基于CDIO 模式的數(shù)字電子技術(shù)教學(xué)改革研究與實踐*

楊翠云，黃 平，王艷玲

（桂林師范高等?？茖W(xué)校物理與工程技術(shù)系，廣西 桂林 541100）

1 引言

CDIO 教學(xué)模式最早由汕頭大學(xué)于2005 年引入中國，在教育部相關(guān)部門的指導(dǎo)和支持下，全國幾十所高校進(jìn)行了試點(diǎn)改革，教師們把該教學(xué)模式引入專業(yè)教學(xué)和課程改革實踐中均取得了很好的教學(xué)效果[1]。目前，CDIO 教學(xué)模式不僅在本科院校工科專業(yè)獲得推廣，而且高職高專類院校的教師們也應(yīng)用該模式進(jìn)行教學(xué)改革，同樣有效地提高了教學(xué)質(zhì)量[2]。胡占軍等人把CDIO 教學(xué)模式與高職教育的“基于項目的教育和學(xué)習(xí)”以及“做中學(xué)”進(jìn)行了比較，認(rèn)為CDIO 模式是兩者的集中概括和抽象表達(dá)[3]。CDIO 教學(xué)模式注重學(xué)生今后工作需要具備能力的培養(yǎng)，解決了理論教學(xué)與實踐教學(xué)的統(tǒng)一問題，其制定的12 條標(biāo)準(zhǔn)為工科教育教學(xué)改革提供了實施指南和評價標(biāo)準(zhǔn)，因此該教育模式獲得了工程領(lǐng)域教育工作者的廣泛認(rèn)可[1-4]。

數(shù)字電子技術(shù)課程作為電子信息類等專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，它集物理學(xué)、電子控制技術(shù)、計算機(jī)等多門學(xué)科于一體，涉及生活、科技、工業(yè)等多個領(lǐng)域，是一門實踐性很強(qiáng)的學(xué)科。在傳統(tǒng)的數(shù)字電子技術(shù)課程教學(xué)模式中，教師按照教材安排的學(xué)科知識進(jìn)行授課，著重于電路結(jié)構(gòu)和功能的分析，對設(shè)計電路的方法和學(xué)生能力的培養(yǎng)沒有足夠重視。而在實驗教學(xué)中，也是以教師為主導(dǎo)，學(xué)生根據(jù)已有的實驗步驟完成既定的實驗，學(xué)生缺少發(fā)揮個性的空間，學(xué)生的積極性、主動性受到抑制，學(xué)生獨(dú)立分析解決問題的能力、合作交流能力、創(chuàng)新思維能力、自主學(xué)習(xí)能力等也沒有得到有效訓(xùn)練。理論教學(xué)和實踐教學(xué)分開的結(jié)果，使得兩者的進(jìn)度不統(tǒng)一，對學(xué)生的持續(xù)性和連續(xù)性學(xué)習(xí)產(chǎn)生不利的影響。此外，課程考核方式單一，只考核學(xué)生對知識的掌握程度，沒有對學(xué)生的能力進(jìn)行有效評價。因此尋找一種既有利于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣又利于學(xué)生培養(yǎng)學(xué)生能力的教學(xué)模式成為教師的迫切需求。

本文把CDIO 模式應(yīng)用于數(shù)字電子技術(shù)課程的教學(xué)，依據(jù)CDIO 教學(xué)理念重新修制定了課程教學(xué)培養(yǎng)目標(biāo)，對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了梳理，按照CDIO 的教學(xué)模式重新設(shè)計了教學(xué)環(huán)節(jié)，改革了評價方式，教學(xué)質(zhì)量得到明顯提高，因此本文可以為電子技術(shù)類課程教學(xué)改革提供參考。

2 數(shù)字電子技術(shù)課程教學(xué)中存在的問題

通過教師間的交流以及與學(xué)生訪談，數(shù)字電子技術(shù)課程教學(xué)中存在主要問題如下：

2.1 教學(xué)過程中教師重視傳授知識和培養(yǎng)技能，忽視培養(yǎng)能力

在授課的過程中，把注意力都放在知識的講解和技能的培養(yǎng)上，對學(xué)生能力的養(yǎng)成關(guān)注不夠。學(xué)生畢業(yè)后走進(jìn)社會，其工作中必需的合作交流能力、工程能力和分析解決問題的能力卻沒有得到有效訓(xùn)練。因此，教師在授課的過程中除了培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)科專業(yè)知識外，還必須培養(yǎng)學(xué)生的能力。

2.2 課堂教學(xué)枯燥，學(xué)生缺乏興趣

傳統(tǒng)的課堂教學(xué)，教師雖采用多媒體課件上課，但是一節(jié)課絕大部分時間都是教師的一言堂，學(xué)生參與度低，不少學(xué)生還在看手機(jī)，幾乎沒有聽課。也就是說由于授課形式單一，學(xué)生提不起學(xué)習(xí)興趣，導(dǎo)致授課效率低下。

