肖卓磊,李慶瑞,劉爭艷

（阜陽師范學(xué)院計算機與信息工程學(xué)院，安徽 阜陽236037）

基于CDIO模式的模擬電路課程教學(xué)的改革與實踐

肖卓磊,李慶瑞,劉爭艷

（阜陽師范學(xué)院計算機與信息工程學(xué)院，安徽 阜陽236037）

摘要：針對模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)課程教學(xué)過程中存在的問題，運用CDIO工程教育理念，在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、實驗方式和考核方式等方面進行一系列的改革與實踐，有效提高學(xué)生的工程實踐能力和團隊合作能力.

關(guān)鍵詞：CDIO；模擬電子技術(shù)；項目實踐；教學(xué)改革

隨著電子信息科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，電子類及計算機類專業(yè)的就業(yè)問題日益突出，一方面社會對于工程技術(shù)人員的需求日益增大，另一方面，高校教育規(guī)模持續(xù)擴大，畢業(yè)生的工程技術(shù)能力和專業(yè)素養(yǎng)卻在下降，傳統(tǒng)的人才培養(yǎng)模式培養(yǎng)的人才只懂科學(xué)研究，不懂實踐創(chuàng)新，工程應(yīng)用能力很差，無法適應(yīng)社會或?qū)I(yè)領(lǐng)域的需求.如何培養(yǎng)出能夠綜合應(yīng)用理論和實踐，具備專業(yè)知識和技術(shù)手段的工程技術(shù)人才，是高等教育改革重要的關(guān)注點.CDIO高等教育模式通過構(gòu)思（Conceive）、設(shè)計（Design）、實施（Implement）、運作（Operate）四步，在工程教育中聯(lián)系實踐，培養(yǎng)和提高學(xué)生的工程能力和團隊協(xié)作能力，從而為社會和企業(yè)造就合適的人才［1］.

“模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)”作為高等院校電子技術(shù)專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，課時少，知識點多，物理概念抽象，專業(yè)性強，學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣往往不夠強烈.將CDIO高等教育模式引入該課程的教學(xué)與實踐環(huán)節(jié)中，能夠有效提高課堂的教學(xué)效率和學(xué)生的應(yīng)用實踐能力.

1　模擬電子技術(shù)課程存在的問題

1.1教學(xué)內(nèi)容取舍

“模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)”課程共10章68個學(xué)時，其中51個講授學(xué)時，17個實驗學(xué)時，實驗共分為8次，在期中開始.模電課程的學(xué)習(xí)時間緊，任務(wù)重，理論學(xué)習(xí)平均每個大章有5個學(xué)時，目前各大高校采用的教材大多數(shù)是偏重于理論知識的描述，實踐內(nèi)容偏少，知識點多，電路形式多變，教師為了整體教學(xué)進度，往往舍棄一些章節(jié)的學(xué)習(xí).對于學(xué)生來說，模電課程的知識比較抽象，要在短時間內(nèi)掌握如此多變的電路形式和計算分析方法，存在一定的難度，如何將理論知識應(yīng)用于實踐中是迫切需要解決的問題.理論和工程實際應(yīng)用的相脫節(jié)，造成前后知識不連貫，由此增加學(xué)習(xí)的難度，學(xué)生也容易因此產(chǎn)生畏難心理，不利于模擬電路課程的學(xué)習(xí).

1.2教學(xué)方法不當(dāng)

目前模擬電子技術(shù)課程的授課方式還是采用傳統(tǒng)的課堂講授方法，在課堂教學(xué)過程中，教師一般采用灌輸式講解，側(cè)重于講解各類器件和電路內(nèi)部的結(jié)構(gòu)和原理，討論如何去分析計算電路參數(shù).學(xué)生想要完整掌握課堂知識需要耗費極大的精力，加上教師沒有刻意啟發(fā)引導(dǎo)，學(xué)生對于各類器件和電路的認(rèn)識僅僅停留在看到電路圖會分析會計算的程度，對知識的綜合運用能力和實際操作能力十分欠缺.比如如何根據(jù)要求去構(gòu)建一個合適的電路，選取哪些器件，如何去調(diào)整各類參數(shù)使電路達(dá)到最佳狀態(tài)等方面，沒有太多涉及.甚至有的教師本身缺乏工程實踐經(jīng)驗，嚴(yán)重影響到工程教育質(zhì)量的提高［2］.

