王榮杰，陳美謙, 周海峰

(集美大學(xué) 輪機(jī)工程學(xué)院，福建 廈門 361021)

基于CDIO教育理念的數(shù)字電子技術(shù)課程教學(xué)模式重構(gòu)

王榮杰，陳美謙, 周海峰

(集美大學(xué) 輪機(jī)工程學(xué)院，福建 廈門 361021)

分析數(shù)字電子技術(shù)課程教學(xué)中存在的主要問(wèn)題，以CDIO 工程教育理念為指導(dǎo)，從課堂授課策略、教學(xué)內(nèi)容和考核評(píng)價(jià)體系等方面對(duì)數(shù)字電子技術(shù)課程教學(xué)模式進(jìn)行重構(gòu)，旨在通過(guò)CDIO教學(xué)理念的實(shí)施過(guò)程，充分發(fā)揮學(xué)生團(tuán)隊(duì)協(xié)作的精神，調(diào)動(dòng)學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)策略和自主學(xué)習(xí)能力，使學(xué)生在工程思維方式的指導(dǎo)下，逐步掌握數(shù)字邏輯電路設(shè)計(jì)的思想和基本方法。

CDIO工程教育理念; 數(shù)字電子技術(shù); 教學(xué)模式

一、引言

高等教育肩負(fù)著培養(yǎng)面向生產(chǎn)、建設(shè)、管理、服務(wù)第一線具有創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的高級(jí)專門人才的使命，要建立突出能力培養(yǎng)的課程標(biāo)準(zhǔn)，改革教學(xué)方法和手段，融“教、學(xué)、用”為一體，強(qiáng)化學(xué)生能力的培養(yǎng)。

CDIO代表構(gòu)思(Conceive)、設(shè)計(jì)(Design)、實(shí)現(xiàn)(Implement)和運(yùn)作(Operate)，它以引導(dǎo)學(xué)生以主動(dòng)的、實(shí)踐的、課程之間有機(jī)聯(lián)系的方式學(xué)習(xí)工程為目的。CDIO教育理念是麻省理工學(xué)院、瑞典皇家工學(xué)院、瑞典哥德堡查爾姆斯技術(shù)學(xué)院和瑞典林克平大學(xué)等4所大學(xué)經(jīng)歷近4年的探索研究獲得的工程教育改革的最新成果，是一整套符合工程科技人才成長(zhǎng)規(guī)律和特點(diǎn)的教育模式，旨在培養(yǎng)全面發(fā)展的創(chuàng)新型工程科技人才。CDIO教育理念是“做中學(xué)”和“基于項(xiàng)目教育和學(xué)習(xí)”理念的集中概括和抽象表達(dá)，它有三個(gè)總體目標(biāo)：教育學(xué)生能夠更深層次地掌握技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)，不是通過(guò)被動(dòng)的聽(tīng)講過(guò)程獲取知識(shí)，而是自我構(gòu)建知識(shí)體系，面對(duì)和糾正自身的錯(cuò)誤理解；教育學(xué)生能夠領(lǐng)導(dǎo)新產(chǎn)品、過(guò)程和系統(tǒng)的創(chuàng)造與運(yùn)行，培養(yǎng)學(xué)生的個(gè)人能力和人際交往能力，個(gè)人能力包括工程推理和解決問(wèn)題的能力、科學(xué)探索、系統(tǒng)思維和批判性及創(chuàng)造性思維，人際交往能力包括交流溝通和團(tuán)隊(duì)工作能力；教育學(xué)生能夠理解和研究技術(shù)發(fā)展對(duì)社會(huì)的重要性和戰(zhàn)略影響。[1-3]

我國(guó)于2005年開(kāi)始進(jìn)行CDIO模式的高校工程教育改革，改革目標(biāo)是通過(guò)注重培養(yǎng)學(xué)生系統(tǒng)工程技術(shù)能力，尤其是項(xiàng)目的構(gòu)思、設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)和實(shí)施能力以及較強(qiáng)的自學(xué)能力、組織溝通能力和協(xié)調(diào)能力，吸收世界先進(jìn)的工程教育理念，建立符合國(guó)際工程教育共識(shí)的課程體系。目前，CDIO教育理念已應(yīng)用于人才教育模式和課程體系建設(shè)等方面的教育或教學(xué)改革，而這些改革都是以使學(xué)生具有較強(qiáng)的設(shè)計(jì)和建造的能力、創(chuàng)新能力、較強(qiáng)的團(tuán)隊(duì)精神和領(lǐng)導(dǎo)能力為目標(biāo)。

