基于CDIO 模式的数字电子技术教学改革研究与实践*

杨翠云，黄 平，王艳玲

（桂林师范高等专科学校物理与工程技术系，广西 桂林 541100）

1 引言

CDIO 教学模式最早由汕头大学于2005 年引入中国，在教育部相关部门的指导和支持下，全国几十所高校进行了试点改革，教师们把该教学模式引入专业教学和课程改革实践中均取得了很好的教学效果[1]。目前，CDIO 教学模式不仅在本科院校工科专业获得推广，而且高职高专类院校的教师们也应用该模式进行教学改革，同样有效地提高了教学质量[2]。胡占军等人把CDIO 教学模式与高职教育的“基于项目的教育和学习”以及“做中学”进行了比较，认为CDIO 模式是两者的集中概括和抽象表达[3]。CDIO 教学模式注重学生今后工作需要具备能力的培养，解决了理论教学与实践教学的统一问题，其制定的12 条标准为工科教育教学改革提供了实施指南和评价标准，因此该教育模式获得了工程领域教育工作者的广泛认可[1-4]。

数字电子技术课程作为电子信息类等专业的专业基础课，它集物理学、电子控制技术、计算机等多门学科于一体，涉及生活、科技、工业等多个领域，是一门实践性很强的学科。在传统的数字电子技术课程教学模式中，教师按照教材安排的学科知识进行授课，着重于电路结构和功能的分析，对设计电路的方法和学生能力的培养没有足够重视。而在实验教学中，也是以教师为主导，学生根据已有的实验步骤完成既定的实验，学生缺少发挥个性的空间，学生的积极性、主动性受到抑制，学生独立分析解决问题的能力、合作交流能力、创新思维能力、自主学习能力等也没有得到有效训练。理论教学和实践教学分开的结果，使得两者的进度不统一，对学生的持续性和连续性学习产生不利的影响。此外，课程考核方式单一，只考核学生对知识的掌握程度，没有对学生的能力进行有效评价。因此寻找一种既有利于激发学生学习的兴趣又利于学生培养学生能力的教学模式成为教师的迫切需求。

本文把CDIO 模式应用于数字电子技术课程的教学，依据CDIO 教学理念重新修制定了课程教学培养目标，对教学内容进行了梳理，按照CDIO 的教学模式重新设计了教学环节，改革了评价方式，教学质量得到明显提高，因此本文可以为电子技术类课程教学改革提供参考。

2 数字电子技术课程教学中存在的问题

通过教师间的交流以及与学生访谈，数字电子技术课程教学中存在主要问题如下：

2.1 教学过程中教师重视传授知识和培养技能，忽视培养能力

在授课的过程中，把注意力都放在知识的讲解和技能的培养上，对学生能力的养成关注不够。学生毕业后走进社会，其工作中必需的合作交流能力、工程能力和分析解决问题的能力却没有得到有效训练。因此，教师在授课的过程中除了培养学生的学科专业知识外，还必须培养学生的能力。

2.2 课堂教学枯燥，学生缺乏兴趣

传统的课堂教学，教师虽采用多媒体课件上课，但是一节课绝大部分时间都是教师的一言堂，学生参与度低，不少学生还在看手机，几乎没有听课。也就是说由于授课形式单一，学生提不起学习兴趣，导致授课效率低下。

2.3 学生学业成绩的评价标准单一

在传统的教学中，评价学生的学业成绩主要看考试的成绩，比如段考成绩占20%，平时成绩（主要看作业）占20%。期末成绩占60%，教师对学生学业成绩缺乏全面的评价标准。此外，对学生的能力部分，几乎没有提及。在这样一种评价方式下，教师不会多花精力培养学生能力，由于成绩与此无关，学生也不会关心。

基于以上存在的问题，电子信息工程技术专业教师进行教学改革，把CDIO 教学理念引入教学，重新审视并修改了电子技术课程的教学目标，对教学内容进行梳理，按照CDIO 的教学模式设计教学环节，除了培养学生的专业知识外，注重学生的能力的培养，使他们毕业后能够成为一个合格的能够从事功能电路设计、产品检测、系统维护等工作的高素质的应用型人才。

3 基于CDIO 理念的课程培养目标

在CDIO 模式下，数字电子技术课程的学习目标分为技能目标和能力目标。因此，根据电子信息工程技术专业的人才培养方案，重新理清了数字电子技术课程人才培养目标，如表1 所示[5]。

