蘇巧平1 ，劉原2，孫文娟

(1. 安徽新華學(xué)院 電子通信工程學(xué)院，安徽 合肥 230088；2. 安徽醫(yī)學(xué)高等?？茖W(xué)校，安徽 合肥 230000；3.安徽新華學(xué)院 信息工程學(xué)院，安徽 合肥 230088)

隨著工業(yè)的快速發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，社會對工程技術(shù)的要求也越來越高。但是，長久以來重理論、輕實踐的教育方式，使理論脫離實際、實踐環(huán)節(jié)薄弱和產(chǎn)學(xué)脫節(jié)的問題較為嚴(yán)重，工程人才短缺和工程教育質(zhì)量已成為人才培養(yǎng)面臨的共性問題。

為了解決人才培養(yǎng)問題，世界各國先后開展了高等教育改革，提高了人才培養(yǎng)質(zhì)量。CDIO工程教育模式是國際工程教育改革中相對成功的研究成果。CDIO是英文單詞“構(gòu)思”(Conceive)“設(shè)計”(Design)“實施”(Implement)“運行”(Operate)的縮寫，它是由美國麻省理工學(xué)院與瑞典查爾姆斯理工大學(xué)、林雪平大學(xué)和皇家理工學(xué)院聯(lián)合開發(fā)的一種新的工程教育概念和實施系統(tǒng)。該概念基于從研究和開發(fā)到運營的產(chǎn)品的生命周期，允許學(xué)生以獨立、實用和課程之間有機(jī)鏈接的方式學(xué)習(xí)工程，培養(yǎng)學(xué)生各方面的能力。研究結(jié)果顯示，CDIO工程教育模式在提高學(xué)生的實踐能力、團(tuán)隊合作意識以及創(chuàng)新能力等方面效果顯著[1-2]，并且在美國和歐洲(包括非英語教學(xué)的院校)普遍適用。因此，在工程教育大背景下，借助CDIO成功的工程教育模式，進(jìn)行基礎(chǔ)電類實驗改革與研究，具有重要意義。

1 傳統(tǒng)基礎(chǔ)電類實驗的弊端

基礎(chǔ)電類課程包括電路、模擬電路和數(shù)字電路，是電類或相近專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課程。上述三門課程通常采用的實驗授課方式是在理論授課過程中穿插基礎(chǔ)實驗，便于學(xué)生對于所學(xué)理論知識的鞏固和理解。目前，隨著應(yīng)用型人才培養(yǎng)的需要，實踐教學(xué)水平已成為人才培養(yǎng)質(zhì)量的關(guān)鍵因素，也是提高學(xué)生實踐能力和創(chuàng)新能力不可分割的一部分，對提高學(xué)生的整體素質(zhì)起著至關(guān)重要的作用。而現(xiàn)有的基礎(chǔ)電類的實驗課程無法滿足這個要求，且存在不少問題，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

1.1 基礎(chǔ)電類課程實驗時間分散，設(shè)備使用較多易忘

電路、模擬電路和數(shù)字電路三門課程的實驗課分別安排于三個學(xué)期，時間跨度長，各個實驗安排分散，在課程的講授過程中，過分關(guān)注組件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，分析工作原理和一些復(fù)雜的推理計算，從表面上看，學(xué)生們似乎已經(jīng)學(xué)到了很多東西。事實上，它無助于學(xué)生了解組件和電子設(shè)備的使用、安裝、調(diào)試和維護(hù)。實驗設(shè)備的操作使用方法由于時間原因?qū)W生基本忘記，甚至一些常用測量儀器學(xué)生也不能熟練使用。

1.2 基礎(chǔ)電類課程各個實驗相互獨立，不具有系統(tǒng)性

由于基礎(chǔ)電類課程實驗較為基礎(chǔ)，所以多數(shù)實驗為課本理論知識的驗證性實驗，在實驗設(shè)置上以分散的知識點為基礎(chǔ)，由于知識點的獨立性和分散性，使得各實驗之間相互獨立，缺乏系統(tǒng)性。系統(tǒng)性的缺失，致使學(xué)生在進(jìn)行實驗時，缺乏系統(tǒng)性思維，學(xué)生對課程的總體認(rèn)知不清，對課程的理解也就很膚淺，實驗效果不明顯。

