陳列尊，許岳兵，黃 順，譚元元 賀詩(shī)榮

（衡陽(yáng)師范學(xué)院 物理與電子信息科學(xué)系，湖南 衡陽(yáng) 421008）

0 引 言

目前，我國(guó)開設(shè)工科專業(yè)的本科高校已達(dá)1000多所，占本科高?？倲?shù)的90%；高等工程教育的本科在校生達(dá)到371萬人、研究生47萬人；全國(guó)的工程科技人員總保有量也超過1400多萬，我國(guó)已經(jīng)成為名副其實(shí)的工程教育大國(guó)。然而，大而不強(qiáng)、多而不精，一直是困擾我國(guó)高等工程教育改革與發(fā)展的難題。［1］例如，雖然每年高校向社會(huì)輸送大約60萬工程技術(shù)人員，數(shù)量上已經(jīng)超過美國(guó)，但其中只有10%能夠勝任大型跨國(guó)公司的要求。其關(guān)鍵因素就是現(xiàn)代國(guó)際化企業(yè)需要的不僅是專業(yè)知識(shí)和技能，更重要的是工程應(yīng)用能力、工程協(xié)作交流能力、工程技術(shù)的自我提升能力。［2］為培養(yǎng)一大批創(chuàng)新能力強(qiáng)，適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需要，高質(zhì)量的工程技術(shù)人才，我國(guó)已將“卓越工程師培養(yǎng)計(jì)劃”列入《教育規(guī)劃綱要》。2010年6月，教育部啟動(dòng)了“卓越工程師培養(yǎng)計(jì)劃”的試點(diǎn)工作，參加試點(diǎn)的高校有61所，分為應(yīng)用型、設(shè)計(jì)型和研發(fā)型三種類型的工程人才培養(yǎng)進(jìn)行試點(diǎn)。

1 當(dāng)前兩種國(guó)外很受歡迎的工程教育模式概述

1.1 構(gòu)思—設(shè)計(jì)—實(shí)現(xiàn)—運(yùn)作為主線的CDIO工程教育模式

國(guó)外高度重視基于項(xiàng)目的教學(xué)活動(dòng)與教學(xué)改革。2000年，美國(guó)工程院院士、麻省理工學(xué)院航空航天系教授聯(lián)合幾所世界著名工科大學(xué)，經(jīng)過4年的探索，創(chuàng)立了構(gòu)思－設(shè)計(jì)－實(shí)現(xiàn)－運(yùn)作為主線的CDIO工程教育模式，它是“做中學(xué)”和“基于項(xiàng)目的教育和學(xué) 習(xí)”的 集 中 體現(xiàn)。［3］Alexander Slocum 是MIT主講機(jī)械設(shè)計(jì)學(xué)的教授，2005年他出版了《設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》的教材，主要采用基于項(xiàng)目的教學(xué)方式編排內(nèi)容，他主講的設(shè)計(jì)制造課程中的遠(yuǎn)程機(jī)器人競(jìng)賽，經(jīng)常被美國(guó)電視臺(tái)轉(zhuǎn)播，2008年獲得美國(guó)機(jī)械工程師學(xué)會(huì)（ASME）“機(jī)械設(shè)計(jì)成就獎(jiǎng)”。其基于項(xiàng)目的教學(xué)過程有兩個(gè)主要特點(diǎn)：（1）以讓學(xué)生體驗(yàn)創(chuàng)新設(shè)計(jì)概念的產(chǎn)生過程；（2）學(xué)生置身于兩級(jí)團(tuán)隊(duì)合作的環(huán)境中，體驗(yàn)協(xié)作與競(jìng)爭(zhēng)的對(duì)立統(tǒng)一［4－5］。

1.2 全職場(chǎng)環(huán)境關(guān)聯(lián)——David C.Wisler的設(shè)計(jì)學(xué)課堂教學(xué)方法

