朱善林，陳少昌，吳文全

(海軍工程大學(xué) 電子工程學(xué)院，武漢 430033)

CDIO模式下電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法改革與實(shí)踐

朱善林，陳少昌，吳文全

(海軍工程大學(xué) 電子工程學(xué)院，武漢 430033)

介紹了CDIO工程教育理念，分析了當(dāng)前電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的問(wèn)題，探討了基于CDIO教學(xué)模式對(duì)電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法進(jìn)行的改革構(gòu)想，詳細(xì)介紹了改革需要具備的條件和改革過(guò)程中構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)、運(yùn)作四個(gè)步驟的實(shí)施辦法。報(bào)告了CDIO教學(xué)模式在電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課程中的實(shí)踐效果和幾點(diǎn)啟示。實(shí)踐表明CDIO教學(xué)模式有效激發(fā)了學(xué)員學(xué)習(xí)電子技術(shù)的興趣，提高了學(xué)員應(yīng)用電子技術(shù)進(jìn)行工程實(shí)踐的能力。

CDIO模式；電子技術(shù)；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；改革

電子技術(shù)基礎(chǔ)是海軍初級(jí)指揮生長(zhǎng)干部學(xué)歷教育工程與專業(yè)基礎(chǔ)平臺(tái)課程，內(nèi)容包括低頻模擬電子線路和數(shù)字電路的基本理論知識(shí)、基本定理和分析方法。電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)是該課程的實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，目的是增進(jìn)學(xué)員對(duì)理論知識(shí)的理解、增強(qiáng)學(xué)員動(dòng)手實(shí)踐能力和電子技術(shù)應(yīng)用能力，為后續(xù)專業(yè)課程學(xué)習(xí)打下堅(jiān)實(shí)的理論和實(shí)踐能力。長(zhǎng)期以來(lái)實(shí)行學(xué)員按照教員和實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作的教學(xué)模式，不利于高素質(zhì)軍事人才的培養(yǎng)。CDIO代表構(gòu)思(conceive)、設(shè)計(jì)(design)、實(shí)現(xiàn)(implement)和運(yùn)作(operate)，是2000年開(kāi)始的國(guó)際先進(jìn)的工程教育理念，在電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中采用CDIO教學(xué)模式，對(duì)培養(yǎng)高素質(zhì)、創(chuàng)新型軍事人才具有重要意義。

1 CDIO工程教育理念

CDIO以產(chǎn)品研發(fā)到產(chǎn)品運(yùn)行的生命周期為載體，讓學(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。是由美國(guó)麻省理工學(xué)院、瑞典皇家工學(xué)院、瑞典查尓莫斯工業(yè)大學(xué)和瑞典林雪平大學(xué)共同創(chuàng)立的工程教育模式[1]。這種教育模式強(qiáng)調(diào)教學(xué)過(guò)程要培養(yǎng)學(xué)員像工程師一樣參與產(chǎn)品、過(guò)程和系統(tǒng)全生命周期的各個(gè)階段，也就是構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)施和運(yùn)行。構(gòu)思階段包括確定客戶需求，考慮技術(shù)、企業(yè)戰(zhàn)略和有關(guān)規(guī)定，開(kāi)發(fā)理念、技術(shù)和商業(yè)計(jì)劃。設(shè)計(jì)階段集中在創(chuàng)建設(shè)計(jì)，包括計(jì)劃、圖紙和描述產(chǎn)品、過(guò)程和系統(tǒng)實(shí)施的方法和算法。實(shí)施階段是指完成從設(shè)計(jì)到產(chǎn)品的轉(zhuǎn)換過(guò)程，包括硬件制造、軟件編程、測(cè)試和驗(yàn)證。在最后的運(yùn)行階段，用實(shí)現(xiàn)了的產(chǎn)品、過(guò)程和系統(tǒng)為用戶提供預(yù)期的價(jià)值，包括對(duì)系統(tǒng)的維護(hù)、改造、回收和報(bào)廢。CDIO教學(xué)模式的主要特色在于它創(chuàng)造了能夠深化學(xué)習(xí)技術(shù)基礎(chǔ)和實(shí)際能力的二元學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)，系統(tǒng)地提出了可操作性的能力培養(yǎng)、全面實(shí)施及檢驗(yàn)測(cè)評(píng)的12條標(biāo)準(zhǔn)。截至2008年年底，CDIO國(guó)際合作組織已有36個(gè)成員。國(guó)內(nèi)有汕頭大學(xué)、江西理工大學(xué)、大連東軟信息學(xué)院和北京聯(lián)合大學(xué)等多所大學(xué)率先進(jìn)行了CDIO改革嘗試并結(jié)合學(xué)校實(shí)際進(jìn)行了創(chuàng)新和改進(jìn)[2]。