“數(shù)字電子技術(shù)”是電類專業(yè)一門核心主干基礎(chǔ)課程，其教學(xué)內(nèi)容抽象、理論性強(qiáng)、實(shí)踐要求高。而本課程的教學(xué)效果不甚理想，體現(xiàn)在以下方面：學(xué)生普遍感覺(jué)比較枯燥，學(xué)習(xí)興趣很難持久；學(xué)生了解邏輯門電路的功能和原理，卻不清楚在現(xiàn)實(shí)生活中如何應(yīng)用；學(xué)完課程后只會(huì)設(shè)計(jì)幾個(gè)功能簡(jiǎn)單的數(shù)字邏輯電路，缺乏實(shí)際運(yùn)用能力，無(wú)法完成一個(gè)完整實(shí)際電路的分析和設(shè)計(jì)。為了擺脫目前教與學(xué)的困境，本文借鑒CDIO教育理念，重構(gòu)“數(shù)字電子技術(shù)”課程的教學(xué)模式。

二、基于CDIO教育理念的“數(shù)字電子技術(shù)”課程教學(xué)模式重構(gòu)

1. 課堂授課策略的重構(gòu)

目前，在多數(shù)高校中“數(shù)字電子技術(shù)”課程普遍采用的是“教師講授+多媒體教學(xué)”的傳統(tǒng)教學(xué)形式，主要以教師講解為主，以幫助學(xué)生熟練掌握基礎(chǔ)知識(shí)為指導(dǎo)思想，一般是先利用幻燈片向?qū)W生介紹本章節(jié)涉及的邏輯單元的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、工作原理和邏輯功能等，然后通過(guò)例題給學(xué)生講解組合邏輯電路或時(shí)序邏輯電路的工作原理及其實(shí)現(xiàn)過(guò)程。在整個(gè)課堂教學(xué)過(guò)程中，學(xué)生更多的是充當(dāng)“聽(tīng)眾”的角色，跟著教師的思路去理解、記憶相關(guān)的知識(shí)點(diǎn)，學(xué)生的“學(xué)”完全圍繞教師的“教”來(lái)進(jìn)行，這種傳統(tǒng)的教師主動(dòng)“教”的模式，只能帶來(lái)學(xué)生被動(dòng)“學(xué)”的困境。不可否認(rèn)，這種教學(xué)方法對(duì)學(xué)生快速掌握課程知識(shí)點(diǎn)具有顯著的效果，但是，也會(huì)導(dǎo)致學(xué)生在未來(lái)工作中面對(duì)實(shí)際的工程項(xiàng)目束手無(wú)策的尷尬局面。

根據(jù)CDIO“做中學(xué)，學(xué)中做”的理念，教師要改變?cè)械慕虒W(xué)方法，采取能培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新能力的基于問(wèn)題的教學(xué)方法(Problem based Learning, PBL)。PBL教學(xué)方式是先由教師在課前提出根據(jù)教學(xué)目標(biāo)精心設(shè)計(jì)的具有啟發(fā)性的問(wèn)題，再由學(xué)生通過(guò)查閱相關(guān)資料學(xué)習(xí)解決問(wèn)題的 “教與學(xué)”緊密結(jié)合的過(guò)程。在這個(gè)教學(xué)過(guò)程中，作為課堂教學(xué)主體之一的教師是學(xué)習(xí)方法的引導(dǎo)者、基礎(chǔ)知識(shí)的講授者、創(chuàng)新教學(xué)模式的整體設(shè)計(jì)者、學(xué)習(xí)過(guò)程的監(jiān)控者、學(xué)習(xí)質(zhì)量的評(píng)價(jià)者和師生互動(dòng)之間的協(xié)助者；而作為教學(xué)過(guò)程中心的學(xué)生，需要自己解決學(xué)習(xí)問(wèn)題，承擔(dān)自主學(xué)習(xí)的責(zé)任，成為學(xué)習(xí)過(guò)程的真正主體?！皵?shù)字電路技術(shù)”課程中組合邏輯電路這部分教學(xué)內(nèi)容，教師可以立足于生活引出“數(shù)字顯示搶答器”的設(shè)計(jì)問(wèn)題，由學(xué)生分組討論并各抒己見(jiàn)，讓學(xué)生的自主權(quán)得到尊重，讓學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣得以激發(fā)，在學(xué)生完成設(shè)計(jì)后，教師在現(xiàn)場(chǎng)用電子電氣設(shè)計(jì)自動(dòng)化(Electronic Design Automation，EDA)軟件Multisim搭接電路并仿真實(shí)效，對(duì)學(xué)生的設(shè)計(jì)做出評(píng)價(jià)，EDA軟件具體可參考文獻(xiàn)[4]。這樣的教學(xué)模式，不僅能讓學(xué)生在解決問(wèn)題的過(guò)程中掌握相關(guān)的知識(shí)技術(shù)和學(xué)習(xí)策略，也有利于學(xué)生更好地適應(yīng)未來(lái)職場(chǎng)上創(chuàng)新性的開(kāi)發(fā)工作，而于教師本身而言，也是一個(gè)教學(xué)相長(zhǎng)的過(guò)程，對(duì)教學(xué)水平的提高和職業(yè)技能的開(kāi)拓都大有裨益。