1.3實驗環(huán)節(jié)匱乏

目前，大多數(shù)的模擬電路實驗安排在期中開始，只有17個實驗學(xué)時，共進行8次實驗內(nèi)容，學(xué)生通過硬件實驗箱對實驗內(nèi)容進行模塊化操作，只需用導(dǎo)線將電源連接到相應(yīng)的實驗?zāi)K上，然后進行相關(guān)電路參數(shù)的測量.這樣的實驗沒有太多的實踐操作性，無法鍛煉學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題及解決問題的能力，只是簡單的重復(fù)步奏.而且大多數(shù)實驗為理論驗證型實驗，設(shè)計性和綜合性實驗很少，再加上學(xué)生人數(shù)過多，實驗場地有限，只能進行分組實驗，最終每個學(xué)生的實際操作時間就會很少，學(xué)生對于這種應(yīng)付式的實驗方式，自然沒有太大的興趣，自然不可能通過實驗掌握和提高自己的工程應(yīng)用和設(shè)計能力.

1.4考核方式單一

模擬電子技術(shù)作為一門專業(yè)性很強的工程應(yīng)用課程，考核方式應(yīng)該和工程應(yīng)用掛鉤，但是，現(xiàn)行高校的考核方式單一，往往利用傳統(tǒng)的閉卷考試，通過選擇、填空、計算等題型來考察學(xué)生對于書本理論知識的掌握程度，學(xué)生為了應(yīng)付考試，只是單純的掌握書本理論知識就可以通過考試，同時由于實驗成績并不計入最終成績，導(dǎo)致學(xué)生對實驗課程缺乏熱情，最終學(xué)生損失的是他們的實踐能力和團隊協(xié)作能力.

2　CDIO模式下模擬電路課程的改革與實踐

基于CDIO工程教育理念，以CDIO的12條標(biāo)準(zhǔn)為指導(dǎo)思想，對“模擬電子技術(shù)”課程教學(xué)進行了初步CDIO應(yīng)用探討，具體措施有以下幾方面.

2.1教學(xué)內(nèi)容的改革

CDIO主張“做中學(xué)”和“基于項目的教育學(xué)習(xí)”，在教學(xué)過程中，以項目為動力，以案例為依托，把課堂教學(xué)環(huán)境模擬成CDIO模式下的工程教育環(huán)境，即以產(chǎn)品（項目）構(gòu)思、設(shè)計、實現(xiàn)和運行的生命周期為載體來組織教學(xué).

（1）緊跟當(dāng)前電子技術(shù)的發(fā)展.電子技術(shù)的發(fā)展趨勢是分立元件向集成電路發(fā)展，因此單一元件或電路就顯得不重要，在后續(xù)章節(jié)及實踐教學(xué)中比例不高.半導(dǎo)體器件、二極管、三極管及場效應(yīng)管，書本通常是對其內(nèi)部結(jié)構(gòu)、工作原理及伏安特性加以詳細(xì)的說明，任課教師唯恐講解的不夠深刻，結(jié)果就是學(xué)生覺得枯燥并且在后續(xù)章節(jié)根本用不到.因此，在教學(xué)過程中，教師只需講解半導(dǎo)體、二極管、三極管等器件的外部特性，說明它們在電路中能夠起到的作用，把教學(xué)的重點放在引導(dǎo)學(xué)生通過電路認(rèn)識到這些器件，同時了解如何通過這些器件構(gòu)成電路.