2 傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式存在的問(wèn)題

2.1 實(shí)驗(yàn)教學(xué)組織與方法導(dǎo)致學(xué)員被動(dòng)學(xué)習(xí)

電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課的傳統(tǒng)教學(xué)方法為教員先講解實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和要求，學(xué)員按照教員講解和實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書操作，教員負(fù)責(zé)解答學(xué)員實(shí)驗(yàn)過(guò)程中遇到的問(wèn)題。這種教學(xué)模式最大的問(wèn)題是學(xué)員被動(dòng)式學(xué)習(xí)，學(xué)員實(shí)驗(yàn)僅為了完成一定的實(shí)驗(yàn)任務(wù)，而不能達(dá)到知識(shí)、能力和素質(zhì)的提高。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中完成了一個(gè)個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目而沒(méi)有建立起系統(tǒng)的概念和設(shè)計(jì)方法，只注重單元電路到簡(jiǎn)單系統(tǒng)的綜合，不注重較復(fù)雜系統(tǒng)到單元電路的劃分，綜合應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力得不到應(yīng)有的提高。實(shí)驗(yàn)授課內(nèi)容只局限于本單元電路的功能和調(diào)試方法，基本不涉及或很少涉及工程概念和實(shí)驗(yàn)技術(shù)，使學(xué)員“一葉障目，不見(jiàn)泰山”。實(shí)驗(yàn)過(guò)程和方法局限在實(shí)驗(yàn)箱上按要求連接并測(cè)試電路，沒(méi)有探索和研究，缺乏對(duì)電路的構(gòu)思和設(shè)計(jì)，不能激發(fā)學(xué)員的創(chuàng)新意識(shí)和學(xué)習(xí)激情。

2.2 實(shí)驗(yàn)考核方式單一

電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)成績(jī)根據(jù)平時(shí)實(shí)驗(yàn)效果、實(shí)驗(yàn)報(bào)告和期末一次實(shí)驗(yàn)操作考核評(píng)定。平時(shí)實(shí)驗(yàn)效果主要依靠教員根據(jù)學(xué)員實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象現(xiàn)場(chǎng)打分，學(xué)員為了獲取高的實(shí)驗(yàn)成績(jī)必須嚴(yán)格按照操作流程實(shí)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)過(guò)程中缺乏思考和探索，為了達(dá)到實(shí)驗(yàn)結(jié)果而實(shí)驗(yàn)；教員為了評(píng)定學(xué)員實(shí)驗(yàn)成績(jī)花費(fèi)大量時(shí)間和精力，對(duì)學(xué)員的輔導(dǎo)和幫助時(shí)間相應(yīng)減少。學(xué)員交上來(lái)的實(shí)驗(yàn)報(bào)告互相參考過(guò)多，不能真實(shí)反映學(xué)員實(shí)驗(yàn)效果。期末一次實(shí)驗(yàn)操作考核不確定因素很多，而期末實(shí)驗(yàn)考核又占實(shí)驗(yàn)成績(jī)很大比重，也不能反映學(xué)員真實(shí)水平。

3 教學(xué)方法改革的構(gòu)想

3.1 CDIO教學(xué)模式改革的條件

根據(jù)CDIO國(guó)際合作組織的推薦，實(shí)現(xiàn)CDIO的具體方法如圖1所示。

按照實(shí)現(xiàn)CDIO的方法要求，進(jìn)行教學(xué)模式改革的第一個(gè)條件就是要求教員研究并深刻理解CDIO標(biāo)準(zhǔn)。有12條標(biāo)準(zhǔn)用以描述CDIO的教學(xué)模式，它們是背景環(huán)境、學(xué)習(xí)效果、一體化課程計(jì)劃、工程導(dǎo)論、設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的經(jīng)驗(yàn)、工程實(shí)踐場(chǎng)所、