David C.Wisler博士是渦輪機(jī)械空氣動(dòng)力學(xué)的國(guó)際專家，美國(guó)工程院院士，美國(guó)通用電氣公司大學(xué)戰(zhàn)略聯(lián)盟負(fù)責(zé)人，Wisler的教學(xué)過程添加了職業(yè)角色和社會(huì)環(huán)境角色（即審查部門，造價(jià)約束），讓學(xué)生在另一種團(tuán)隊(duì)狀態(tài)（即有總設(shè)計(jì)師的團(tuán)隊(duì)狀態(tài)）下感受職場(chǎng)的氛圍。與Slocum課堂相同，組間競(jìng)爭(zhēng)是不可或缺的，也是模擬職場(chǎng)環(huán)境的最核心內(nèi)容。競(jìng)爭(zhēng)的結(jié)果劃分出優(yōu)、劣設(shè)計(jì)，促使學(xué)生反思自己在組里的作用（自己的理念是否被小組接納和實(shí)現(xiàn)，是否起到好的或者壞的效果，體會(huì)領(lǐng)導(dǎo)能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力）［4］。

2 基于項(xiàng)目研發(fā)過程的設(shè)計(jì)類課程教學(xué)改革與創(chuàng)新的提出與理念

為加強(qiáng)工程實(shí)踐教學(xué)的環(huán)節(jié)，許多工科專業(yè)都開設(shè)了設(shè)計(jì)類課程，它以實(shí)際設(shè)計(jì)中引出的工程問題為設(shè)計(jì)項(xiàng)目，讓學(xué)生在教師與同學(xué)的支持下，在近似現(xiàn)實(shí)的社會(huì)生活情境中實(shí)踐和體驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)、開發(fā)和實(shí)現(xiàn)的全部過程。在結(jié)合各個(gè)項(xiàng)目反復(fù)地進(jìn)行“做中學(xué)”的過程中，形成獲取知識(shí)（自主學(xué)習(xí)）、共享知識(shí)（團(tuán)隊(duì)合作）、應(yīng)用知識(shí)（解決問題）、總結(jié)知識(shí)（技術(shù)創(chuàng)新）和傳播知識(shí)（溝通交流）的能力。

為了搞好電子信息類專業(yè)設(shè)計(jì)類課程的實(shí)踐教學(xué)，借鑒國(guó)外特別是美國(guó)高等工程教育基于項(xiàng)目學(xué)習(xí)的實(shí)踐能力培養(yǎng)的經(jīng)驗(yàn)，我們提出“面向工程、項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)、能力培養(yǎng)、全面發(fā)展”的工程教育理念，它以面向工程為導(dǎo)向、以項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)為手段、以能力培養(yǎng)為關(guān)鍵、以全面發(fā)展為目標(biāo)，開展設(shè)計(jì)類課程的教學(xué)改革與研究，充分注重學(xué)生“工程”素養(yǎng)的培養(yǎng)，注重學(xué)科知識(shí)的交叉，強(qiáng)調(diào)專業(yè)技能與綜合素質(zhì)并重。

3 基于項(xiàng)目實(shí)際研發(fā)過程的“模電課程設(shè)計(jì)”的教學(xué)內(nèi)容、活動(dòng)與特點(diǎn)

3.1 主要教學(xué)內(nèi)容與活動(dòng)

模電課程設(shè)計(jì)是我系電子信息類專業(yè)學(xué)生的第一個(gè)課程設(shè)計(jì)，其教學(xué)重點(diǎn)是通過一個(gè)小規(guī)模電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)，讓學(xué)生掌握電子電路設(shè)計(jì)的一般方法和設(shè)計(jì)流程，了解現(xiàn)代電子電路設(shè)計(jì)過程中常用的輔助工具及其使用方法，逐步培養(yǎng)學(xué)生電子技術(shù)設(shè)計(jì)能力、創(chuàng)新意識(shí)、工程實(shí)踐能力和團(tuán)隊(duì)合作能力。因此，在本課程設(shè)計(jì)教學(xué)中引導(dǎo)學(xué)生優(yōu)先采用以分立元件為主實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能，不提倡學(xué)生追求系統(tǒng)規(guī)模和設(shè)計(jì)手段、設(shè)計(jì)內(nèi)容的新穎性。

本課程教學(xué)包括7個(gè)環(huán)節(jié)，時(shí)間安排一般為10單元，也可以根據(jù)不同專業(yè)不同班級(jí)的實(shí)際情況適當(dāng)增加班級(jí)集體教學(xué)與輔導(dǎo)活動(dòng)，最多為14單元。具體包括：

