CDIO理念下混合教学法的理论构建与实践探究

朱晓君 李权 崔智勇

摘 要：基于CDIO理念，本文构建了一种线上线下相混合、理论实践相混合和课内课外相混合的混合教学法，即多媒体、板书等课堂教学与MOOC、智慧树等线上教学相混合，先认知实训后课程教学、课程教学中理论课与实验课交叉式混合分配，课堂教学与课前抛出问题课后答疑相混合。以《模电》课程为例，混合式教学法从三个经度六个纬度渗透课程教学的各个方面，引导学生掌握电路原理、分析和设计电路、解决工程问题，培养能力目标和创新型人才，从而达成CDIO的培养目标。

关键词：CDIO;混合教学;线上线下;理论实践;课内课外

中图分类号：G642  文献标识码：A

2017年2月18日，教育部在复旦大学召开了高等工程教育发展战略研讨会，在国家实施创新驱动发展、“中国制造2025”等重大战略和国际工程教育变革的大背景下，讨论了新工科建设的必要性和紧迫性、新工科内涵特征、新工科建设与发展，达成“复旦共识”，阐明了新工科着重培养两个能力，即：工程创新能力和适应变化能力[1，2]。CDIO（Conceive构思、Design设计、Implement实现和Operate运作）是近年来国际工程教育与人才培养的创新模式，提出了能力培养、实施指导、操作过程和结果测试等12条标准，让学生以生动、形象的、实践与课程有机结合的方式学习工程，培养能力目标和创新型人才，与新工科建设培养的两个能力有很高契合度[3，4]。

2020年12月30日，经国务院学委委员会批准，教育部决定设置“集成电路科学与工程”一级学科，加强该学科建设，做好人才培养工作[5]。《模拟电子技术》（简称《模电》）是电类机电类专业以及集成电路科学与工程的一门非常重要的专业基础课程，该课程的教学效果和成效将直接影响到电子相关行业的人才培养，也会间接影响到我国破解芯片制造的卡脖子问题。

《模电》课程内容抽象、知识点繁杂，主要研究由二极管、晶体管和场效应管非线性元器件构成的非线性电路及其各项特性。分析非线性电路的思路是：在特定的前提下，采用各种等效模型将非线性电路等效为线性电路，转化为对线性电路的分析。非线性元器件在不同的电压、电流、温度、频率等条件下，其等效模型都可能会发生变化。初学者在学习的时候，经常会云里雾里，似懂非懂的感受。如何让学生掌握基本电路的原理、分析和设计电路、解决实际工程问题以及构建创新思维能力是《模电》课程教学的目的与方向。

基于CDIO理念，本文探索一种以《模电》课程为例的混合教学法。该方法包括：线上线下相混合、理论实践相混合和课内课外相混合。其中，线上线下混合是以多媒体和板书为主体的课堂教学与MOOC、智慧树等线上教学相混合;理论与实践混合是先认识实训再课程教学，在课程教学中理论课与实验课交叉式混合分配;课内课外混合是课堂教学与课前抛出问题课后答疑混合。混合式教学法从三个经度六个纬度渗透《模电》课程教学的各方面，引导学生学会掌握电路原理、分析和设计电路、通过仿真和实物调试解决工程问题，培养学生的工程能力和创新能力，引领学生达成CDIO四个层面的预设标准。

1 存在问题分析

《模电》课程知识点繁杂，主要研究由非线性元器件（二极管、晶体管和场效应管）构成的非线性电路及其各项特性。在学习《模电》之前，学生已经学习以线性电路为主的《电路》课程。对于学生而言，从线性电路到非线性电路的学习与研究方法有本质上的不同，难度较大。有学生表示“听得懂，不会做”，从教师的课堂讲解或者线上MOOC的学习，听得懂基本知识点和解题方法等，但并没有吃透知识点，更没有真正的把前后知识点形成相关逻辑、构成知识框架，所以部分学生在自己做题的时候，总感觉无从下手。

