電子技術(shù)類實(shí)訓(xùn)課程教學(xué)改革與研究

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摘要：傳統(tǒng)的電子技術(shù)類實(shí)訓(xùn)課程以學(xué)科知識(shí)體系組織教學(xué)，學(xué)生難以把這些相互關(guān)聯(lián)的知識(shí)點(diǎn)融會(huì)貫通，而且實(shí)驗(yàn)又以驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主，這樣的做法不利于培養(yǎng)學(xué)生的工程素質(zhì)和能力。文章針對(duì)電子信息類專業(yè)電子技術(shù)類實(shí)訓(xùn)課程教學(xué)中存在的問題，從CDIO教學(xué)理念出發(fā)，引入大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽內(nèi)容進(jìn)行實(shí)訓(xùn)，打破以班級(jí)、年級(jí)為授課單位的慣例，提出了不同年級(jí)聯(lián)合實(shí)訓(xùn)，建立子項(xiàng)目組共同完成綜合項(xiàng)目的合作實(shí)訓(xùn)模式。

關(guān)鍵詞：CDIO；電子技術(shù)類課程；聯(lián)合實(shí)訓(xùn)

CDIO工程教育模式是根據(jù)項(xiàng)目研發(fā)過程的四個(gè)階段來組織教學(xué)的一種教學(xué)模式。該教學(xué)模式2005年引入汕頭大學(xué)，符合當(dāng)時(shí)我國工程教育改革的需要，得到教育部高教司理工處的大力支持。2008年4月，教育部發(fā)文成立“CDIO工程教育研究與實(shí)踐課題組”，之后于當(dāng)年12月由教育部理工處倡議組建了CDIO工程教育試點(diǎn)工作組，參加的高校有18所[1]。CDIO教學(xué)理念以培養(yǎng)學(xué)生的能力為主線組織教學(xué)，打破了以往以學(xué)科知識(shí)體系組織教學(xué)的常態(tài)。胡占軍等人研究之后認(rèn)為CDIO教學(xué)模式本質(zhì)上與“做中學(xué)”和“基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)”相同[2]。CDIO教學(xué)模式在中國快速發(fā)展，本科院校的工程教育專業(yè)和非工程教育專業(yè)的教師以及高職高專類院校的教師都積極把它用于專業(yè)教學(xué)改革實(shí)踐，且取得了一系列的研究成果[3]。本文從CDIO教學(xué)理念出發(fā)，把CDIO教學(xué)模式應(yīng)用于高職電子信息類專業(yè)電子技術(shù)類課程的實(shí)訓(xùn)教學(xué)改革，引入歷年大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽的題目作為實(shí)訓(xùn)內(nèi)容。除了按照CDIO的四個(gè)步驟進(jìn)行教學(xué)外，還打破了以班級(jí)為單位進(jìn)行教學(xué)的模式，提出不同年級(jí)的學(xué)生組隊(duì)共同完成綜合性的實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目的新實(shí)訓(xùn)模式。

一、CDIO工程教育

CDIO是Conceive（構(gòu)思）、Design（設(shè)計(jì)）、Imple－ment（實(shí)現(xiàn)）和Operate（運(yùn)行）四個(gè)英文單詞的首寫字母，代表產(chǎn)品研發(fā)、運(yùn)行直至廢棄的全過程。CDIO教育理念是以產(chǎn)品生命周期為載體，建立一體化的相互支撐的聯(lián)系的課程體系，使學(xué)生能夠主動(dòng)在基于項(xiàng)目的實(shí)踐中學(xué)習(xí)工程技術(shù)[4]。CDIO教育模式作為工程教育領(lǐng)域的一項(xiàng)重要改革，其目的是解決工程教育的兩個(gè)根本問題，即：培養(yǎng)什么樣的人？如何培養(yǎng)？對(duì)于第一個(gè)問題它用CDIO教學(xué)大綱給出了工程師應(yīng)掌握的知識(shí)，應(yīng)具備的能力和素質(zhì)。對(duì)于第二個(gè)問題則給出了CDIO的12條標(biāo)準(zhǔn)指導(dǎo)工程教育改革的實(shí)施方法。依據(jù)CDIO教學(xué)大綱和12條標(biāo)準(zhǔn)，教師可以建立一體化的相互聯(lián)系的課程體系。通過設(shè)計(jì)基于課程群的綜合性項(xiàng)目，教師可以把基礎(chǔ)知識(shí)學(xué)習(xí)和綜合能力訓(xùn)練、課程學(xué)習(xí)和探究興趣、知識(shí)學(xué)習(xí)和能力培養(yǎng)有機(jī)地結(jié)合起來。由于每個(gè)項(xiàng)目都是基于課程群的綜合性項(xiàng)目，學(xué)生可以有效地把相互關(guān)聯(lián)的課程知識(shí)點(diǎn)有機(jī)地結(jié)合起來，形成能力。因此，CDIO教學(xué)模式為培養(yǎng)高素質(zhì)的復(fù)合型工程技術(shù)人才提供了一種可執(zhí)行的模式。