（1）布置任務(wù)（1單元，班級(jí)活動(dòng)）

教師根據(jù)任務(wù)需求下達(dá)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書并介紹相關(guān)技術(shù)。課程設(shè)計(jì)任務(wù)書主要包括設(shè)計(jì)應(yīng)達(dá)到的要求、計(jì)劃學(xué)時(shí)、完成任務(wù)及時(shí)間進(jìn)度安排等，明確學(xué)生在設(shè)計(jì)過程中應(yīng)該完成的工作和達(dá)到的效果，確定各設(shè)計(jì)階段的時(shí)間表。使學(xué)生對(duì)設(shè)計(jì)過程做到心中有數(shù)，明確自己的任務(wù)和責(zé)任。同時(shí)，為模擬企業(yè)實(shí)際工作，學(xué)生自由組合，每6－7人為1小組進(jìn)行分級(jí)，并推選1人為小組長(zhǎng)（項(xiàng)目經(jīng)理），并實(shí)行組長(zhǎng)負(fù)責(zé)制。小組長(zhǎng)應(yīng)具有一定的組織、協(xié)調(diào)能力、有責(zé)任心，負(fù)責(zé)根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)，組織本組同學(xué)協(xié)同完成各項(xiàng)工作。

（2）電路設(shè)計(jì)與仿真（3單元，小組活動(dòng)）

學(xué)生分組討論，進(jìn)行分工合作，查閱相關(guān)資料，選擇方案，進(jìn)行市場(chǎng)調(diào)研（確定作品應(yīng)用對(duì)象），開展電路設(shè)計(jì)和器件選型，完成電路預(yù)設(shè)計(jì)方案，預(yù)設(shè)計(jì)方案包括電路方框圖、詳細(xì)的電路原理圖、電路工作原理的說明和元器件清單（列出詳細(xì)參數(shù)、規(guī)格、型號(hào)等）；在進(jìn)行電路設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮作品的產(chǎn)品化問題。

產(chǎn)品化一直是學(xué)生設(shè)計(jì)制作過程中的薄弱環(huán)節(jié)。許多學(xué)生認(rèn)為只要把東西做出來能正常工作就算完成任務(wù)了，卻不知要成為一個(gè)實(shí)用的產(chǎn)品還有很遠(yuǎn)的路要走，如是否方便使用、電壓調(diào)節(jié)是否方便、是否需要開關(guān)、電源指示、過流過壓報(bào)警和輸出電壓、電流顯示、是否選用一個(gè)外殼，既美觀牢固又方便拆裝，且價(jià)格又低，而且方便維修等等。

接下來，學(xué)生在電路仿真與分析軟件Proteus，Multisim或其他仿真分析軟件，對(duì)所設(shè)計(jì)的電路進(jìn)行仿真，觀察電路功能是否滿足設(shè)計(jì)要求。分析主要元器件參數(shù)對(duì)電路指標(biāo)的影響，初步了解電路靜態(tài)和動(dòng)態(tài)的工作情況，在仿真軟件平臺(tái)上調(diào)試電路使之達(dá)到技術(shù)指標(biāo)；

最后準(zhǔn)備班級(jí)匯報(bào)。各小組共同討論、完成預(yù)設(shè)計(jì)方案報(bào)告，制作匯報(bào)課件（PPT），準(zhǔn)備預(yù)設(shè)計(jì)方案論證答辯。

（3）預(yù)設(shè)計(jì)方案班級(jí)論證（1個(gè)單元，班級(jí)活動(dòng)）

以答辯的形式對(duì)學(xué)生設(shè)計(jì)的電路進(jìn)行論證及修改，包括電路的正確性與可行性、電路是否能夠滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)、電路的難易程度、電路采用的元器件是否合理等。

（4）實(shí)物制作（2個(gè)單元，小組活動(dòng)）

每個(gè)學(xué)生根據(jù)本組設(shè)計(jì)的電路，自行組織元器件采購(gòu)、安裝、調(diào)試，完成電子電路實(shí)物制作，既可以保持預(yù)設(shè)計(jì)不變，也可根據(jù)需要和實(shí)際元器件情況進(jìn)行修改或完善設(shè)計(jì)。