2.教學(xué)內(nèi)容的重構(gòu)

“數(shù)字電子技術(shù)”原有課程教學(xué)內(nèi)容以數(shù)字邏輯電路的基礎(chǔ)知識(shí)和原理為主線，教學(xué)目標(biāo)主要是讓學(xué)生了解或驗(yàn)證相關(guān)的知識(shí)點(diǎn)。在現(xiàn)有教學(xué)內(nèi)容和目標(biāo)的框架下，學(xué)生雖然能夠掌握單一的知識(shí)點(diǎn)及其應(yīng)用技巧，但不清楚如何在整個(gè)項(xiàng)目中合理地使用各類技術(shù)，形成“只見(jiàn)樹(shù)木，不見(jiàn)森林”的認(rèn)知習(xí)慣，造成學(xué)生知識(shí)結(jié)構(gòu)的單一性和淺薄性。筆者在教學(xué)過(guò)程中，經(jīng)常遇到學(xué)生反映教學(xué)內(nèi)容枯燥難懂，在未來(lái)工作中又沒(méi)有實(shí)際意義，由此形成了教學(xué)主客體的雙重尷尬局面。

在CDIO特色的教學(xué)內(nèi)容體系下，通過(guò)項(xiàng)目設(shè)計(jì)將整個(gè)課程體系有機(jī)、系統(tǒng)地融合起來(lái)，所有的教學(xué)內(nèi)容都圍繞該項(xiàng)目展開(kāi)；符合CDIO模式思想的“數(shù)字電子技術(shù)”教學(xué)內(nèi)容，需要教師能從較高層次把握這些內(nèi)容各自的地位和作用，幫助學(xué)生理清課程中各種內(nèi)容之間的關(guān)系，從而凸顯設(shè)計(jì)和應(yīng)用，改變過(guò)去重視原理、忽視設(shè)計(jì)、忽視應(yīng)用的狀況?！皵?shù)字電子技術(shù)”課程教學(xué)內(nèi)容以原理、設(shè)計(jì)和應(yīng)用為主線，將課程教學(xué)內(nèi)容劃分成與之對(duì)應(yīng)的三個(gè)部分：(1) 數(shù)字電子技術(shù)原理部分，涉及邏輯門電路和觸發(fā)器等；(2) 數(shù)字邏輯電子電路設(shè)計(jì)部分，涉及組合邏輯電路和有記憶功能的時(shí)序邏輯電路等；(3) 數(shù)字電子技術(shù)應(yīng)用部分，涉及硬件描述語(yǔ)言、EDA電子仿真實(shí)驗(yàn)和硬件電路調(diào)試實(shí)驗(yàn)等。筆者擬建立基于CDIO特色的“數(shù)字電子技術(shù)”教學(xué)內(nèi)容體系，如圖1所示，虛線框的內(nèi)容代表教學(xué)內(nèi)容，實(shí)線框的內(nèi)容代表教學(xué)內(nèi)容相應(yīng)教學(xué)的作用。

3.教學(xué)評(píng)價(jià)模式的重構(gòu)

在傳統(tǒng)教學(xué)評(píng)價(jià)模式中，理論考試和實(shí)踐考試分離，課程考核基本采用單一筆試的考評(píng)方式，像大部分課程仍采用“期末成績(jī)(70%)+平時(shí)成績(jī)(30%，包括出勤和作業(yè)兩個(gè)部分)”的評(píng)價(jià)模式，該模式簡(jiǎn)單公正，但注重的是理論知識(shí)的考核。這種考核方式僅僅反映出學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的掌握程度，很難體現(xiàn)學(xué)生的實(shí)踐能力和工作態(tài)度；此外，這種只關(guān)注結(jié)果的考核評(píng)價(jià)具有較濃的功利色彩，學(xué)生也僅僅為考試而學(xué)習(xí)，沒(méi)有主動(dòng)參與學(xué)習(xí)過(guò)程的熱情，根本體會(huì)不到學(xué)習(xí)的樂(lè)趣，更談不到創(chuàng)新能力的提高。