二、大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽與學(xué)生能力的培養(yǎng)

全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽始于1994年，競(jìng)賽的內(nèi)容大致可以分為四類：電源及信號(hào)源、數(shù)據(jù)采集與控制、儀器儀表、無線電及放大器。競(jìng)賽涉及多個(gè)學(xué)科的內(nèi)容，包括電工電子技術(shù)、單片機(jī)及接口技術(shù)、自動(dòng)控制、傳感器、通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等。競(jìng)賽作品的完成要求學(xué)生具備多項(xiàng)專業(yè)技能：電子元器件的應(yīng)用，電氣參數(shù)的實(shí)現(xiàn)，電路的設(shè)計(jì)、論證、調(diào)試、測(cè)試等。此外，學(xué)生還必須有較強(qiáng)的寫作能力以及交流合作能力。舉辦電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽的目的是推動(dòng)高等院校電子信息類專業(yè)的課程體系和教學(xué)模式的改革，使高校注重培養(yǎng)大學(xué)生的工程實(shí)踐能力。通過備賽，教師引導(dǎo)學(xué)生把主要精力放到學(xué)習(xí)和能力提升方面，促進(jìn)高校形成優(yōu)良的學(xué)風(fēng)，為選拔優(yōu)秀人才創(chuàng)造條件[5]?？梢?，舉辦大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽目的與CDIO工程教育改革的目標(biāo)相一致。

三、原有電子技術(shù)類實(shí)訓(xùn)課程存在的問題

電子類專業(yè)的實(shí)訓(xùn)課程是電子工程技術(shù)專業(yè)重要的實(shí)訓(xùn)教學(xué)環(huán)節(jié)，它包含電路基礎(chǔ)、模擬電子技術(shù)和數(shù)字電子技術(shù)、電子類課程設(shè)計(jì)等多門課程的實(shí)訓(xùn)內(nèi)容。傳統(tǒng)的實(shí)訓(xùn)教學(xué)主要存在以下一些問題：

（一）實(shí)訓(xùn)教學(xué)模式單一，學(xué)生缺乏主動(dòng)性傳統(tǒng)的電子類實(shí)訓(xùn)教學(xué)內(nèi)容以驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主，內(nèi)容是關(guān)于單個(gè)的元器件的訓(xùn)練，學(xué)生很難知道這些元器件與真實(shí)產(chǎn)品的聯(lián)系，學(xué)習(xí)缺乏動(dòng)力。另外，在實(shí)驗(yàn)過程中學(xué)生只需要根據(jù)現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)步驟按部就班進(jìn)行操作，不會(huì)也可以隨時(shí)問老師，這樣的實(shí)訓(xùn)模式由于缺乏創(chuàng)新性和挑戰(zhàn)性，導(dǎo)致學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣不濃，主觀能動(dòng)性難以發(fā)揮，好奇心處于被抑制狀態(tài)。

（二）電子技術(shù)類實(shí)訓(xùn)課程不連貫傳統(tǒng)的電子技術(shù)類實(shí)訓(xùn)教學(xué)是按照學(xué)科知識(shí)體系開設(shè)的。整個(gè)電子類實(shí)訓(xùn)教學(xué)分成幾門課程，如電路基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、模擬電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)、數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)以及電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)等多門課程，這些課程存在不連貫現(xiàn)象，學(xué)生很難把這些知識(shí)整合起來，形成一體化的知識(shí)體系。

