛及学习设计与维修相关电子产品都以此课程理论及实践为基础。该文基于CDIO 教育模式，构建了有效合理的 《电路与电子技术》课程新的实验教学模式，使得学生在系统学习课程理论知识的同时，能有目的地开展和参与针对性的实践教学活动，有效感受工程项目实践对人才各种能力需求的培养过程。实践证明改进后的教学模式能激发学生的学习兴趣和主动性，学习效果与传统教学方法相比有较大的提高。

关键词：CDIO；电路与电子技术；实验教学

中图分类号：G64 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2018）26-0113-03

Abstract： Circuit and Electronic Technology is an important course to train college students' hardware basic theory and practical ability. Many college students take part in electronic design competition and study design and maintenance of electronic products on basis of theory and practice of this course. Based on CDIO education mode， this paper builds the effective and reasonable new experimental teaching pattern of "Circuit and Electronic Technology"， which makes the students to carry out and to participate in the activities of specific teaching practice and effectively experience the training process of engineering project practice on the various abilities of talents， while learning curriculum theory knowledge at the same time. Practice shows that the improved teaching model can stimulate the students' learning interest and initiative and learning effect compared with the traditional teaching method has great improvement.

Key words： CDIO； Circuit and Electronic Technology； Experimental Teaching

CDIO代表构思（Conceive）、设计（Design）、实现（Implement）和运作（Operate）， 它以产品从研发到运行的生命周期为载体， 为学生提供实践、理论课程之间有机知识关联的教学情景、鼓励学生以主动的方式学习工程学[1]。这种学习方式与传统的学习方式有很大的不同。近年来，将CDIO理念融入到各类课程教学中的尝试越来越多并取得了不错的效果。如：陈琳提出了基于CDIO工程能力要求和以项目驱动方式开展教学的人才培养方案、课程体系、工程能力培养过程和措施等教育改革的模式和方法[2]. 娄小娥等分析了新的时代背景下，临床药学人才培养的需求与趋势。同时，通过借鉴CDIO的核心理念"实践导向"与"全过程性"，对新型临床药学人才培养模式进行了思考与探索[3]。可以看出CDIO教学模式特别适用于包含一定量实验并强调动手实践类的课程[4-9]。不同类课程其实施过程和方法也不尽相同。根据《电路与电子技术》这门课程的特点，本文探索将CDOI教学模式应用于电路与电子的实验课程的教学中。实践证明基于CDIO模式的《电路与电子技术》实验课程教学方法其教学效果优于传统的教学方法。

1 电路与电子技术课程教学方法现状

《电路与电子技术》是很多工科专业的重要专业基础课。学生在此课程学习过程中不但可以培养硬件基础理论也可以培养动手实践能力。我校已在计算机科学与技术专业、医学信息工程专业、制药工程专业以及生物医学工程都开设此门课程多年。此门课的传统教学模式为：①以理论教学为主，实验教学学时偏少，由于理论分析计算比较抽象，学生学习过程中很难将所学理论与实际结合起来，对理论的理解不够深刻。②学生学习的实验项目都是验证性实验，学生一般是根据实验步骤按部就班的重复并记录实验结果。这样学生在实验过程中难以发挥主观能动性，其学习兴趣也难以提高。③对学生实验过程评价方式以其实验结果和实验报告为主，这样难以客观的评价学生真正的实验能力和对知识点得掌握。综上所述，传统的教学模式运用中学生学习过程中的积极主动性没有发挥出来，这样学生对知识的掌握可能并不非常牢固且动手实践能力也很难培养出来。 为了培養学生的综合实践能力，虽然很多学校专门为大一至大三的学生设置了创新创业类的项目，这些项目每年都有很多学生想主持或参与其中，但是这类项目的立项数目有限，每年真正实际参加的学生数目并不多，这样工程性的实践项目只能作为第二课堂产品。因此，在一些课程的教学过程中积极引入工程性实践教学模式成为培养多数学生综合实践能力的一种必须。

目前传统教学方式仍然占据着主渠道，工程思维教学方法因诸多因素还不能有效改变传统教学模式。本文基于CDIO的教学模式通过在《电路与电子技术》课程中专门设计创新性和综合性实验项目，以期逐步改变传统的教学方法和教学模式，培养具备一定专业知识技能和较好综合素质的创新型人才。

2 实验教学模型构建

《电路与电子技术》课程在我校开设的专业都以培养卓越工程师为主要目标。此课程理论与实验并重。作为学生大学期间首先接触硬电路的第一门课，其实验部分是培养学生动手实践能力的重要开端，优异实验能力的培养将为后续多门硬件课程的学习打下一个坚实的基础。CDIO教育模式是基于工程实践的课程教学思想把理论与实践连接在一起，使得学生在学习过程由被动变得更加主动，其学习兴趣也不由自主的调动起来。

本文基于CDIO的教学思想构建了电路与电子课程实验教学模型，如图1所示。实验教学根据深浅与复杂度不同分为验证性实验、设计性实验和综合实验。三种类型实验按照一定比例组合。实验后的教学评价与反馈也是一个重要的环节，此环节产生的反馈结果将会使得实验环节进行不断地改进，以期达到最终的教学目标。三种类型的实验安排如表一所示，在大多数实验中除了进行进行动手实操外还要进行软件的仿真验证。综合性实验是重点安排的实验，每次占用学时为4学时。实验的各种类型的分配会根据教学的评价与反馈环节不断调整。最终的教学目标是培养学生的综合素质使得他们在工程基础知识、 个人能力、 人际团队能力和工程系统能力等方面都能得到提高。