《模电》是一门工程性和实践性很强的课程，在现有的教学中，往往存在理论与实践脱离的现象。在传统教学模式中，往往都是上完理论课再上实验课或者实训课程，从而导致理论与实践相脱节。在实际教学中，笔者发现学生在《模电》的实验课或实训课的参与度和热情度远高于理论课，这种高涨的情感才是学生学好《模电》课程的最有力的驱动。在上理论课的时候，有学生表示：“电子技术的学习与实际的生产生活有什么关联呢？”“在中学时代，电阻是个矩形方框，到了大学还是一个矩形方框，它到底是长啥样子的呢？”然而，在學生的实验报告或实训报告中，学生往往会有“原来电子技术如此实用，要早知道，我一定好好学习模电”“我很喜欢做电子实验和实训，只可惜理论知识没有学好”的感悟。

2 混合式教学法

针对以上存在的问题，本文构建一种以《模电》课程为例的混合教学法。混合教学法由线上线下、理论实践和课内课外三个方面的有机混合。

2.1 线上线下混合

2020年初，由三尺讲台变为在线直播，促进线上教学得到广泛推广，但有学者在对工科学生能力发展方面做了大量调查，证实在线学习投入的效果要弱于线下交流、讨论和实践环节，高校应注意工程学习的特征，实现在线学习与传统方式的有机结合[6]。因此，线下教学依然是学生学习和获取知识的主要途径之一。学生要掌握理解吃透《模电》，一遍的学习往往是不够的，需要多次听讲和巩固才能达到效果。课堂上，教师通过PPT或板书在对知识点的剖析和讲解，这个过程普遍只有一遍。然而，可以多次播放的线上学习资源，如慕课智慧树等，完美地弥补了线下教学的一次性问题。笔者所在教研室团队已在智慧树和“知到”APP上建课，学生用学号登录注册并身份认证，可以在线查看教学视频，完成章节测试后，会自动形成分数可作为平时分依据。

线下教学的主要形式为多媒体和板书教学。近年来，多媒体教学所占比例显著增加，而板书教学逐渐减弱。笔者在《模电》课程的教学中发现，多媒体与板书混合比单独多媒体的教学方式效果更佳。基本放大电路是《模电》课程中的重难点之一，包括共发射放大电路、共基放大电路、共集放大电路、共源放大电路、共漏放大电路和共栅放大电路。基本放大电路分析分为静态分析和动态分析（如下图）。在静态分析中，画直流通路再求静态参数（基级电流（IB），集电极电流/发射极电流（IC/IE），CE间电压（UCE））;在动态分析中，先画交流通路，再画微变等效电路，最后求动态参数（电压放大倍数（Au），输入电阻（ri），输出电阻（ro））。笔者在两个班级的教学中，一个班级采用多媒体教学，另一个班级采用多媒体与板书混合方式，即：单独知识点如直流通路、求解静态参数等用PPT讲解，基本放大电路分析思维导图（如下图）画在板书的左上角，依据思维导图，在板书的左下角和右边列出具体的求解步骤。对于不同的放大电路，如：基本共射放大电路、阻容耦合共射放大电路、分压式偏置共射放大电路等，在讲解的过程中，只需要修改部分电路以及对应参数即可。多媒体与板书混合教学罗列出具体思维导图，学生掌握整体框架，再运用到多个例子中，也可通过例子反哺知识框架。通过课堂的氛围以及学生的反馈，第二种教学方式的效果更佳。

2.2 理论实践混合

理论实践混合主要体现为先认知性实践再课程学习，课程学习中理论实践理论的交叉教学。在《模电》课程的教学中，具体为：先开展类似电子工艺实习的认知性实习，再开展《模电》课程教学，在课程教学中，采用理论实践理论的交叉教学方式。在开展电子技术课程教学的学期初或者上个学期先开展电子工艺实习等认知性实习，在认知实习中，学生在PCB板上焊接各类芯片元器件等，制作出具有一定使用功能的设备。学生对电子技术的工程应用有了亲身体验后，对此类课程的学习拥有更高的热情度。在《模电》课程的教学中，先理论教学，再实践学习，再理论教学的交叉方式。例如，在完成半导体基础知识和基本放大电路后，学生以2～3人一组进行共射放大电路、射级跟随器、共基极放大电路等实验或基于Multisim仿真实验，再继续进行差分放大电路的学习，学习之后再组队进行相关实验或仿真。如此理论与实践交叉，不仅可以及时巩固加深理解知识点，还能培养学生的学习兴趣。因此，理论实践混合的方案打破了传统教学中先理论再实践的教学方式，提高了理论与实践学习的融合度，增进了学生对《模电》课程的工程认知和热爱，培养学生的工程创新能力，促成学生达到CDIO要求的团队协作和工程能力。