圖1 實(shí)現(xiàn)CDIO的方法

一體化學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)、主動(dòng)學(xué)習(xí)、提高教師的工程實(shí)踐能力、提高教師的教學(xué)能力、學(xué)習(xí)考核和專業(yè)評(píng)估。12條標(biāo)準(zhǔn)概括起來(lái)涉及專業(yè)的哲學(xué)、課程開(kāi)發(fā)計(jì)劃、設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)經(jīng)驗(yàn)和實(shí)踐場(chǎng)所、教與學(xué)的方法、教師發(fā)展和考核與評(píng)估6個(gè)方面。基于CDIO模式的教學(xué)改革必須遵循這12條標(biāo)準(zhǔn)。

進(jìn)行CDIO教學(xué)模式改革的第二個(gè)條件就是進(jìn)行利益相關(guān)者調(diào)查并制定CDIO教學(xué)大綱。作為軍隊(duì)院校的人才培養(yǎng)，利益相關(guān)者就是部隊(duì)。作為軍隊(duì)院校本科的電子技術(shù)教學(xué)，必須搞清楚部隊(duì)對(duì)院校培養(yǎng)的人才在電子技術(shù)方面有哪些要求。電子技術(shù)基礎(chǔ)作為一門基礎(chǔ)課，利益相關(guān)者還有各個(gè)專業(yè)的專業(yè)課，必須搞清楚專業(yè)課對(duì)電子技術(shù)基礎(chǔ)課有哪些要求，針對(duì)不同專業(yè)學(xué)員的教學(xué)，內(nèi)容可以有些側(cè)重。在進(jìn)行利益相關(guān)者調(diào)查后，要結(jié)合教育部高等學(xué)校電子電氣基礎(chǔ)課程教學(xué)指導(dǎo)分委員會(huì)建議的《電子電氣基礎(chǔ)課程教學(xué)基本要求》制定符合CDIO標(biāo)準(zhǔn)的電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱(有的院校已經(jīng)改為“課程標(biāo)準(zhǔn)”)。

進(jìn)行CDIO教學(xué)模式改革的第三個(gè)條件是必須保證工程實(shí)踐條件和學(xué)員學(xué)習(xí)時(shí)間。工程實(shí)踐條件主要包括開(kāi)放的實(shí)驗(yàn)室管理辦法、電子元器件和計(jì)算機(jī)及信息資源，現(xiàn)有條件在有的院校并不完全滿足CDIO教學(xué)模式改革要求。學(xué)員學(xué)習(xí)時(shí)間在軍隊(duì)院校也是一個(gè)比較突出的矛盾，因?yàn)檐婈?duì)院校學(xué)員除了課程學(xué)習(xí)以外還要搞軍事訓(xùn)練和政治學(xué)習(xí)。

3.2 CDIO教學(xué)模式改革的實(shí)施步驟

傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)是先開(kāi)設(shè)基本實(shí)驗(yàn)后開(kāi)設(shè)綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，教學(xué)模式為教員講授。學(xué)員按照教員要求并結(jié)合實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書操作和相關(guān)參考資料，以完成教員要求實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)為目的，本質(zhì)上仍然是以教員為中心的灌輸式教育。采用CDIO教學(xué)模式后，以CDIO標(biāo)準(zhǔn)為基準(zhǔn)、以CDIO教學(xué)大綱為依據(jù)、以項(xiàng)目教學(xué)法為牽引[3-6]，從實(shí)驗(yàn)課一開(kāi)始便將綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)提上議事日程，整個(gè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)是以一個(gè)對(duì)學(xué)員來(lái)說(shuō)比較“大”的綜合設(shè)計(jì)項(xiàng)目為依托，所有的實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程都是為了完成這個(gè)“大”的項(xiàng)目為目標(biāo)。在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中學(xué)員需要不斷思考為了完成整體目標(biāo)需要完成哪些階段目標(biāo)、理論課學(xué)所知識(shí)與綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目有何關(guān)聯(lián)、設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)過(guò)程中遇到的困難蓋如何解決。以海軍工程大學(xué)電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)CDIO教學(xué)大綱(課程標(biāo)準(zhǔn))為例，具體的CDIO教學(xué)模式實(shí)施步驟分為CDIO四個(gè)階段，如圖2所示。