（5）調(diào)試與測(cè)量（2個(gè)單元，小組活動(dòng)）

學(xué)生分組對(duì)自己制作的實(shí)物進(jìn)行調(diào)試與測(cè)量，記錄測(cè)量結(jié)果（表格、圖片等）。

（6）撰寫設(shè)計(jì)報(bào)告（0.5個(gè)單元，班級(jí)活動(dòng)）

學(xué)生獨(dú)立完成設(shè)計(jì)報(bào)告（設(shè)計(jì)報(bào)告格式見附件3），交指導(dǎo)教師審查，不合格返回修改，逾期未交或不合格者沒有成績(jī)；準(zhǔn)備參評(píng)最佳設(shè)計(jì)、最佳參與者和最佳小組長(zhǎng)的準(zhǔn)備匯報(bào)課件（PPT）。

（7）班級(jí)匯報(bào)總結(jié)（0.5個(gè)單元，班級(jí)活動(dòng)）

各個(gè)小組組長(zhǎng)和準(zhǔn)備參評(píng)最佳設(shè)計(jì)的同學(xué)用多媒體匯報(bào)自己的作品和小組活動(dòng)情況，全體同學(xué)一起分析、討論實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分享心得體會(huì)，根據(jù)匯報(bào)與討論結(jié)果，每班評(píng)出最佳設(shè)計(jì)作品、最佳參與者和最佳小組長(zhǎng)，并發(fā)給證書，最佳作品由系里收購(gòu)。

3.2 主要特點(diǎn)

基于項(xiàng)目實(shí)際研發(fā)過程的“模電課程設(shè)計(jì)”的教學(xué)組織與過程主要有如下特點(diǎn)：

3.2.1 引入具體的實(shí)踐項(xiàng)目，通過項(xiàng)目研發(fā)、角色扮演，營(yíng)造工程情境

為營(yíng)造企業(yè)工作環(huán)境，通過引入具體的實(shí)踐項(xiàng)目——學(xué)生實(shí)驗(yàn)用可調(diào)直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)與制作，營(yíng)造一個(gè)基于電子產(chǎn)品研發(fā)、生產(chǎn)過程的學(xué)習(xí)情境，通過角色扮演（班――電子科技有限公司；小組——公司內(nèi)項(xiàng)目研發(fā)小組；小組成員——工程技術(shù)人員；小組組長(zhǎng)——項(xiàng)目經(jīng)理；教師——客戶兼技術(shù)顧問；班長(zhǎng)——公司經(jīng)理；學(xué)習(xí)委員——總工程師），使學(xué)生在項(xiàng)目的“設(shè)計(jì)生產(chǎn)”過程中，形成經(jīng)驗(yàn)和策略，從而引導(dǎo)學(xué)生“做中學(xué)、學(xué)中做”。

3.2.2 以小組活動(dòng)為主，開展有指導(dǎo)的自主學(xué)習(xí)和協(xié)作學(xué)習(xí)多種教學(xué)活動(dòng)

在教學(xué)實(shí)施時(shí)以小組活動(dòng)為主，開展有指導(dǎo)的自主學(xué)習(xí)和協(xié)作學(xué)習(xí)教學(xué)活動(dòng)，小組活動(dòng)由組長(zhǎng)負(fù)責(zé)組織，班級(jí)活動(dòng)由班長(zhǎng)、學(xué)習(xí)委員協(xié)助指導(dǎo)教師負(fù)責(zé)組織，指導(dǎo)教師全程參與所有活動(dòng)。通過引導(dǎo)學(xué)生優(yōu)先采用以分立元件為主實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能，根據(jù)課題要求，通過查閱資料、調(diào)查研究等，通過集體教學(xué)、小組活動(dòng)、個(gè)人自學(xué)等多種形式完成方案設(shè)計(jì)、元器件選擇、電路設(shè)計(jì)、仿真分析，硬件電路的安裝、調(diào)試與指標(biāo)測(cè)試，撰寫設(shè)計(jì)報(bào)告全部?jī)?nèi)容。