（2）采用“發(fā)散思維”［3］對教學(xué)內(nèi)容進行分類闡述.傳統(tǒng)的模電課程教學(xué)中過于專注理想放大電路的分析和求解，并且由于時間緊，知識點多，有些章節(jié)跳過不講，容易造成學(xué)生被復(fù)雜多變的電路所困擾，因此，課題組采用“發(fā)散思維”的教學(xué)方法，通過生動的比喻，將基本電路和基本分析方法貫穿整個教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生透視復(fù)雜電路，在舊電路的基礎(chǔ)上引出新的電路分析，無論集成電路多么復(fù)雜，其核心還是最基本的放大電路.例如集成運放F007電路，在通過向?qū)W生展示此類電路的結(jié)構(gòu)和功能的過程中，引導(dǎo)學(xué)生去將其拆分為最基本的模擬放大基本電路如共射、共集、共基電路，分析它們的共性和個性，討論每種電路在集成運放中所發(fā)揮的作用，計算相關(guān)參數(shù)，為學(xué)生建立起宏觀概念，對其中的共射及差分放大進行分析計算，培養(yǎng)學(xué)生的工程應(yīng)用素質(zhì).

（3）從工程實際的需求出發(fā)，引出相關(guān)基本電路.通過將當(dāng)前模擬電路實際工程應(yīng)用的產(chǎn)品引入到課堂教學(xué)中，引導(dǎo)學(xué)生用所學(xué)知識去分析產(chǎn)品、發(fā)現(xiàn)問題、認(rèn)識相關(guān)電路，在此基礎(chǔ)上進行分析計算，最終徹底掌握知識點，促使理論知識和工程應(yīng)用技術(shù)相聯(lián)系，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，加深對基礎(chǔ)理論知識的理解，開闊學(xué)生的視野.比如在實際教學(xué)中，通過展示LED旋轉(zhuǎn)燈［4］，向?qū)W生演示旋轉(zhuǎn)燈的功能模塊和具體電路，詳細(xì)講解系統(tǒng)的構(gòu)想、設(shè)計、實現(xiàn)和運作，旋轉(zhuǎn)燈擁有多個三極管，由于電容的作用，每次只能有一個三極管處于放大狀態(tài)，通過對電路詳細(xì)的講解，學(xué)生會逐步了解三極管工作的基本原理以及三極管的三種基本狀態(tài)即飽和、放大和截止，能夠認(rèn)識三極管輸出特性曲線對狀態(tài)的分類，以及如何進入三極管的放大狀態(tài)等.通過如圖1的內(nèi)容講解，學(xué)生會對工程實際電路有一個初步的認(rèn)識，通過對實物以及電路圖的學(xué)習(xí)，對理論知識的掌握更加深入.

圖1　課堂教學(xué)過程

2.2教學(xué)方式的改革

模擬電子技術(shù)知識點眾多，理論知識枯燥，將CDIO理念貫穿于教學(xué)方式中，以豐富的教學(xué)手段和網(wǎng)絡(luò)資源為依托，充分調(diào)動學(xué)生的自主能動性，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，調(diào)動其學(xué)習(xí)積極性.具體措施如圖2所示.

圖2　教學(xué)方式的改革

（1）轉(zhuǎn)變理念，以學(xué)生為中心.CDIO工程教育模式培養(yǎng)的是學(xué)生的專業(yè)基礎(chǔ)知識、工程實踐能力和創(chuàng)新能力等綜合素質(zhì)，換言之，學(xué)生是整個CDIO模式的主體.在傳統(tǒng)的教學(xué)活動中教師是主體，學(xué)生被動接受知識，教師是整個課堂的中心.這就需要教師轉(zhuǎn)變原有的思想觀念，改變教學(xué)方式，將課堂的中心交還給學(xué)生，由課堂的講授者和灌輸者轉(zhuǎn)變?yōu)檎n堂教學(xué)的設(shè)計者、引導(dǎo)者和參與者.教師提出問題，鼓勵學(xué)生積極參加課堂討論，引導(dǎo)學(xué)生自己發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題，鍛煉學(xué)生的思維能力，培養(yǎng)學(xué)生的理論研究能力和團隊合作能力，這些都是CDIO工程教育模式所要實現(xiàn)的目標(biāo).