2.3 課内课外混合

在传统教学中，往往重视课内教学而忽略了课外教学。特别对于大学生，专业课程往往一周只有2次课（4课时），在教学中经常会出现学生不记得上次课的内容，与已学内容脱节的现象，这严重地影响了教学的整体效果。因此，在教学中展开适当的课外教学，课内课外的有机混合尤为重要。其中，课外教学分为课前与课后教学。课前通过超星平台布置此次教学任务并抛出问题;课内以板书展示框架和多媒体课件讲解具体内容的混合式教学;课后在超星平台发布作业更改后公布参考答案，供学生查看核对，另外，学生在智慧树上在线查看教学视频，完成章节测试，会自动形成分数作为平时分依据。例如在差分放大电路的教学设计：课前教师在超星上公布此次教学的内容为差分放大电路并抛出问题：“直接耦合放大电路为何会出现零点漂移？”“差分放大电路的电路结构特点？差分电路是如何抑制零漂的？”;课内，教师对上次课内容简单回顾，以课前抛出的问题为索引，通过多媒体课件讲解四种差分放大电路的具体结构，并在板书总结四种差分放电电路的特点，解答课前的问题;课后，教师在超星上公布习题作业并要求学生按时提交，教师更改后，学生可在平台上查看核对答案。

3 结语

针对《模电》课程在教学中“听得懂，不会做”“重理论轻工程”等问题，本文提出基于CDIO理念下混合教学法的理论构建与实践探究——以《模电》课程为例。混合教学法由线上线下、理论实践和课内课外三个方面交叉混合，具体为线上MOOC智慧树等与线下多媒体板书教学、先认知实验后课程教学（理论实践理论交叉混合模式）、课前抛出问题课内解决问题课后巩固学习。混合式教学法从“三个经度六个纬度”渗透《模电》课程教学的各方面，引导学生掌握吃透电路原理，构思、设计并实现电路、解决工程问题，培养能力目标和创新型人才，并达成CDIO的培养目标。

参考文献：

[1]胡波，冯辉，韩伟力，徐雷.加快新工科建设，推进工程教育改革创新——“综合性高校工程教育发展战略研讨会”综述[J].复旦教育论坛，2017，15（02）：2027.

[2]姜贵文，郭俊萍，刘保华，柳仕飞，吴奇成，何星，毛杰键.“新工科”背景下大学物理教学现状及改革措施[J].上饶师范学院学报，2020，40（06）：2023.

[3]郑薇薇.基于CDIO的创新型工程科技人才培养模式研究与实践[D].大连理工大学，2010.

[4]李岚，杜佳，张晓雨，雒哲.基于CDIO理念的应用型课程混合式教学改革与研究——以《动态Web技术》课程为例[J].兰州文理学院学报（自然科学版），2021，35（01）：119123+128.

[5]国务院学位委员会教育部关于设置“交叉学科”门类、“集成电路科学与工程”和“国家安全学”一级学科的通知.[EB/OL].http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A22/yjss_xwgl/xwgl_xwsy/202101/t20210113_509633.html.

[6]宋齐明，张永宏.在线学习对工科大学生能力发展影响的实证分析[J].江苏高教，2020，237（11）：8185.

基金项目：江西理工大学教学改革研究项目（XJG201914）;教育部产学合作协同育人项目（201902161022）

作者简介：朱晓君（1990— ），女，汉族，福建南平人，硕士，讲师，研究方向：电子与通信工程。