1.3 基礎(chǔ)電類課程實驗缺乏設(shè)計性，與生產(chǎn)實踐脫節(jié)

基礎(chǔ)電學(xué)課程實驗基于電學(xué)理論知識和現(xiàn)有的實驗設(shè)備，啟發(fā)式教學(xué)很少，學(xué)生的主觀能動性無法得到充分利用，不利于學(xué)生自主思考，阻礙學(xué)生獨立分析和解決問題能力的培養(yǎng)。而實驗中由于多數(shù)電路已經(jīng)給出，缺少電路設(shè)計的部分，因此，實驗課程貫穿的電子電路設(shè)計的思想較少，學(xué)生通過實驗獲得的認(rèn)知還是基本停留在理論認(rèn)知層面，獲得的新知識較少。同時，由于實驗設(shè)備中的各實驗?zāi)K的線路基本連接完成，線路無須學(xué)生焊接、調(diào)試，學(xué)生只需完成簡單的線路連接和測試，無法完整體現(xiàn)一個電子產(chǎn)品的具體的開發(fā)生產(chǎn)過程，因此與生產(chǎn)實踐嚴(yán)重脫節(jié)。

1.4 實驗考核方式不科學(xué)

由于電工電子實驗沒有單獨的學(xué)分，實驗教師只根據(jù)學(xué)生的實踐能力和實驗報告的完成情況給出實驗的分?jǐn)?shù)。它的分?jǐn)?shù)僅占理論課總分的20%左右。整個實驗的評價體系主要取決于學(xué)生是否在課前預(yù)習(xí)，是否完成實驗內(nèi)容，實驗數(shù)據(jù)是否合理，以及數(shù)據(jù)分析是否合適[3]，這種評價方法不能充分反映實驗水平，大大降低了學(xué)生對實驗的關(guān)注程度。

1.5 學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不高

由于大部分同學(xué)進(jìn)行的基礎(chǔ)電類實驗為進(jìn)入大學(xué)后接觸的較早的實驗，學(xué)生心中會有很高的期望。而我校開設(shè)的驗證性實驗創(chuàng)新性不高[4]，對學(xué)生的動手能力要求不高，與學(xué)生高中時的實驗相差不多，學(xué)生心理落差較大，學(xué)習(xí)提不起興趣，“興趣是最好的老師”，這嚴(yán)重影響了教學(xué)效果。

2 基于CDIO理念的基礎(chǔ)電類實驗課程的改革及實施

鑒于基礎(chǔ)電類實驗存在的上述問題，安徽新華學(xué)院采用的做法是將基礎(chǔ)電類實驗采用集中綜合實訓(xùn)或分段式綜合實訓(xùn)代替。具體做法如下：

2.1 確定實訓(xùn)后學(xué)生獲得能力，制定實訓(xùn)內(nèi)容架構(gòu)，采用集中綜合實訓(xùn)或分段式集中實訓(xùn)代替分散式實驗教學(xué)

本實訓(xùn)課程是在電路、模擬電路、數(shù)字電路三門課程的基礎(chǔ)上整合的一門綜合實訓(xùn)，設(shè)置本實訓(xùn)的最初目的是希望學(xué)生通過本次實訓(xùn)獲得掌握常用測試儀表的使用、利用Multisim軟件進(jìn)行模擬電路和數(shù)字電路設(shè)計仿真、并根據(jù)仿真結(jié)果進(jìn)行實際電路焊接調(diào)試、初步掌握綜合電路設(shè)計過程、提高學(xué)生工程應(yīng)用的能力，啟發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維[5-7]?；谶@樣一種預(yù)期學(xué)習(xí)結(jié)果，本課程在實訓(xùn)內(nèi)容設(shè)置上安排了如圖1所示的6個授課模塊，而最終結(jié)果是完成一個“籃球競賽數(shù)顯30S計時器”的完整設(shè)計與調(diào)試。其中：

