CDIO模式下应用型本科高校《电子技术》课程改革与实践

刘伟丽，宋卫海

（山东农业工程学院，山东 济南 250100）

随着中国经济的飞速增长，中国的教育事业也在蓬勃发展，教育范围在不断扩大，教育程度也在不断的深化，我国教育已从精英式向大众化教育转变。尤其自“十三五”以来，高等教育质量的提升已经成为核心任务，教学改革是其主要内容，而教学改革的核心是课程，重点是方法。就我国应用型本科教育来看，规模虽大但质量不高，集中体现在学生的综合知识运用能力不足，工程实践能力不强，技术创新能力不高等方面，难以适应现代产业对工程技术人才的要求。

近年来国际工程教育改革的最新成果CDIO工程教育模式与应用型本科教育不谋而合。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[1-3]。截至2013年，已有几十所世界著名大学加入了CDIO组织，其机械系和航空航天系全面采用CDIO工程教育理念和教学大纲，取得了良好效果，按CDIO模式培养的学生深受社会与企业欢迎。本文以《电子技术》作为研究对象，将CDIO这一教学模式引入课程教学过程中，希望通过这种一体化的培养方式，能够让学生在工程基础知识、个人能力、人际团队能力和工程系统能力四个层面得到全面提升，从而满足应用型人才培养的要求。

1.《电子技术》课程的现状

《电子技术》是电类专业的一门重要的专业基础课，该课程是由《模拟电子技术》和《数字电子技术》两部分内容组成，具有逻辑性强、知识点较多、内容容量大等特点。《电子技术》和其前续课程《电路基础》虽同为专业基础课，但该课程更突出“技术”二字，强调应用性，传统的“理论+实践”的培养模式虽然突出了基础但是忽略了其应用性，容易造成理论与实践的脱节，目前很多应用型本科高校依然沿用的这种教学模式有以下三个方面的缺点：

（1）授课内容与工程实践相脱节。目前多数应用型本科高校教学所选用教材多偏重理论性，授课内容模电部分多偏重理论分析和计算，数电部分多偏重逻辑化简和芯片介绍，学生对于各章节的学习有些零散，缺少连贯性，学习的内容缺少各个领域的前沿知识，与实际工作中所用知识还有一定差距，无法真正培养学生解决工程实际问题的素质和能力。

（2）教学模式、考核方式过于单一。由于《电子技术》课程知识点较多且逻辑性强，很多教师依然采用依照教材编写顺序对知识点进行罗列式讲解，教学过程还是教师讲、学生记、习题巩固、实验验证，这种传统的教学模式虽然保证了理论部分全面细致的讲解，但是很容易使学生失去兴趣，容易产生厌烦心理，学生也很难将知识点与真实的应用场景结合起来。目前，该课程的考核形式依然是以试卷考试为主，形式过于单一。期末考试学生只要对照课程大纲完成考前突击，就能够获得相对理想的成绩，严重缺乏对学生的动手能力、分析解决问题、设计能力的考核，导致知识与能力失衡，考核结果缺少一定的公正性。

（3）缺少团队精神、创新意识等职业精神的培养。在传统教育模式下，实验或实训教学部分大多都是验证性、单一性的实验，实验题目相对固定，学生大多是根据老师的讲解进行机械验证，缺乏主动思考和运用所学知识对题目进行设计的过程，缺少项目化训练和实践能力的培养，以致在实际工作岗位中所需要的口头表达能力、团队协作能力、组织协调能力等职业精神在课程的学习中没有能够得到很好的培养和锻炼，因此不光很难调动学生学习的积极性和主动性，也缺乏对学生创新精神、团队意识等职业精神的培养。

2.CDIO模式下《电子技术》课程改革

《电子技术》课程改革的核心任务是转变以往“以理论讲授为主，以实验为辅”的教学模式，提高学生学习的积极主动性，培养学生扎实理论基础，具有较高职业能力素养。传统应用型本科高校电子技术的教学内容、教学目标如下表1所示。

表1 《电子技术》教学大纲

在CDIO模式下，电子技术课程的学习目标分为两种，一种是技术目标，也就是教学过程中学生技能水平的提高，另外一种是CDIO能力培养目标，主要是培养学生的职业技能和职业素养、团队协作与交流能力等。

2.2 CDIO教学模式的指导思想

《电子技术》课程在CDIO教学模式下基本指导思想是:依据应用性本科人才培养目标的要求，强调以基本概念、基本理论、基本方法、基本技术为原则，以技术应用能力和工程素质培养为主线，以对实践环节的改革为突破口，以第二课堂为辅助手段，切实加强对学生工程素质和应用能力的培养。培养学生具备本课程技术领城相应的知识、能力和素质，培养科学基础理论扎实、技术综合应用能力强、整体素质高的高级工程技术人才。

在CDIO教学计划的制订中，确立“培养学生团队精神，开发学生适应社会的个人潜能，强化基础与应用技术，构造合理的知识结构，注重实践能力与工程素质、按行业特色人才需求培养”的教学指导思想。通过基础理论教学、实践教学和质量管理三大培养体系，全面提高学生工程素质和专业技术应用能力，以提高学生毕业后在专业技术领域的适应性。