（三）偏重技能訓(xùn)練，忽視能力培養(yǎng)傳統(tǒng)教學(xué)模式下的實(shí)訓(xùn)課堂，學(xué)生在教師的指導(dǎo)下學(xué)習(xí)焊接、組裝電路，調(diào)試和測(cè)試電路等技能訓(xùn)練，教師只是“授人以魚”而沒有“授人以漁”。學(xué)生是迷惑的，不知道為什么要這么做，有沒有替代的辦法或更好的方法。這樣的課堂培養(yǎng)不出具有創(chuàng)新實(shí)踐能力、合作交流能力、書面表達(dá)能力等滿足未來工程技術(shù)發(fā)展需要的復(fù)合型技術(shù)人才。總而言之，傳統(tǒng)模式下的電子技術(shù)實(shí)訓(xùn)教學(xué)不能有效培養(yǎng)具有較強(qiáng)工程實(shí)踐能力的創(chuàng)新型人才，因此，必須對(duì)教學(xué)模式進(jìn)行改革以適應(yīng)新時(shí)代對(duì)工程技術(shù)人才的要求。本文從CDIO教學(xué)理念出發(fā)，針對(duì)電工電子類實(shí)訓(xùn)課程存在的突出問題，提出打破各門課程實(shí)訓(xùn)與教學(xué)相互分離及以班級(jí)為教學(xué)單位組織教學(xué)的方式，引入大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽的內(nèi)容，重新構(gòu)建了一種由不同年級(jí)學(xué)生組隊(duì)共同完成一個(gè)綜合性的實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目的新實(shí)訓(xùn)模式。

四、基于CDIO教學(xué)理念的實(shí)訓(xùn)教學(xué)改革

（一）引入電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽的內(nèi)容作為實(shí)訓(xùn)內(nèi)容由于大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽的訓(xùn)練方式以及要求學(xué)生具有的能力和CDIO工程教育改革目標(biāo)的一致性，所以本文提出引入電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽的內(nèi)容作為電子技術(shù)類課程的實(shí)訓(xùn)內(nèi)容。電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽涉及的專業(yè)知識(shí)面廣，且其內(nèi)容多來源于工業(yè)、科研、實(shí)驗(yàn)等方面常用的電子技術(shù)知識(shí)[6]，參賽的學(xué)生需要具備較強(qiáng)的綜合實(shí)踐能力，因此單獨(dú)低年級(jí)的學(xué)生完成不了實(shí)訓(xùn)，必須把高年級(jí)的學(xué)生納入進(jìn)來。新生入學(xué)后就開始接觸項(xiàng)目化的教學(xué)，對(duì)于他們專業(yè)能力的形成具有很好的導(dǎo)向作用，經(jīng)過每學(xué)期基于項(xiàng)目的實(shí)訓(xùn)，到畢業(yè)時(shí)就可以積累了不少工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。高年級(jí)的學(xué)生通過帶低年級(jí)的學(xué)生，會(huì)把之前學(xué)習(xí)的專業(yè)知識(shí)和技能教給低年級(jí)的同學(xué)，而不是“忘記”之前學(xué)習(xí)的知識(shí)。在共同完成項(xiàng)目的過程中，學(xué)生之間還會(huì)養(yǎng)成很好的交流合作能力。因此，把不同年級(jí)的學(xué)生組合成一個(gè)項(xiàng)目組進(jìn)行實(shí)訓(xùn)，有利于培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力和交流合作能力。