(1)“常用儀表的使用、器件識別”主要保證學(xué)生掌握常用儀表的使用，熟練掌握常見物理量的測量方法，并在整個實訓(xùn)過程中貫穿儀表的使用，最終達(dá)到利用常見儀表進(jìn)行電路測試、調(diào)試、故障排查的能力。

(2)“基礎(chǔ)電路實驗仿真”主要保證學(xué)生利用Multisim軟件進(jìn)行電路仿真、調(diào)試的能力，本部分為Multisim軟件的入門學(xué)習(xí)，后續(xù)的各個模塊的設(shè)計中均貫穿Multisim軟件的使用，使學(xué)生利用仿真軟件成為一種習(xí)慣，也為其他仿真軟件的學(xué)習(xí)提供基礎(chǔ)。

(3)“±5V直流穩(wěn)壓電源”主要為后續(xù)各個模塊提供電源，培養(yǎng)學(xué)生進(jìn)行電路設(shè)計，必然考慮電源設(shè)計及電源帶負(fù)載能力問題。

(4)“方波產(chǎn)生電路”主要為30S計時提供秒脈沖，方波產(chǎn)生電路的形式可以是多樣的， 可以使用模擬電路的知識，亦可使用數(shù)字電路的知識。

(5)“30S計時”模塊完成30S倒計時的設(shè)計，主要利用數(shù)字電路中的計數(shù)器、譯碼器、數(shù)碼管等器件進(jìn)行電路的設(shè)計，培養(yǎng)學(xué)生數(shù)字電路設(shè)計與調(diào)試的能力。

(6)“基本放大電路”模塊在30S計時完成時驅(qū)動蜂鳴器報警，可以通過三極管基本放大電路或集成放大電路和放大電路中的阻抗匹配來設(shè)計實現(xiàn)，培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計和調(diào)試數(shù)字電路的能力。

圖1 電工電子技術(shù)專業(yè)實踐結(jié)構(gòu)圖

本實訓(xùn)的優(yōu)勢在于通過兩周的實訓(xùn)課程，學(xué)生對于電子產(chǎn)品的整體設(shè)計過程有了全面的理解，體驗產(chǎn)品從概念設(shè)計到產(chǎn)品實現(xiàn)的整個過程。

2.2 依據(jù)理論課程開設(shè)情況，確定實訓(xùn)課程開設(shè)時間模式及實訓(xùn)授課環(huán)節(jié)設(shè)置

基于不同專業(yè)對電類課程的需求不同，我校在基礎(chǔ)電類課程設(shè)置上，主要包括三種模式，一種是電路、模擬電路、數(shù)字電路三學(xué)期分別設(shè)置，分別進(jìn)行，一種是電工技術(shù)、電子技術(shù)兩門課程分兩學(xué)期進(jìn)行，最后一種模式是一學(xué)期以電工電子技術(shù)課程方式學(xué)完電工和電子技術(shù)中的基礎(chǔ)電路知識點。我校在進(jìn)行電工電子技術(shù)綜合實訓(xùn)代替基礎(chǔ)電類實驗之初，是在所有電路、模擬電路、數(shù)字電路知識授完后集中進(jìn)行的，帶來的問題是學(xué)生在進(jìn)行實訓(xùn)時，理論知識已忘記，且由于學(xué)生入校后將近2年時間沒有專業(yè)基礎(chǔ)課程實驗的進(jìn)行，學(xué)生的實踐機(jī)會和動手能力受到了限制，效果并不理想。后確定為集中實訓(xùn)分段式進(jìn)行，以保證教學(xué)效果。以基礎(chǔ)電類課程為電路、模擬電路、數(shù)字電路分三學(xué)期進(jìn)行的情況為例介紹具體做法。