2.3 學(xué)生學(xué)業(yè)成績的評價標(biāo)準(zhǔn)單一

在傳統(tǒng)的教學(xué)中，評價學(xué)生的學(xué)業(yè)成績主要看考試的成績，比如段考成績占20%，平時成績（主要看作業(yè)）占20%。期末成績占60%，教師對學(xué)生學(xué)業(yè)成績?nèi)狈θ娴脑u價標(biāo)準(zhǔn)。此外，對學(xué)生的能力部分，幾乎沒有提及。在這樣一種評價方式下，教師不會多花精力培養(yǎng)學(xué)生能力，由于成績與此無關(guān)，學(xué)生也不會關(guān)心。

基于以上存在的問題，電子信息工程技術(shù)專業(yè)教師進(jìn)行教學(xué)改革，把CDIO 教學(xué)理念引入教學(xué)，重新審視并修改了電子技術(shù)課程的教學(xué)目標(biāo)，對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行梳理，按照CDIO 的教學(xué)模式設(shè)計教學(xué)環(huán)節(jié)，除了培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)知識外，注重學(xué)生的能力的培養(yǎng)，使他們畢業(yè)后能夠成為一個合格的能夠從事功能電路設(shè)計、產(chǎn)品檢測、系統(tǒng)維護(hù)等工作的高素質(zhì)的應(yīng)用型人才。

3 基于CDIO 理念的課程培養(yǎng)目標(biāo)

在CDIO 模式下，數(shù)字電子技術(shù)課程的學(xué)習(xí)目標(biāo)分為技能目標(biāo)和能力目標(biāo)。因此，根據(jù)電子信息工程技術(shù)專業(yè)的人才培養(yǎng)方案，重新理清了數(shù)字電子技術(shù)課程人才培養(yǎng)目標(biāo)，如表1 所示[5]。

表1 數(shù)字電子技術(shù)課程的CDIO 能力培養(yǎng)目標(biāo)

從上表可以清晰看出數(shù)字電子技術(shù)課程要培養(yǎng)學(xué)生的哪些能力，方便教師在教學(xué)的過程中了解課程教學(xué)目標(biāo)的達(dá)成度，并及時調(diào)整教學(xué)方法和策略。

4 基于CDIO 模式的教學(xué)改革與實踐

基于以上的數(shù)字電子技術(shù)課程的能力培養(yǎng)目標(biāo)和CDIO 教學(xué)理念，按照項目化的要求對課程內(nèi)容進(jìn)行梳理，設(shè)計了4 個教學(xué)環(huán)節(jié)[6]。環(huán)節(jié)1 是下達(dá)項目工程任務(wù)及學(xué)生組隊，并在教師的指導(dǎo)下完成相關(guān)知識的學(xué)習(xí)。在該環(huán)節(jié)學(xué)生自主觀看微課視頻和教師進(jìn)行線上隨時答疑和教師掌握學(xué)習(xí)情況后的線下集中輔導(dǎo)，團(tuán)隊成員通過查閱資料，討論之后達(dá)成一致意見，形成最佳項目方案，完成項目構(gòu)思環(huán)節(jié)；環(huán)節(jié)2 是設(shè)計，在確定項目方案后，根據(jù)所學(xué)的理論知識和教師的指導(dǎo)進(jìn)行電路的具體設(shè)計；環(huán)節(jié)3 是實施，把設(shè)計好的電路在軟件上進(jìn)行仿真，然后在面包板上進(jìn)行實際的接線與調(diào)試，最后，學(xué)生在自己制成的PCB 板上組裝、焊接與調(diào)試電路，完成項目。環(huán)節(jié)4 是運(yùn)行，在項目完成后，對項目進(jìn)行匯報。在這過程中完成以上能力目標(biāo)的培養(yǎng)?，F(xiàn)以“交通燈故障報警”項目為例，介紹基于CDIO 的項目執(zhí)行過程。

4.1 項目構(gòu)思

教師課前給學(xué)生觀看交通燈工作的視頻，啟發(fā)學(xué)生構(gòu)思項目。交通燈有紅、黃、綠三種顏色，任一時刻只有一種顏色交通燈亮是正常的，如果一盞燈都不亮或同時亮起兩種及兩種以上顏色交通燈就發(fā)出故障報警。學(xué)生經(jīng)過觀察思考后提出的項目有：交通燈故障的解決問題、交通燈的控制問題、能根據(jù)路況反饋情況智能交通燈的控制問題，等。之后學(xué)生每4 人組成一個小組，確定本組的研究項目，即完成項目的構(gòu)思過程。下面以解決交通燈故障為例進(jìn)行說明。