（2）豐富教學(xué)手段.教師在教學(xué)過程中，采用多媒體與板書相結(jié)合的教學(xué)手段，在實際引導(dǎo)過程中，利用多媒體，結(jié)合EDA等計算機輔助軟件，向?qū)W生展示具體功能模塊的結(jié)構(gòu)電路和功能，學(xué)生通過Multisim等仿真軟件，結(jié)合所學(xué)知識，設(shè)計并運行仿真電路，得出仿真結(jié)果并加以驗證.同時，在對電路分析的過程中，對于抽象的原理，采用flash動畫進行展示，對于一些公式推導(dǎo)計算的過程，教師采用板書和實驗電路仿真驗證的形式，使學(xué)生動手驗證電路，參與到整個分析過程中.最后，定期開展課程設(shè)計，讓學(xué)生自行完成教師給出的設(shè)計要求，鍛煉學(xué)生的工程實踐能力.

（3）充分利用網(wǎng)絡(luò)資源，實現(xiàn)翻轉(zhuǎn)課堂［5］.課堂時間總是有限的，為了培養(yǎng)學(xué)生的工程實踐能力，課題組建立了模擬電子技術(shù)網(wǎng)站，將全套的教學(xué)信息資料放在網(wǎng)絡(luò)上，方便學(xué)生隨時調(diào)閱查看.學(xué)生通過下載或在線觀看教學(xué)錄像和教學(xué)PPT進行預(yù)習(xí)或復(fù)習(xí)，將產(chǎn)生的問題帶入到課堂當(dāng)中進行分組討論，教師參與到每個小組的討論中，適時引導(dǎo)學(xué)生對問題的認(rèn)識.同時教師在每周都會在網(wǎng)站或者課堂發(fā)布一些小型的有關(guān)新知識的模擬電子研究項目，學(xué)生可以在業(yè)余時間研究項目，并帶入到課堂中對項目問題的認(rèn)識和結(jié)果加以討論，教師根據(jù)每個小團隊對項目的完成程度進行一定的分?jǐn)?shù)獎勵.通過采用這種“翻轉(zhuǎn)課堂”（Flipped Classroom）的教學(xué)模式，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生分析問題及解決問題的能力，最終提高學(xué)生的CDIO綜合能力.

2.3實驗方法的改革

CDIO教學(xué)模式最重視的是學(xué)生的工程實踐能力，“模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)”作為一門工程設(shè)計類課程，實驗課程尤其重要，課題組通過強化項目教學(xué)法，按照CDIO教學(xué)大綱，對實驗內(nèi)容進行重新設(shè)計.

（1）摒棄單一的實驗方式，實現(xiàn)硬件實驗和軟件仿真的有機結(jié)合.教師在課堂或者網(wǎng)絡(luò)上發(fā)布實驗任務(wù)，并給出相關(guān)資料供學(xué)生參考，學(xué)生自由分組進行團隊合作，在實驗課堂中，教師參與到各個小組，針對各小組提出的解決方案進行討論交流，定下方案后學(xué)生通過EDA、Multisim等軟件對電路進行仿真，仿真結(jié)果正確后在硬件實驗箱上制作硬件電路，對其加以運行調(diào)試.這種軟硬件結(jié)合的實驗?zāi)Ｊ讲粌H可以使學(xué)生在項目實施過程中靈活應(yīng)用理論知識，增強學(xué)生的工程實踐技術(shù)和產(chǎn)品研發(fā)能力，同時，也能提高學(xué)生的人際交往與團隊合作能力.

（2）以實驗引導(dǎo)理論.針對實驗項目驗證型實驗過多的問題，選取比較有代表性的2~3個實驗作為典型的驗證型實驗，其余的驗證性實驗將搬到理論課堂中，作為引出理論知識的平臺，通過對實驗項目的仿真及實現(xiàn)，對其中各個模塊進行詳細(xì)理論講解.在講解過程中，學(xué)生對整個理論知識和實驗項目都會有深刻的理解.比如單相橋式整流濾波電路仿真實驗，學(xué)生通過觀察仿真波形，比較半波整流和全波整流的不同，了解濾波電路的工作原理.在實際教學(xué)期間，可以故意在實驗結(jié)構(gòu)圖中設(shè)置一些錯誤，引導(dǎo)學(xué)生去分析實驗仿真結(jié)果，發(fā)現(xiàn)問題乃至解決問題，從而更好地掌握相關(guān)理論知識，其余的實驗項目將以設(shè)計性和綜合性實驗為主，鍛煉學(xué)生的工程綜合素質(zhì).