(1)確定實訓(xùn)課程的授課思路。由于實訓(xùn)內(nèi)容較多，需要學(xué)生增加課外時間進(jìn)行學(xué)習(xí)，因此，本實訓(xùn)按照圖2模式進(jìn)行課程設(shè)置。課前、課中、課后教學(xué)環(huán)節(jié)的設(shè)置，主要保證學(xué)生的課前預(yù)習(xí)、課后作業(yè)、課后拓展練習(xí)及自學(xué)，更要保證學(xué)生在課程中的學(xué)習(xí)效果。設(shè)計部分要求學(xué)生依據(jù)設(shè)計要求進(jìn)行理論計算、Multisim仿真、器件選型及購買、實物的焊接。故障排查主要培養(yǎng)學(xué)生遇到問題、解決問題的能力。

圖2 實訓(xùn)課程設(shè)計思路

(2)每個階段的培訓(xùn)將分學(xué)期進(jìn)行，分階段的培訓(xùn)項目和過程表如表1所示。由表1可見，電工電子實訓(xùn)分別在大一(下)、大二(上)、大二(下)三學(xué)期分階段進(jìn)行。在電路課程的學(xué)期中，實施了理實一體化的教學(xué)方法?；倦娐返腗ultisim仿真實驗在整個學(xué)期貫穿進(jìn)行。此種方式不僅能夠使學(xué)生通過仿真現(xiàn)象加深理論知識的理解，更可促使學(xué)生養(yǎng)成借助仿真軟件進(jìn)行電路實驗現(xiàn)象觀測及判斷的習(xí)慣，為后續(xù)電路仿真奠定基礎(chǔ)。同時，鼓勵學(xué)生利用課外時間進(jìn)行更多電路的仿真驗證及電路的設(shè)計仿真，并給予一定的激勵措施，保證本階段的課外學(xué)習(xí)能夠保質(zhì)保量地完成。然后，在模擬電路開設(shè)學(xué)期，進(jìn)行Multisim基本模擬電路的實驗仿真(此部分為學(xué)生課外學(xué)習(xí))，在學(xué)期末，進(jìn)行集中實訓(xùn)，講解元器件的識別及常用儀表的使用，并且設(shè)計±5V直流穩(wěn)壓電源模塊，蜂鳴器或揚聲器驅(qū)動電路，方波發(fā)生電路模塊，焊接、調(diào)試。此部分電路要求學(xué)生將實物保存至下學(xué)期數(shù)字電路的實訓(xùn)課程。最后，在數(shù)字電路開設(shè)學(xué)期，進(jìn)行Multisim基本數(shù)字電路的實驗仿真(此部分為學(xué)生課外學(xué)習(xí))，在學(xué)期末，進(jìn)行集中實訓(xùn)，仿真30S倒計時電路并進(jìn)行實物的焊接調(diào)試。本部分使用的電源、報警電路和秒脈沖發(fā)生電路均使用上一學(xué)期模擬訓(xùn)練的結(jié)果。至此，本實訓(xùn)課程完成了一個完整的30S倒計時電路的設(shè)計，本電路中使用的所有模塊均由學(xué)生設(shè)計完成，體現(xiàn)了一個產(chǎn)品的完整的設(shè)計過程，將CDIO理念真正貫穿始終。

表1 電工電子分階段實訓(xùn)項目及進(jìn)程表

2.3 考核方式上，產(chǎn)品完整性、穩(wěn)定性、與預(yù)期目標(biāo)的符合度，設(shè)計報告完整性、規(guī)范性、數(shù)據(jù)的科學(xué)性是考核的重點，同時，為保證課外學(xué)習(xí)的效果，課外作業(yè)的成績亦納入考核中

由于本改革的基礎(chǔ)電路實驗采用 Multisim仿真、由學(xué)生課外時間完成的方式進(jìn)行，涉及內(nèi)容多，且分學(xué)期進(jìn)行，因此，本實訓(xùn)的考核方式也必須與新的實訓(xùn)體系相符，使其更合理、公平和可行。