表1 数字电子技术课程的CDIO 能力培养目标

从上表可以清晰看出数字电子技术课程要培养学生的哪些能力，方便教师在教学的过程中了解课程教学目标的达成度，并及时调整教学方法和策略。

4 基于CDIO 模式的教学改革与实践

基于以上的数字电子技术课程的能力培养目标和CDIO 教学理念，按照项目化的要求对课程内容进行梳理，设计了4 个教学环节[6]。环节1 是下达项目工程任务及学生组队，并在教师的指导下完成相关知识的学习。在该环节学生自主观看微课视频和教师进行线上随时答疑和教师掌握学习情况后的线下集中辅导，团队成员通过查阅资料，讨论之后达成一致意见，形成最佳项目方案，完成项目构思环节；环节2 是设计，在确定项目方案后，根据所学的理论知识和教师的指导进行电路的具体设计；环节3 是实施，把设计好的电路在软件上进行仿真，然后在面包板上进行实际的接线与调试，最后，学生在自己制成的PCB 板上组装、焊接与调试电路，完成项目。环节4 是运行，在项目完成后，对项目进行汇报。在这过程中完成以上能力目标的培养。现以“交通灯故障报警”项目为例，介绍基于CDIO 的项目执行过程。

4.1 项目构思

教师课前给学生观看交通灯工作的视频，启发学生构思项目。交通灯有红、黄、绿三种颜色，任一时刻只有一种颜色交通灯亮是正常的，如果一盏灯都不亮或同时亮起两种及两种以上颜色交通灯就发出故障报警。学生经过观察思考后提出的项目有：交通灯故障的解决问题、交通灯的控制问题、能根据路况反馈情况智能交通灯的控制问题，等。之后学生每4 人组成一个小组，确定本组的研究项目，即完成项目的构思过程。下面以解决交通灯故障为例进行说明。

4.2 项目设计

学生通过进一步查阅资料、观看教师提供的视频、同组学生相互交流、讨论以及教师的及时指导，完成项目的设计。学生首先按照逻辑代数知识进行逻辑抽象，设定红、黄、绿三个交通灯的亮灭状态做为输入变量，分别用A、B、C 表示，规定0 状态表示灯不亮，1 状态表示灯亮，故障报警信号为输出信号，用Y 表示，规定Y=0 表示没有故障报警，Y=1 发出故障报警信号，然后列真值表写出Y 的表达式。若考虑用与非门实现则需要对上式进行化简并变换表达式为方，形成了案1（基于门电路的设计方案）。教师启发学生是否还有别的实现方式，学生再次查阅资料，并学习译码器的知识后又设计了方案2（基于译码器的设计方案）。图1 给出了2 套方案的设计图，即完成了项目的设计过程。

图1 交通灯故障报警电路图

4.3 项目实现

设计好的电路需要进行仿真验证。老师指导学生用Multisim 仿真软件进行仿真实验，验证设计是否符合项目要求，符合则说明设计正确。为了能观察故障报警信号，学生经过思考以及交流，在和教师的沟通后决定在输出端和地之间接一个发光二极管和限流电阻。如果设计的电路无误，则进入电路的制作阶段。

按照设计好的电路选择元器件，并对元器件进行识别和检测，根据设计好的电路图按电子线路PCB 图设计的规则进行制作，学生在PCB 板上装配、焊接与调测，检测电路的性能参数，完成项目。

4.4 项目运行

项目完成后，每个小组要撰写报告书，推选一个组员对项目进行报告，汇报组内分工情况，项目的设计思路、应用了哪些基本知识、针对项目实现过程存在问题的解决方法等。

5 学生学业成绩的考核评价

学生学业成绩的考核体系的改革是数字电子技术课程教学改革重要方面，针对以往教学考核评价单一，急需建立一个多层次，多元的全面考核评价体系。

首先，评价方式要从结果性评价转变为过程性评价。以往的教学评价是结果性评价，以学生的考试成绩为主，不考虑学习的过程因素。因此在制定新的教学评价体系时，要进行多层次、全方位的考虑，以过程性评价为主。教师参考课程的能力培养目标，从技能和能力方面进行多层次的全面的考查。过程性评价贯穿项目实施的全过程，在这过程中，每一个学生和每一个小组都有一个评价卡片，每个项目完成后都组织一次评价。教师除了对学生专业知识的进行考查外，还要评价学生的自主学习能力、创新思维能力、工程能力、交流合作能力等。

其次，考核主体的多元化。考核的主体除了教师之外，还应将评价权下放到学生。通过组内成员的互评，不同组成员的互评，了解学生在学习和实习过程中的合作交流能力、组织能力以及解决问题的能力。

此外，教师还要对学生职业道德素养进行评价，以养成学生良好的职业道德素质。

6 结束语

采用CDIO 教育理念对数字电子技术课程进行改革与实践具有明显的成效。与传统教学模式相比，学生的自主学习能力、创新思维能力、工程能力和沟通交流能力都得到了明显提高。因此，采用CDIO 模式进行教学，有利于学生的成长和发展以及培养高素质的应用型人才。