3.2.3 全方位培養(yǎng)鍛煉學(xué)生的綜合素質(zhì)與工程實(shí)踐能力

每個(gè)小組不但要負(fù)責(zé)把產(chǎn)品設(shè)計(jì)制作完成而且還要把成品推銷給客戶，不但培養(yǎng)了學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題，思考問題，自主解決問題的主動(dòng)性，而且還培養(yǎng)了同學(xué)之間的團(tuán)隊(duì)合作精神，增進(jìn)了友誼，同時(shí)還培養(yǎng)了學(xué)生的市場(chǎng)營(yíng)銷能力，這種全方位的鍛煉是以前的教學(xué)模式中前所未有的。

4 總 結(jié)

經(jīng)過2年的教學(xué)改革試驗(yàn)結(jié)果表明，本課程設(shè)計(jì)教學(xué)改革基本實(shí)現(xiàn)了如下目標(biāo)：

A、充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)的積極性。本次課程設(shè)計(jì)的教學(xué)改革貫徹了工程教育理念，創(chuàng)設(shè)了類社會(huì)實(shí)際設(shè)計(jì)開發(fā)工作的情境。在這種情境中，學(xué)生能夠有指導(dǎo)而又獨(dú)立且協(xié)作地學(xué)習(xí)、研究、設(shè)計(jì)、創(chuàng)新和實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目的目標(biāo)。

B、在實(shí)踐中高效率地學(xué)習(xí)。在“基于項(xiàng)目的教與學(xué)”中，開展了小組匯報(bào)研討活動(dòng)。在匯報(bào)中學(xué)生提出在預(yù)設(shè)計(jì)過程中的理論問題和在仿真實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的問題，教師能夠有針對(duì)性、深入地分析講解，學(xué)生聽得津津樂道，心領(lǐng)神會(huì)，受益匪淺。

C、較好地理解與掌握了相關(guān)知識(shí)與技能。學(xué)生在近似實(shí)際工作的情境中，能綜合運(yùn)用理論知識(shí)，理解掌握元件的特點(diǎn)應(yīng)用、典型電路的應(yīng)用及接口連接，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求。從而，鍛煉了實(shí)際操作的能力，培養(yǎng)了學(xué)生的表達(dá)、交流與協(xié)作組織能力。

D、基本了解了產(chǎn)品的研發(fā)過程與方法。通過教師、同學(xué)間的互助互學(xué)，感受了實(shí)際工作中設(shè)計(jì)及制作的一般工作流程，學(xué)習(xí)了分析、解決問題的過程和方法。

E、培養(yǎng)與形成了良好職業(yè)情感、態(tài)度與價(jià)值觀。培養(yǎng)了學(xué)生對(duì)工程實(shí)踐的興趣、以及與同伴交流合作的意識(shí)，逐步形成良好的工程意識(shí)與職業(yè)素養(yǎng)。

從試驗(yàn)過程來看，這種教學(xué)形式受到了學(xué)生的好評(píng)。他們認(rèn)為當(dāng)前的大多數(shù)教學(xué)模式主要強(qiáng)調(diào)老師的主導(dǎo)作用，老師下達(dá)什么任務(wù)，學(xué)生就按部就班地完成，不會(huì)有自主思考和學(xué)習(xí)的機(jī)會(huì)，也沒有團(tuán)隊(duì)合作的意識(shí)。而通過本次課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生們更加具有發(fā)散性思維，激發(fā)了同學(xué)們的興趣愛好，大家集思廣益的學(xué)習(xí)與合作，增進(jìn)了同學(xué)們之間的感情。為同學(xué)們以后的課程設(shè)計(jì)開了個(gè)好頭。這是一次新的嘗試，新的體驗(yàn)，對(duì)同學(xué)們以后的學(xué)習(xí)也會(huì)有著深遠(yuǎn)的影響。

［1］楊晨光.造就一批高層次工程技術(shù)人才：教育部“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”實(shí)施進(jìn)展綜述［N］.中國(guó)教育報(bào)，2011－1－2（1）

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［3］吳鳴，熊光晶.以工程能力培養(yǎng)為導(dǎo)向的工程教育改革研究［J］.理工高教研究，2010（3）：54－59

［4］陸一平，查建中.繽紛課堂：源于國(guó)外的工程教育實(shí)踐教學(xué)方法［J］.高等工程教育研究，2009（6）：137－140

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