本門課程作為一門獨立課程，不再依附于相關(guān)的理論課程，總成績由電路、模擬電路、數(shù)字電路三部分組成，三部分課程在每學(xué)期評分時均以百分制給出，總評時，電路占總評的20%，模擬電路和數(shù)字電路各占40%。

由于本實訓(xùn)均有課內(nèi)學(xué)時和課外學(xué)時的存在，因此，三個模塊的考核內(nèi)容均包含課內(nèi)實訓(xùn)的考核和課外實訓(xùn)的考核。課內(nèi)實訓(xùn)考核通常是考察學(xué)生的到課情況、課堂表現(xiàn)、實訓(xùn)內(nèi)容的隨堂驗證等，每一部分均做詳細(xì)記錄，給出相應(yīng)分值。課外實訓(xùn)考核主要通過學(xué)習(xí)通移動教學(xué)軟件，根據(jù)課外實訓(xùn)計劃，定時通過學(xué)習(xí)通發(fā)布課外作業(yè)任務(wù)，學(xué)生按照時間節(jié)點提交任務(wù)，并由實訓(xùn)指導(dǎo)老師根據(jù)學(xué)生提交內(nèi)容評定成績，形成相應(yīng)的積分，此積分作為總評成績的一部分，學(xué)生可隨時查看成績積分情況，以督促學(xué)生努力提高積分，激勵學(xué)生課外學(xué)習(xí)的積極性。

對于實訓(xùn)中的電路模塊的實訓(xùn)，由于電路實訓(xùn)模塊是純仿真實驗，因此在成績評定上主要考察學(xué)生實驗仿真電路及數(shù)據(jù)提交的及時性和正確性。此部分全部為課外學(xué)習(xí)，各次任務(wù)成績由教師在學(xué)習(xí)通軟件中評定，各次成績累加后，以最高分者為滿分，其余同學(xué)成績在積分基礎(chǔ)上除以最高分，則獲得本模塊的百分制分值。

而模擬電路、數(shù)字電路涉及內(nèi)容較多，因此考核方式包含內(nèi)容更多，通常按照圖3方式進(jìn)行。其中，預(yù)習(xí)，包括基礎(chǔ)電路的課外學(xué)習(xí)及教師布置的預(yù)習(xí)作業(yè)，包括電路模塊的原理及理論分析計算等，需學(xué)生按照時間節(jié)點完成，通過學(xué)習(xí)通軟件及時提交作業(yè)，此部分占20%；電路仿真由學(xué)生課堂上完成需要設(shè)計的模塊的電路仿真，鼓勵學(xué)生創(chuàng)新，此部分占20%；實物焊接調(diào)試重點考察學(xué)生的焊接規(guī)范、功能完成的情況及解決故障的能力，此部分占20%；提高部分是實訓(xùn)過程中教師給出實訓(xùn)內(nèi)容外的擴(kuò)展功能，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力，此部分占10%；設(shè)計報告有明確的規(guī)范要求，培養(yǎng)學(xué)生寫作、數(shù)據(jù)整理、歸納總結(jié)的能力，此部分占30%。

本考核方式在我校實際使用中，實訓(xùn)課教師投入了大量的時間，以期對學(xué)生每一部分的表現(xiàn)均能給出公平的評價，取得了良好的效果。

圖3 考核方式示意圖

3 結(jié)論

基于CDIO模式的項目教學(xué)在基礎(chǔ)電類實驗中的應(yīng)用，有效地培養(yǎng)了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、信息分析綜合能力、創(chuàng)新意識、動手能力，表達(dá)能力和團(tuán)隊合作精神。而本實訓(xùn)環(huán)節(jié)在整個課程體系中屬于基礎(chǔ)實訓(xùn)，學(xué)生的工程理念、學(xué)生的基本電路焊接調(diào)試能力得到了很好的培養(yǎng)，為學(xué)生后續(xù)的實訓(xùn)課程的開展奠定了很好的基礎(chǔ)，學(xué)生在后來的學(xué)科比賽中亦取得了不錯的成績。本實訓(xùn)課程的成功實施為CDIO理念應(yīng)用于其他實訓(xùn)課程提供了思路。