（3）增加課外實訓(xùn)活動.目前課題組依托校內(nèi)實訓(xùn)基地，組織學(xué)生進行進一步的深化學(xué)習(xí)及實踐，通過參加飛思卡爾智能汽車競賽及安徽大學(xué)電子技術(shù)大賽等比賽項目，使學(xué)生參與到真實項目的構(gòu)思、設(shè)計、實現(xiàn)和運行，使理論知識和實踐開發(fā)有機結(jié)合，大幅提高學(xué)生的CDIO工程實踐能力.

2.4考核方法改革

傳統(tǒng)的模擬電子技術(shù)考核由平時成績的30%和期末考試成績的70%相加得到.平時成績包括出勤、作業(yè)、測驗和實驗環(huán)節(jié)，實驗成績所占比例很低，很難對學(xué)生的工程實踐能力做出客觀公正的評估.因此，在CDIO思想的指導(dǎo)下，課題組改革整個課程的考核方式.其中，期末考試成績占最終成績的50%，考察學(xué)生對書本理論知識的掌握程度和單獨設(shè)計電路的能力.實驗成績從平時成績中獨立出來，作為對學(xué)生工程實踐能力的考核，占最終成績的30%，實驗考試分為個人和團隊考試兩個階段，考察學(xué)生獨立完成實驗操作的能力和團隊協(xié)作能力.

3　結(jié)語

模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)是一門專業(yè)性很強的工程設(shè)計課程，CDIO作為一種先進的工程教育模式，將其核心理念引入到模擬電子技術(shù)課程當(dāng)中，在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、實驗方式和考核方式等方面進行一系列的改革和實踐，極大的激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，提高學(xué)生的工程技術(shù)能力和綜合素質(zhì)，取得良好的教學(xué)效果.今后該課程可繼續(xù)結(jié)合CDIO教學(xué)模式進行進一步的探索改革，不斷完善和改進教學(xué)模式，培養(yǎng)符合社會和企業(yè)要求的高素質(zhì)專業(yè)人才.

參考文獻(xiàn)：

［1］王天寶,程衛(wèi)東.基于 CDIO的創(chuàng)新型工程人才培養(yǎng)模式研究與實踐［J］.高等工程教育研究,2010(1):31-37．

［2］韋良芬,王樂.本科計算機類專業(yè)CDIO培養(yǎng)模式的研究［J］.長春大學(xué)學(xué)報,2014,24(6):848-850.

［3］李蛇根.《模擬電子技術(shù)》教學(xué)中發(fā)散思維探索研究［J］.沈陽師范大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2011,29(2):330-334.

［4］楊蓮紅,王超.EDA技術(shù)在模擬電子技術(shù)教學(xué)中的應(yīng)用［J］.高師理科學(xué)刊,2010,30(1):93-96.

［5］張金磊.翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式研究［J］.遠(yuǎn)程教育雜志.2012(4):46-51.

（責(zé)任編輯：李婉）

中圖分類號：G642.0

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1007-5348（2015）02-0087-05

［收稿日期］2014-10-29

［基金項目］阜陽師范學(xué)院校級教研項目（2012JYXM50）；阜陽師范學(xué)院校級教研項目（2013JYXM38）.

［作者簡介］肖卓磊（1983-），男，安徽阜陽人，阜陽師范學(xué)院計算機與信息工程學(xué)院助教，碩士；研究方向：電子線路.

The Reform and Practice of Analog Electronic Technique Based on CDIO Model

XIAO Zhuo-lei,LI Qing-rui,LIU Zheng-yan
（School of Computer and Information,Fuyang Teachers College,Fuyang 236037,Anhui,China）

Abstract:In this paper,the problems of Analog Electronic Technique existing in the teaching process are analyzed.Based on the CDIO engineering education model,a series of reforms and practice should be carried out in education contents,education system,experimental method and examination method,which will improve students’abilities of engineering practice and teamwork．

Key words:CDIO;analog electronic technique;project practice;teaching Reform