圖2 CDIO模式下電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)施過(guò)程

3.2.1 構(gòu)思(Conceive)階段

實(shí)驗(yàn)課開(kāi)課時(shí)間為理論課開(kāi)課后2～3周，此時(shí)學(xué)員對(duì)電子系統(tǒng)有所了解、但大部分電路知識(shí)還沒(méi)有學(xué)習(xí)。構(gòu)思階段主要讓學(xué)員了解綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)要做什么，完成什么功能，不涉及具體的電路設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。學(xué)員應(yīng)根據(jù)興趣形成小組，互相討論、發(fā)散思維，多出創(chuàng)意。

3.2.2 設(shè)計(jì)(Design)階段

此時(shí)學(xué)員進(jìn)入到理論課的電路原理學(xué)習(xí)并開(kāi)始做電路基本實(shí)驗(yàn)，學(xué)員需要結(jié)合理論知識(shí)學(xué)習(xí)、電路基本實(shí)驗(yàn)和構(gòu)思階段的既定目標(biāo)三方面進(jìn)行電路設(shè)計(jì)，邊學(xué)習(xí)邊設(shè)計(jì)，小組成員要經(jīng)常在一起討論項(xiàng)目的設(shè)計(jì)方案，教員可以幫助分析方案的可行性。理論課學(xué)習(xí)完畢、基本實(shí)驗(yàn)完成后要確定最后的項(xiàng)目方案。

3.2.3 實(shí)現(xiàn)(Implement)階段

此時(shí)學(xué)員需要學(xué)習(xí)印刷電路板的設(shè)計(jì)與制作、電子系統(tǒng)的組裝、焊接與調(diào)試，并將設(shè)計(jì)階段形成的方案在印刷電路板、多孔板或面包板上制作成實(shí)物并進(jìn)行功能和性能的測(cè)試。

3.2.4 運(yùn)作(Operate)階段

為客觀、公正評(píng)定學(xué)員最終實(shí)驗(yàn)成績(jī)，運(yùn)作階段以小組為單位進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)演示作品、講解工作原理、介紹設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)并解答其他學(xué)員和教員提出的疑問(wèn)。答辯過(guò)程中要說(shuō)明成員在小組內(nèi)完成的任務(wù)，其他學(xué)員要對(duì)小組成績(jī)進(jìn)行評(píng)價(jià)，教員根據(jù)小組成員完成任務(wù)情況、答辯實(shí)際表現(xiàn)和提交的設(shè)計(jì)報(bào)告給出成績(jī)，學(xué)員最終成績(jī)由兩部分成績(jī)加權(quán)得出。對(duì)于表現(xiàn)突出、設(shè)計(jì)新穎的項(xiàng)目可推薦參加全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)大賽和指導(dǎo)完成學(xué)術(shù)論文發(fā)表。

4 實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法改革的實(shí)踐

按照CDIO模式下電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式改革的構(gòu)想，新的電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式在海軍工程大學(xué)2012級(jí)電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)展開(kāi)。該專業(yè)有學(xué)員30名，全部來(lái)源于應(yīng)屆高中畢業(yè)生，整體素質(zhì)較好。一名主講教員和一名輔導(dǎo)教員共同承擔(dān)該班次的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，開(kāi)課之前深入研究了CDIO理念、CDIO標(biāo)準(zhǔn)和CDIO教學(xué)大綱，確立了以學(xué)員為中心、教員為輔助的教學(xué)思想[7-8]。