3 基于CDIO 模式的《电路与电子技术》实验教学实施

3.1 基础性验证实验

因为基础验证性实验是以验证基本理论为主要目的，所以这类实验的难度一般不大，以前的做法是老师讲完实验的目的要求和实验步骤，然后学生按部就班的重复一遍实验，这样学生在实验过程中很少思考问题，也难以对验证的理论有深刻认识。现在基于CDIO教育教学模式，验证性实验的实验过程进行重新设计，开展以教师引导学生自学为主的教学模式，训练学生的动手操作能力。其主要过程为： ①先划分团队实验小组，教师提出问题，学生提前预习 ②学生上网收集资料，认真思考实验中用到的理论。 ③开始实验过程，观察并记录实验结果，写出详细的实验报告。④至此实验并未结束，小组继续讨论，并上网查找资料并尝试对实验电路进行参数调整或小的改进，对改进后的电路小组必须进行详细理论的分析计算。⑤对改进后的电路，小组利用mutisim 软件进行仿真验证，看自己的理论分析与实验结果是否符合，然后撰写改进报告，⑥每个小组对自己改进电路进行答辩式汇报，教师根据初次实验以及改进实验进行综合评价，并给出相应的评价分数。

3.2 设计性及综合性实验

针对设计性与综合性的实验，其教学目标是充分调动同学们的主观能动性，并让同学在这类实验中真正学习到工程中产品开发的关键过程“构思-设计-实施-运作”中的精髓。这类经验是他门今后走向工作岗位进行工程项目开发的一种重要的财富。此类实验的主要过程为：①将班级划分为若干协作实验小组，组长负责安排各项任务，小组成员首先查阅相关实验设计的相关资料，集思广益设计各种不同难易实验方案。②小组成员经过讨论后优选一到两种实验方案进行详细设计以及理论的分析计算，然后将设计的方案采用multisim进行仿真验证。③在仿真验证成功后，小组成员分工合作收集元器件制作印刷电路板并焊接相关电路，电路焊接完成后进行实际的验证测试，根据测试结果反复进行修改直到满意为止，期间有关键问题可以咨询指导老师。④在完成整个实验过后，团队成员分工合作撰写实验报告。⑤教师挑选合适的项目进行答辩，各个项目进行综合评分。

基于项目的构思、 设计、 实施和运行的模式，本文对各项实验的过程进行重新设计。因此实验的实施过程中学生基本个人能力、 团队能力和对产品、 过程和系统的构建能力都能得到一定程度的提高，这也在很大程度上满足了专业培养的目标。

4 结束语

将CDIO理念引入电路与电子技术实验过程中是对传统教学模式的一种新的探索。本文基于CDIO教学模式对电路与电子技术课程从验证性实验到综合实验的实验要求和过程进行了全新的设计。实践证明，这种新的实验教学模式很好的提高了学生的学习兴趣和主动性，并在一定程度上培养了他们创新意识，使他们在实验过程中学到了实际工程所需要的各种实用技能，这些技能为将来实际工作打下了一个良好的基础。因此将CDIO理念融入到以动手实践为基础的课程中会大大提高学生工程思维能力，从而进一步提高其综合素质。

参考文献：

[1] 李曼丽.用历史解读CDIO及其应用前景[J].清华大学教育研究，2008，29（5）：78-87.

[2] 陈琳.基于CDIO模式的网络工程专业“工程能力”培养[J].实验室研究与探索，2016，35（2）：211-216.

[3] 娄小娥，翁默斯.基于CDIO的新型临床药学人才培养模式探索[J].高等工程教育研究，2016（5）：161-165.

[4] 赵继政，李敏通，宋怀波，等.借鉴CDIO理念的DSP课程实践教学改革与探索[J].高教学刊，2017（20）：75-76.

[5] 王鈞，赵金友，徐嫚，等.基于CDIO理念的土木工程专业实践教学体系构建[J].教育探索，2016（1）：79-81.

[6] 郭瑞波，王梦菊.基于CDIO理念的数据结构课程体系研究与实践[J].实验技术与管理 2016，10（33）：213-215.

[7] 蔡长安.基于CDIO的物联网工程专业实践教学体系的构建[J].教育探索 2015（6）：80-82.

[8] 张培颖，郑秋梅，宫法明.CDIO工程教育模式在软件工程核心课程教学中的应用[J].教育探索，2014（12）：21-22.

[9] Tian-bao Wang， Wei-dong Cheng， Study and Practice on Innovative Engineering Talent Cultivation Model Based on CDIO [J].Researches in Higher Education of Engineering， 2010 （1）：25-3.

[10] 李蕊，贺毅. 基于CDIO的金属工艺学课程体验式教学改革[J].实验室研究与探索，2017，6（36）：186-191.

[11] 王保建，李兵，陈雪峰，等. 基于“双导师制CDIO”本科生课程教学改革与实践[J].实验室研究与探索，2016，3（35）：196-200.

[12] 徐功文，李学东，石怀伟，等. CDIO模式下“综合布线”实训项目的协同创新探索[J].实验室研究与探索，2016，5（35）：231-235.

[13] 陈琳.基于CDIO模式的网络工程专业“工程能力”培养[J].实验室研究与探索，2016，2（35）：211-216.

[14] 康全礼，丁飞己.中国CDIO工程教育模式研究的回顾与反思[J].高等工程教育研究，2016（4）：40-46.

[15] 袁野.基于CDIO的工科类本科毕业设计制度改革研究[J].汕头大学学报：自然科学版 ，2017，4（32）：74-80.

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