4.2 項目設(shè)計

學(xué)生通過進(jìn)一步查閱資料、觀看教師提供的視頻、同組學(xué)生相互交流、討論以及教師的及時指導(dǎo)，完成項目的設(shè)計。學(xué)生首先按照邏輯代數(shù)知識進(jìn)行邏輯抽象，設(shè)定紅、黃、綠三個交通燈的亮滅狀態(tài)做為輸入變量，分別用A、B、C 表示，規(guī)定0 狀態(tài)表示燈不亮，1 狀態(tài)表示燈亮，故障報警信號為輸出信號，用Y 表示，規(guī)定Y=0 表示沒有故障報警，Y=1 發(fā)出故障報警信號，然后列真值表寫出Y 的表達(dá)式。若考慮用與非門實現(xiàn)則需要對上式進(jìn)行化簡并變換表達(dá)式為方，形成了案1（基于門電路的設(shè)計方案）。教師啟發(fā)學(xué)生是否還有別的實現(xiàn)方式，學(xué)生再次查閱資料，并學(xué)習(xí)譯碼器的知識后又設(shè)計了方案2（基于譯碼器的設(shè)計方案）。圖1 給出了2 套方案的設(shè)計圖，即完成了項目的設(shè)計過程。

圖1 交通燈故障報警電路圖

4.3 項目實現(xiàn)

設(shè)計好的電路需要進(jìn)行仿真驗證。老師指導(dǎo)學(xué)生用Multisim 仿真軟件進(jìn)行仿真實驗，驗證設(shè)計是否符合項目要求，符合則說明設(shè)計正確。為了能觀察故障報警信號，學(xué)生經(jīng)過思考以及交流，在和教師的溝通后決定在輸出端和地之間接一個發(fā)光二極管和限流電阻。如果設(shè)計的電路無誤，則進(jìn)入電路的制作階段。

按照設(shè)計好的電路選擇元器件，并對元器件進(jìn)行識別和檢測，根據(jù)設(shè)計好的電路圖按電子線路PCB 圖設(shè)計的規(guī)則進(jìn)行制作，學(xué)生在PCB 板上裝配、焊接與調(diào)測，檢測電路的性能參數(shù)，完成項目。

4.4 項目運(yùn)行

項目完成后，每個小組要撰寫報告書，推選一個組員對項目進(jìn)行報告，匯報組內(nèi)分工情況，項目的設(shè)計思路、應(yīng)用了哪些基本知識、針對項目實現(xiàn)過程存在問題的解決方法等。

5 學(xué)生學(xué)業(yè)成績的考核評價

學(xué)生學(xué)業(yè)成績的考核體系的改革是數(shù)字電子技術(shù)課程教學(xué)改革重要方面，針對以往教學(xué)考核評價單一，急需建立一個多層次，多元的全面考核評價體系。

首先，評價方式要從結(jié)果性評價轉(zhuǎn)變?yōu)檫^程性評價。以往的教學(xué)評價是結(jié)果性評價，以學(xué)生的考試成績?yōu)橹鳎豢紤]學(xué)習(xí)的過程因素。因此在制定新的教學(xué)評價體系時，要進(jìn)行多層次、全方位的考慮，以過程性評價為主。教師參考課程的能力培養(yǎng)目標(biāo)，從技能和能力方面進(jìn)行多層次的全面的考查。過程性評價貫穿項目實施的全過程，在這過程中，每一個學(xué)生和每一個小組都有一個評價卡片，每個項目完成后都組織一次評價。教師除了對學(xué)生專業(yè)知識的進(jìn)行考查外，還要評價學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、創(chuàng)新思維能力、工程能力、交流合作能力等。

其次，考核主體的多元化?？己说闹黧w除了教師之外，還應(yīng)將評價權(quán)下放到學(xué)生。通過組內(nèi)成員的互評，不同組成員的互評，了解學(xué)生在學(xué)習(xí)和實習(xí)過程中的合作交流能力、組織能力以及解決問題的能力。

此外，教師還要對學(xué)生職業(yè)道德素養(yǎng)進(jìn)行評價，以養(yǎng)成學(xué)生良好的職業(yè)道德素質(zhì)。

6 結(jié)束語

采用CDIO 教育理念對數(shù)字電子技術(shù)課程進(jìn)行改革與實踐具有明顯的成效。與傳統(tǒng)教學(xué)模式相比，學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、創(chuàng)新思維能力、工程能力和溝通交流能力都得到了明顯提高。因此，采用CDIO 模式進(jìn)行教學(xué)，有利于學(xué)生的成長和發(fā)展以及培養(yǎng)高素質(zhì)的應(yīng)用型人才。