基于CDIO工程教育理念的電子技術(shù)課程教學(xué)改革

王道平++劉延飛++王樂++王秋妍

摘要：針對傳統(tǒng)的電子技術(shù)基礎(chǔ)課程教學(xué)模式不能有效培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)與工程實(shí)踐能力的現(xiàn)狀，在電子技術(shù)基礎(chǔ)課程教學(xué)改革中引入了CDIO工程教育理念，通過合理地組織課程體系，改革授課方法和課程考核方式，有效地提高了電子技術(shù)課程的教學(xué)效果，培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和工程實(shí)踐能力。

關(guān)鍵詞：電子技術(shù)；教學(xué)改革；創(chuàng)新意識(shí)；實(shí)踐能力；CDIO

中圖分類號：TN0-4；G642

0.引言

電子技術(shù)課程包括模擬電子技術(shù)部分和數(shù)字電子技術(shù)部分，該課程兼具理論性和工程性，對培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和工程實(shí)踐能力具有重要作用。該課程的教學(xué)內(nèi)容既有相對穩(wěn)定的電路基本理論與分析方法，又有更新較快的新技術(shù)與新器件，因而如何有效地組織電子技術(shù)教學(xué)，提高學(xué)生的工程實(shí)踐能力是相關(guān)專業(yè)教學(xué)改革中始終關(guān)注的重要內(nèi)容。

CDIO工程教育理念是工程教育的新型理念。CDIO代表構(gòu)思（Conceive）、設(shè)計(jì)（Design）、實(shí)施（Implement）和運(yùn)行（Operate）。它以產(chǎn)品研發(fā)到產(chǎn)品的運(yùn)行、維護(hù)和廢棄的全生命周期為載體，建立一體化的相互支撐和有機(jī)聯(lián)系的課程體系，讓學(xué)生以主動(dòng)的、實(shí)踐的方式學(xué)習(xí)工程[1]。

鑒于電子技術(shù)基礎(chǔ)課程緊貼工程實(shí)際的特點(diǎn)，以CDIO模式組織電子技術(shù)基礎(chǔ)課程教學(xué)，可以有效培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和工程實(shí)踐能力。

1.基于CDIO工程教育理念的電子技術(shù)課程體系改革

按照CDIO工程教育理念，需要給學(xué)生傳授系統(tǒng)的、整體的電子技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)，便于學(xué)生從總體上構(gòu)思與設(shè)計(jì)實(shí)用的電子系統(tǒng)。為此，需要以電子系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，重新規(guī)劃電子技術(shù)課程的內(nèi)容體系，適時(shí)更新教學(xué)內(nèi)容，使得電子技術(shù)基礎(chǔ)課程能夠跟上電子技術(shù)快速發(fā)展的步伐，不斷提高學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和工程實(shí)踐能力。

1.1按照電子系統(tǒng)的構(gòu)成規(guī)劃電子技術(shù)課程的教學(xué)內(nèi)容

現(xiàn)代電子系統(tǒng)通常是模/數(shù)混合的系統(tǒng)，模擬部分完成輸入信號的調(diào)理（放大、濾波）、輸出信號的驅(qū)動(dòng)（功率放大）和電源管理功能，數(shù)字部分完成復(fù)雜的控制功能（多數(shù)情況下需借助MCU/ARM/FPGA/DSP等各種可編程器件），模擬與數(shù)字部分的接口通過ADC和DAC來完成。按照這樣的結(jié)構(gòu)來組織電子技術(shù)的教學(xué)內(nèi)容，合理規(guī)劃模擬電子技術(shù)部分和數(shù)字電子技術(shù)部分的授課內(nèi)容，同時(shí)注重內(nèi)容間的銜接過渡，將使得電子技術(shù)基礎(chǔ)課程的每一部分內(nèi)容都有明確的應(yīng)用方向，各部分內(nèi)容構(gòu)成有機(jī)的整體。

1.2及時(shí)更新教學(xué)內(nèi)容

隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，新技術(shù)與新器件層出不窮，這就要求電子技術(shù)課程需要持續(xù)地更新教學(xué)內(nèi)容，以適應(yīng)電子技術(shù)的快速發(fā)展。為此，我們在教學(xué)內(nèi)容中增加了諸如開關(guān)電源、開關(guān)電容、D類功放、鎖相環(huán)、FPGA等新技術(shù)與新器件的內(nèi)容，適應(yīng)了電子技術(shù)飛速發(fā)展的需要[2]，可以使學(xué)生緊跟電子技術(shù)的學(xué)科前沿。

2.基于CDIO工程教育理念的電子技術(shù)課程授課模式改革

按照CDIO工程教育理念，教學(xué)過程應(yīng)該讓學(xué)生不斷地構(gòu)思、實(shí)踐，為此需要改進(jìn)傳統(tǒng)的以老師為中心的教學(xué)過程，真正體現(xiàn)以學(xué)生為主體的教學(xué)理念。具體的做法如下：