開(kāi)課第一次課對(duì)學(xué)員進(jìn)行了小組劃分，劃分的原則是根據(jù)學(xué)員自身興趣、上學(xué)期學(xué)分多少自愿組合，基本做到了“強(qiáng)”“弱”搭配，以便于學(xué)習(xí)的互幫互助。學(xué)員在構(gòu)思階段積極性很高，設(shè)想了很多有趣的功能，進(jìn)入設(shè)計(jì)階段后限于所學(xué)知識(shí)有限開(kāi)始出現(xiàn)了畏難情緒，但在教員的耐心輔導(dǎo)下實(shí)現(xiàn)了大部分功能。在實(shí)現(xiàn)階段也遇到了一些問(wèn)題，比如在設(shè)計(jì)階段已經(jīng)經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)仿真驗(yàn)證的功能焊接到多孔板上后實(shí)測(cè)不符合要求，究其原因有的是沒(méi)有焊接好，有的是元器件的問(wèn)題。在答辯階段有的學(xué)員性格比較靦腆，表達(dá)能力不強(qiáng)、效果不好。整個(gè)實(shí)踐過(guò)程還是比較成功的，CDIO教學(xué)模式將實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程和理論課學(xué)習(xí)的各個(gè)環(huán)節(jié)緊密聯(lián)系在一起，改變了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中學(xué)員按照教員和實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書要求操作的被動(dòng)學(xué)習(xí)模式，極大地提高了學(xué)員學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性。從教學(xué)改革實(shí)踐結(jié)果來(lái)看，學(xué)員普遍感覺(jué)自己學(xué)有所得，通過(guò)自己的努力雖然辛苦但確實(shí)比以往其他實(shí)驗(yàn)課程印象更加深刻、收獲更多。

5 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)CDIO教學(xué)模式改革構(gòu)想和實(shí)踐，有以下2點(diǎn)啟示。

1)采用CDIO教學(xué)模式后，對(duì)學(xué)員學(xué)習(xí)要求不是降低了，而是提高了，需要學(xué)員投入更多的時(shí)間和精力。采用CDIO教學(xué)模式后需要學(xué)員廣泛聯(lián)系所學(xué)知識(shí)、大量查閱資料、積極主動(dòng)思考并且還要同其他學(xué)員交往和合作，還要展示和講解作品才能取得好成績(jī)。在學(xué)員學(xué)時(shí)數(shù)和時(shí)間有限的情況下，需要實(shí)驗(yàn)室為學(xué)員創(chuàng)造良好的條件，提供參考資料、信息資源、工具和元器件。

2)部分教員觀念沒(méi)有完全轉(zhuǎn)變，對(duì)學(xué)員的束縛太多，喜歡告訴學(xué)員你應(yīng)該這樣那樣，沒(méi)有真正做到以學(xué)員為中心，學(xué)習(xí)是學(xué)員的事，在某種程度上誤傷了學(xué)員思考的積極性和創(chuàng)新的激情。在后期的教學(xué)改革實(shí)踐中需要教員對(duì)觀念進(jìn)行革新，對(duì)學(xué)員進(jìn)行幫助而不越俎代庖。

[1]李彤，趙娜.基于CDIO的軟件工程國(guó)家精品課程建設(shè)[J].計(jì)算機(jī)教育，2012(1)：14-19.

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Experiment Teaching Method Reform and Practice of Fundamentals of Electronic Technology in CDIO Mode

ZHU Shanlin, CHEN Shaochang, WU Wenquan

(College of Electronic Engineering， Naval University of Engineering， Wuhan 430033， China)

CDIO engineering education idea is introduced firstly. The existing issues in experiment teaching of fundamentals of electronic technology are analyzed secondly. After that, based on CDIO teaching mode, experiment teaching method reform on fundamentals of electronic technology is performed, which includes reform conditions and how to implement CDIO during a reform. At last,a reform practice result on fundamentals of electronic technology teaching is reported, which shows the students’ motivation of learning electronic technology is effectively excited and engineering practice ability of applying electronic technology is improved.

CDIO mode; electronic technology; experiments teaching; reform

2014-07-01；修改日期: 2015-03-24

軍隊(duì)院校電工電子基礎(chǔ)教育教學(xué)課題研究：基于CDIO模式的電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)系列課程教學(xué)方法研究(JE20140147)。

朱善林(1981-)，男，碩士，講師，主要從事電子線路設(shè)計(jì)及實(shí)驗(yàn)教學(xué)。

G642

A

10.3969/j.issn.1672-4550.2015.04.023