（二）建立進(jìn)階式的一體化實(shí)訓(xùn)課程教學(xué)體系傳統(tǒng)的電子技術(shù)類實(shí)訓(xùn)課程教學(xué)以學(xué)科知識(shí)體系進(jìn)行組織，學(xué)生難以把這些知識(shí)體系融會(huì)貫通形成能力，而且實(shí)驗(yàn)多以驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主，這樣的做法不利于培養(yǎng)學(xué)生的工程師素質(zhì)和能力。本文針對(duì)電子信息類專業(yè)電子技術(shù)類實(shí)訓(xùn)教學(xué)中存在的問題，從CDIO教學(xué)理念出發(fā)，對(duì)電子技術(shù)類實(shí)訓(xùn)課程內(nèi)容進(jìn)行梳理，去除冗余部分，整合實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，打通了電路基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、模擬電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)、數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)以及電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)等課程連接通道，按照循序漸進(jìn)的原則，構(gòu)建了由易到難的進(jìn)階式的一體化實(shí)訓(xùn)教學(xué)體系。學(xué)生只有上一階段考核通過后才能進(jìn)入下一階段的學(xué)習(xí)，課程的設(shè)計(jì)突出學(xué)生工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。重構(gòu)后實(shí)訓(xùn)內(nèi)容按照時(shí)間分為四個(gè)階段：第一階段（第一學(xué)期），學(xué)生學(xué)習(xí)識(shí)別元器件、熟悉常用儀器儀表的使用方法和焊接技術(shù)，練習(xí)規(guī)范的實(shí)驗(yàn)操作方法，主要以驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主。第二階段（第二學(xué)期），學(xué)會(huì)電路調(diào)試和測(cè)試的方法。會(huì)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單數(shù)字和模擬電路，并會(huì)用仿真軟件Multisim完成仿真，能在多功能板上焊接一個(gè)簡(jiǎn)單的電路（如用CT74H系列與非門驅(qū)動(dòng)二極管電路），并對(duì)電路進(jìn)行調(diào)試、測(cè)試，并給出測(cè)試報(bào)告。完成這些基礎(chǔ)的準(zhǔn)備工作之后，學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)入第三階段（第三、四學(xué)期）。按照CDIO基于理念組織項(xiàng)目化教學(xué)，這個(gè)階段學(xué)生的實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目來源于歷年的大學(xué)生電子設(shè)計(jì)大賽的內(nèi)容。這些大賽的題目綜合程度很高，教師引導(dǎo)學(xué)生把項(xiàng)目分為幾個(gè)子項(xiàng)目，分給不同年級(jí)組的同學(xué)完成，然后按照大賽的要求實(shí)施。第四階段（第四、五學(xué)期），學(xué)生經(jīng)過項(xiàng)目化教學(xué)的訓(xùn)練，已經(jīng)熟悉產(chǎn)品開發(fā)的流程和模塊化電路的功能，接下來，學(xué)生繼續(xù)組建團(tuán)隊(duì)，進(jìn)行社會(huì)調(diào)研，按照CDIO的四個(gè)步驟，即構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)和運(yùn)作，進(jìn)入電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)部分的實(shí)訓(xùn)階段以及畢業(yè)設(shè)計(jì)的準(zhǔn)備階段。