2.1任務(wù)驅(qū)動(dòng)的授課模式

由于電子技術(shù)課程的內(nèi)容與實(shí)用的電子系統(tǒng)模塊緊密對應(yīng)，筆者在授課過程中采用了任務(wù)驅(qū)動(dòng)的教學(xué)模式。以設(shè)計(jì)一個(gè)基本的電子系統(tǒng)為任務(wù)切入點(diǎn)，啟發(fā)學(xué)生討論和思考，培養(yǎng)學(xué)生的C（Conceive，構(gòu)思）與D（Design，設(shè)計(jì)）能力。例如在講解比較器的應(yīng)用時(shí)，筆者以生活中常用的電子熱水器溫度控制系統(tǒng)為例，指出簡易的溫度控制開關(guān)可由單門限比較器實(shí)現(xiàn)，為了避免溫度在過臨界值時(shí)頻繁的開閉需要一個(gè)根據(jù)能夠維持之前狀態(tài)的開關(guān)，啟發(fā)學(xué)生思考如何根據(jù)維持當(dāng)前的輸出，進(jìn)而引導(dǎo)學(xué)生得出用正反饋維持之前輸出的遲滯比較器結(jié)構(gòu)。

2.2利用仿真和電路模塊演示，使課堂變身為“實(shí)驗(yàn)室”

授課過程中，實(shí)用multisim軟件仿真電路的工作原理，使學(xué)生直觀地理解電路的工作過程。這種仿真不只是簡單的原理演示，充分利用了multisim元件庫中的模型參數(shù)可以修改的特性，實(shí)時(shí)修改器件使用中需要考慮的工作溫度、失調(diào)與漂移等參數(shù)，使學(xué)生切實(shí)明白電路的設(shè)計(jì)與電路的實(shí)現(xiàn)中需要考慮的具體問題。例如，筆者在講授放大電路工作點(diǎn)的穩(wěn)定性分析時(shí)，通過設(shè)定不同的晶體管工作溫度參數(shù)，形象地展示了溫漂對放大電路工作點(diǎn)的影響。

同時(shí)，筆者所在的教學(xué)團(tuán)隊(duì)制作了典型電路的演示模塊，結(jié)合ADI公司的一款電路設(shè)計(jì)套件中提供的數(shù)據(jù)采集與虛擬儀表模塊，在課堂上實(shí)現(xiàn)了實(shí)物演示與波形觀測的統(tǒng)一，使得課堂變身為“實(shí)驗(yàn)室”。通過上述措施不斷培養(yǎng)學(xué)生的I（Implement，實(shí)現(xiàn)）與O（Operate，運(yùn)行）能力。

2.3建立興趣小組，實(shí)現(xiàn)CDIO的全過程培養(yǎng)

按照CDIO模式進(jìn)行電子技術(shù)基礎(chǔ)課程的授課過程中，相當(dāng)一部分學(xué)生對電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)表現(xiàn)出濃厚的興趣。對這部分學(xué)生建立了興趣小組，按照CDIO模式進(jìn)行項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式教學(xué)，使學(xué)生真正體現(xiàn)C（Conceive，構(gòu)思）、D（Design，設(shè)計(jì)）、I（Implement，實(shí)現(xiàn)）、O（Operate，運(yùn)行）的全過程，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立的分析與設(shè)計(jì)實(shí)用電子系統(tǒng)的能力。

對于興趣小組的學(xué)生，教師按照教學(xué)進(jìn)度，指定相應(yīng)的綜合設(shè)計(jì)題目，由學(xué)生按大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽的模式組隊(duì)完成題目的文獻(xiàn)查詢、方案設(shè)計(jì)、電路實(shí)現(xiàn)與元器件選取、PCB制版、電路的焊接與調(diào)試等。同時(shí)，鼓勵(lì)并支持有興趣的學(xué)生提出創(chuàng)新性的想法和具體的實(shí)現(xiàn)方案，教師協(xié)助分析其可行性并提出改進(jìn)措施，而后由學(xué)生完成上述電路的設(shè)計(jì)與制作。

3.基于CDIO工程教育理念的電子技術(shù)課程考核方式改革

傳統(tǒng)的電子技術(shù)基礎(chǔ)課程考試多以學(xué)期末的閉卷筆試決定成績，這種考試在相當(dāng)程度上只是考核了學(xué)生做題的能力，無從考核學(xué)生的工程實(shí)踐能力，使得成績與能力不符。CDIO工程教育模式強(qiáng)調(diào)了學(xué)生在整個(gè)學(xué)習(xí)過程中全程的能力培養(yǎng)，因此，以筆試成績?yōu)橹鞯目己朔绞揭巡缓蠒r(shí)宜。筆者所在的教學(xué)團(tuán)隊(duì)嘗試了過程評價(jià)與結(jié)果評價(jià)相結(jié)合的課程考核方式，將學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的仿真設(shè)計(jì)方案與測試結(jié)果按一定比例計(jì)入期末成績，體現(xiàn)了考“知識(shí)的掌握”與考“知識(shí)的運(yùn)用”現(xiàn)結(jié)合的CDIO理念。

4.結(jié)論

通過筆者的教學(xué)實(shí)踐表明，利用CDIO理念指導(dǎo)電子技術(shù)課程教學(xué)，通過合理地組織教學(xué)內(nèi)容和授課環(huán)節(jié)可以有效地提高教學(xué)效果，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和工程實(shí)踐能力，促進(jìn)學(xué)生的個(gè)性發(fā)展。筆者采用CDIO方法指導(dǎo)的興趣小組在科技創(chuàng)新活動(dòng)和大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽等活動(dòng)中均取得了較好成績。

參考文獻(xiàn)：

[1] 顧佩華，包能勝，等.CDIO在中國（上）[J].高等工程教育研究，2012，（3）.

[2] 王淑娟，蔡惟錚.電子技術(shù)基礎(chǔ)課程全方位建設(shè)的研究與實(shí)踐[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，2005，27（2）.