CDIO創(chuàng)新教學(xué)模式的愿景是要為工科學(xué)生提供一種強(qiáng)調(diào)工程基礎(chǔ)、建立在實(shí)際工程上產(chǎn)品的C—D—I—O過(guò)程的環(huán)境基礎(chǔ)上的工程教育；而基于CDIO的教育理念構(gòu)建的課程考核評(píng)價(jià)方式，應(yīng)將培養(yǎng)符合產(chǎn)業(yè)界的工程師需要具備的各種能力和素質(zhì)變?yōu)閷W(xué)生考核的主要目標(biāo)。因此，我們擬建立以教師、實(shí)驗(yàn)師和學(xué)生三方為主體，結(jié)合學(xué)習(xí)過(guò)程、項(xiàng)目結(jié)果和考試三方面的綜合評(píng)價(jià)模式，在這種評(píng)價(jià)模式下課程的成績(jī)?cè)u(píng)定，采用“結(jié)果性”考核與關(guān)注學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中體現(xiàn)出的態(tài)度、素養(yǎng)、人際團(tuán)隊(duì)能力和工程系統(tǒng)能力等“過(guò)程性”考核相結(jié)合的模式來(lái)決定。減少“結(jié)果性”期末理論考核在總評(píng)中所占比例，設(shè)定比例為35%，重點(diǎn)考查學(xué)生的知識(shí)和技術(shù)。加強(qiáng)“過(guò)程性”考核的力度，提高平時(shí)考核所占比例，學(xué)習(xí)過(guò)程和項(xiàng)目結(jié)果占的比例為65%，重點(diǎn)考查學(xué)生的能力和態(tài)度。學(xué)習(xí)過(guò)程考核主要由課堂表現(xiàn)16 分和協(xié)作成績(jī)14分組成，教師評(píng)課堂表現(xiàn)，學(xué)生互評(píng)協(xié)作成績(jī)；項(xiàng)目結(jié)果考核中項(xiàng)目質(zhì)量和創(chuàng)新占20 分，項(xiàng)目答辯占10分，這兩部分成績(jī)是教師和實(shí)驗(yàn)師針對(duì)項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)打出的，互評(píng)成績(jī)5 分是根據(jù)項(xiàng)目組內(nèi)根據(jù)對(duì)項(xiàng)目的貢獻(xiàn)程度由學(xué)生互評(píng)得出，既能使成績(jī)總體上取決于團(tuán)隊(duì)成績(jī)，使學(xué)生重視團(tuán)隊(duì)協(xié)作，又能衡量在一個(gè)項(xiàng)目組內(nèi)各學(xué)生對(duì)項(xiàng)目貢獻(xiàn)的大小。然而，項(xiàng)目設(shè)計(jì)的結(jié)果往往不是唯一答案，因此，要重點(diǎn)關(guān)注有特點(diǎn)、亮點(diǎn)的設(shè)計(jì)方案，并給予大力鼓勵(lì)與表?yè)P(yáng)?？傊敖Y(jié)果性”和“過(guò)程性”課程的考核評(píng)價(jià)不僅注重知識(shí)和技術(shù)的評(píng)價(jià)，而且要注重能力和態(tài)度的評(píng)價(jià)。

圖1 “數(shù)字電子技術(shù)”課程教學(xué)內(nèi)容體系

三、結(jié)語(yǔ)

“數(shù)字電子技術(shù)”是一門非常重要的電類專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課程，是研究數(shù)字邏輯電路及其應(yīng)用的重要學(xué)科，本課程的教學(xué)目的是培養(yǎng)高素質(zhì)的電子類學(xué)科的應(yīng)用性復(fù)合型人才。CDIO教學(xué)理念是工程教育領(lǐng)域的系統(tǒng)化教育模式，它將專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)、個(gè)人能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力及系統(tǒng)構(gòu)建能力“四位一體”的能力培養(yǎng)整合在同一課程體系。在“數(shù)字電子技術(shù)”課程的教學(xué)中，引入CDIO工程教育模式，旨在激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性，使學(xué)生在工程思維方式的指導(dǎo)下，逐步掌握數(shù)字邏輯電路設(shè)計(jì)的思想和基本方法，同時(shí)通過(guò)CDIO教學(xué)理念的實(shí)施過(guò)程，充分發(fā)揮學(xué)生團(tuán)隊(duì)協(xié)作的精神，調(diào)動(dòng)學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)策略和自主學(xué)習(xí)能力，是為社會(huì)培養(yǎng)合格的創(chuàng)新型工程人才的一種有益嘗試。

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[4] 康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)——數(shù)字部分[M].北京: 高等教育出版社, 2013.

2014-06-30

集美大學(xué)教育教學(xué)改革項(xiàng)目(JY12156, JY12029)

王榮杰 (1981-)，男，博士，副教授，主要從事智能信息處理和電力系統(tǒng)故障診斷教學(xué)與研究。

G642.0 < class="emphasis_bold">文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

A

1006-8724(2015)01-0058-03