（三）課程的實(shí)施辦法電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽內(nèi)容的綜合性很強(qiáng)，對(duì)于初學(xué)者很難入手，項(xiàng)目組必須由不同年級(jí)的學(xué)生組成，教師也作為其中的一員。教師要把項(xiàng)目分成幾個(gè)子項(xiàng)目，分給不同年級(jí)的學(xué)生進(jìn)行實(shí)訓(xùn)。要求每個(gè)項(xiàng)目組每學(xué)期在除了完成課程的基礎(chǔ)性實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目（基礎(chǔ)性的實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目來自課程大綱需要掌握的內(nèi)容）外至少完成一個(gè)電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽項(xiàng)目。具體做法如下：首先是組建項(xiàng)目組。由不同年級(jí)學(xué)生組成一個(gè)項(xiàng)目組。項(xiàng)目組成員首先對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行整體分析，然后把項(xiàng)目分為幾個(gè)子項(xiàng)目，每個(gè)子項(xiàng)目由2—3人承擔(dān)。高年級(jí)學(xué)生完成高年級(jí)課程的實(shí)訓(xùn)內(nèi)容，低年級(jí)則完成與現(xiàn)階段對(duì)應(yīng)課程的實(shí)訓(xùn)內(nèi)容，或是交叉的內(nèi)容由高年級(jí)和低年級(jí)學(xué)生共同完成，更難的內(nèi)容則由教師協(xié)助學(xué)生一起完成，教師全過程參與項(xiàng)目的完成工作。其次是完成項(xiàng)目。項(xiàng)目的完成按照CDIO的四個(gè)步驟進(jìn)行。1．項(xiàng)目的構(gòu)思項(xiàng)目雖然來自電子設(shè)計(jì)大賽的題目，但是學(xué)生拿到項(xiàng)目后還是要做一個(gè)社會(huì)調(diào)查，弄清楚該項(xiàng)目在社會(huì)生活中的應(yīng)用背景，寫一個(gè)調(diào)查報(bào)告。這一階段培養(yǎng)學(xué)生的社會(huì)責(zé)任感，從生活中發(fā)現(xiàn)問題并試圖解決的能力。2．項(xiàng)目的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)是整個(gè)項(xiàng)目完成的核心部分。在這一階段，首先要明確項(xiàng)目的任務(wù)要求，需要達(dá)到的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)。接下來各個(gè)子項(xiàng)目成員根據(jù)要求完成設(shè)計(jì)工作。這期間遇到知識(shí)準(zhǔn)備不足時(shí)由教師協(xié)助解決或查閱資料后自行解決。子項(xiàng)目的設(shè)計(jì)完成后整個(gè)項(xiàng)目設(shè)計(jì)工作初步完成。之后用軟件進(jìn)行仿真設(shè)計(jì)，檢驗(yàn)整體方案的可行性，以及討論甄別各種設(shè)計(jì)方案的優(yōu)缺點(diǎn)，再根據(jù)出現(xiàn)的問題，各子項(xiàng)目成員對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行微調(diào)，直到找到最佳方案為止。這一階段主要培養(yǎng)學(xué)生的項(xiàng)目設(shè)計(jì)能力、理論用于實(shí)踐的能力以及合作能力。3．項(xiàng)目的實(shí)施項(xiàng)目的設(shè)計(jì)完成后，接下來就是項(xiàng)目的實(shí)施階段。學(xué)生需要根據(jù)設(shè)計(jì)方案選擇元器件在面包板上進(jìn)行實(shí)際電路的連接與調(diào)試、測(cè)試，學(xué)習(xí)電路的故障分析方法，掌握在PCB板上的工藝制作流程。這一階段主要培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力和合作能力。4．項(xiàng)目的運(yùn)行項(xiàng)目完成后，學(xué)生要撰寫小論文，然后進(jìn)行答辯。學(xué)生選出主講人，對(duì)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)思路、工作原理、關(guān)鍵技術(shù)，在設(shè)計(jì)、實(shí)施階段中遇到的困難和解決方法以及系統(tǒng)電路存在的不足和改進(jìn)的方向進(jìn)行闡述。這階段主要培養(yǎng)學(xué)生的合作交流能力、書面表達(dá)能力等。在完成項(xiàng)目的過程中，低年級(jí)的同學(xué)得到了教師和高年級(jí)同學(xué)的及時(shí)指導(dǎo)，高年級(jí)的同學(xué)通過指導(dǎo)低年級(jí)的同學(xué)加深了對(duì)所學(xué)專業(yè)知識(shí)的理解，也慢慢學(xué)會(huì)了“教”的藝術(shù)，大家都從項(xiàng)目的完成過程中學(xué)會(huì)了合作的技巧，也增進(jìn)了彼此的友誼。

（四）教學(xué)實(shí)施保障首先，由于項(xiàng)目的綜合性很強(qiáng)，項(xiàng)目的實(shí)施必須打破課堂的限制、班級(jí)的限制以及年級(jí)的限制，由年級(jí)不同的學(xué)生和教師組成項(xiàng)目組，由教師進(jìn)行專項(xiàng)指導(dǎo)。其次，必須開放實(shí)驗(yàn)室，讓學(xué)生可以在有時(shí)間的時(shí)候到實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行工作；最后，項(xiàng)目組的教師對(duì)項(xiàng)目的實(shí)施過程進(jìn)行全程跟蹤，了解項(xiàng)目的進(jìn)度，進(jìn)行及時(shí)的指導(dǎo)。

五、結(jié)語

電子技術(shù)類實(shí)訓(xùn)課程通過引入大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽的內(nèi)容進(jìn)行實(shí)訓(xùn)，打破班級(jí)、年級(jí)的限制，組建了由不同年級(jí)的學(xué)生構(gòu)成的項(xiàng)目組。項(xiàng)目組再按照學(xué)生的層次分成不同的小組，完成不同學(xué)習(xí)層次的子項(xiàng)目。在實(shí)訓(xùn)過程中，學(xué)生體驗(yàn)了產(chǎn)品研發(fā)的四個(gè)階段，熟悉了產(chǎn)品的研發(fā)過程，對(duì)項(xiàng)目的開發(fā)不再陌生，為今后的工作打下了良好的基礎(chǔ)。經(jīng)過訓(xùn)練，學(xué)生的工程實(shí)踐能力、創(chuàng)新思維能力、自主學(xué)習(xí)能力以及交流合作能力都得到明顯的提高。

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作者：楊翠云 王艷玲 黃平 單位：桂林師范高等?？茖W(xué)校 物理與工程技術(shù)系