2.3 CDIO模式下教学内容的整合

针对目前《电子技术》课程教学存在的不足，以CDIO工程教育理念和CDIO教育大纲内容为指导思想，参照CDIO教学模式“系统的能力培养、全面的实施指导(包括培养计划、教学方法、师资、学生考核、学习环境)以及实施过程和结果检验的12条标准”，构建虚拟的工程职业环境，对教学模式进行“教学做一体化”和“项目式教学”的改革尝试[6]。在CDIO的教学模式下，《电子技术》课程的教学内容被分解成六个模块，每个模块对应着与知识点相关联的产品设计。每个模块的学习过程包括以下两项：一是相关模块知识点的细化，包括基本知识的讲解、学习和基本技能训练，其中基本技能主要是指：基本测试方法的学习、基本的仪器仪表的使用、仿真软件的学习、以及验证性实验等内容；二是在基础知识学习和基本技能培养的基础上进行项目设计，学生在了解基本元器件和芯片的性能和使用方法的前提下上，利用所学知识进行相关项目的设计，通过搭建简单的硬件电路、仿真、实验验证等内容，培养学生的个人能力、团队协作能力和系统的调试能力等。《电子技术》课程如下面鱼骨图所示。

图1

2.4 CDIO教学示例

基于CDIO的教学模式是按照以下4个环节进行，下面以项目一简易手机充电器为例进行说明。

环节一：设计要求

设计一个简易手机充电器，要求：

（1）输出直流电压为5V；

（2）输出纹波电压（峰峰值电压）小于2mV。

通过给出的设计任务和具体任务指标，使学生明确自身设计需要达到的具体要求。

环节二：必备知识

向学生讲解制作简易手机充电器必备的理论知识。从拆装一个废旧的手机充电器引入半导体知识，讲解PN结、二极管、二极管的应用、滤波电路、稳压电路等知识模块，并进行基础实验如二极管极性判断和质量判断、信号发生器和示波器的使用等，提高学生的实际操作技能。

环节三：任务实施

（1）构思——方案论证

让学生自由组合，每3-4人一个小组，经过小组内部讨论和学习，提交本小组所采用的具体方案并进行课堂论证。

（2）设计——电路原理图的设计

分析整体电路原理，依据设计要求和元器件的主要参数，对设计方案中所用元器件进行选型，参照设计要求，确定最终选用的器件型号，列出元器件清单，并用Multisim对设计原理图进行仿真。

（3）实现——组装与调试

根据仿真结果，让各个小组在面包板上进行焊接、连线和调试，并根据调试结果进行PCB电路板的设计[5]。

（4）运行——作品展示

首先测试输出的直流电压和纹波电压是否满足设计要求。项目完成后，每个小组通过分析实验数据或实验波形，总结在本次实验项目中遇到的问题和经验，形成项目报告，并进行小组作品展示。

环节四：考核评价

项目完成后，每个团队整理一份项目报告进行汇报，教师依据项目开展的具体情况对每组成员进行提问，所提问题一般无标准答案，意在让学生对项目进行反思和自我总结。考核结果按照比例计入本门课程的最终成绩。

2.5 课程考核

基于CDIO的教学模式与传统教学方法有很大差异，传统的试卷式的考核方法将很难全面反映学生的学习情况，因此，基于CDIO教学模式《电子技术》的课程成绩由三部分组成，平时成绩（20%），理论成绩（30%），项目成绩（50%）。平时成绩主要是由考勤成绩、作业成绩和课堂表现成绩构成；理论成绩主要由随堂测试成绩和期末考试成绩组成；项目成绩由小组每次作品评议成绩和汇报成绩构成。

3.教学改革的实施效果

CDIO模式倡导“做中学”为核心的教学模式，强调以实践项目贯穿到整个教学过程中，采用项目驱动式教学方法，突出以学生为中心，为学生构建积极和谐的学习情境，以讨论式学习和研究型学习为主要方法，通过实验项目引领学生自主构建完整的知识体系。

随着新的教学改革方案的实施，基于CDIO模式的教学取得了不错的教学效果，很大程度上提升了学生的综合知识运用能力、基本工程实践能力和创新意识，激发了学生从事科学研究与探索的兴趣和潜能，在一定程度上发扬了理论联系实际、求真务实的学风和团队协作的人文精神。通过项目化、任务驱动式的教学，学生可以进行贴近实际工程实践的学习和训练，能够真正理解并掌握《电子技术》的课程内容和理论知识，这种教学模式得到学生的支持和欢迎，其取得的良好效果具体表现为以下三个方面：

（1）有效培养了学生团队协作能力和沟通能力。分组教学有效提升了学生的团队意识，小组成员分工协作，相互配合，共同完成同一目标，培养了学生的团队精神；答辩式的项目汇报，提高了学生的口头表达能力和人际交往能力。

（2）有效培养学生解决问题的能力，提高学生的职业责任感。项目化的教学，使学生在一定程度上自行思考和解决实际实验中的问题，提高其分析问题、查阅资料和解决问题的能力，由于是分工协作，使得学生责任感清晰，能够更加积极主动的完成自身所承担的任务。

（3）有效引导学生自主学习，提高了学生的创新能力和水平。项目的完成和作品展示，使学生拥有满足感，提高学习的信心，从而有效提升了自主学习的能力，学生开始有意识联系老师，参加校、市、省乃至全国的竞赛项目，大大提升了学生的创新能力。

4.结束语

《电子技术》课程改革采用CDIO的教学模式，以模块化教学为依托，提高学生学习的积极性。通过Multisim仿真软件，虚实结合，有助于学生加深理解，CDIO倡导“做中学”和“基于项目教育和学习”的新型教学模式，在这种教学模式的驱动下，能够有效培养学生的实践能力和创新意识，拓展以问题为导引的自主型实践，优化学习过程，引导学生参加竞赛。《电子技术》课程进行的教学改革能够很好的培养学生的自主学习能力、查阅资料解决问题的能力、创新意识、动手能力、表达能力和团队协作意识，能够让学生在工程基础知识、个人能力、人际团队能力和工程系统能力等层面得到全面提升，满足应用型人才培养的要求。