基于CDIO理念的电子技术类实训课程教学改革与研究

（桂林师范高等专科学校物理与工程技术系，广西桂林541199）

CDIO工程教育模式是根据项目研发过程的四个阶段来组织教学的一种教学模式。该教学模式2005年引入汕头大学，符合当时我国工程教育改革的需要，得到教育部高教司理工处的大力支持。2008年4月，教育部发文成立“CDIO工程教育研究与实践课题组”，之后于当年12月由教育部理工处倡议组建了CDIO工程教育试点工作组，参加的高校有18所[1]。CDIO教学理念以培养学生的能力为主线组织教学，打破了以往以学科知识体系组织教学的常态。胡占军等人研究之后认为CDIO教学模式本质上与“做中学”和“基于项目的学习”相同[2]。CDIO教学模式在中国快速发展，本科院校的工程教育专业和非工程教育专业的教师以及高职高专类院校的教师都积极把它用于专业教学改革实践，且取得了一系列的研究成果[3]。

本文从CDIO教学理念出发，把CDIO教学模式应用于高职电子信息类专业电子技术类课程的实训教学改革，引入历年大学生电子设计竞赛的题目作为实训内容。除了按照CDIO的四个步骤进行教学外，还打破了以班级为单位进行教学的模式，提出不同年级的学生组队共同完成综合性的实训项目的新实训模式。

一、CDIO工程教育

CDIO是Conceive（构思）、Design（设计）、Implement（实现）和Operate（运行）四个英文单词的首写字母，代表产品研发、运行直至废弃的全过程。CDIO教育理念是以产品生命周期为载体，建立一体化的相互支撑的联系的课程体系，使学生能够主动在基于项目的实践中学习工程技术[4]。CDIO教育模式作为工程教育领域的一项重要改革，其目的是解决工程教育的两个根本问题，即：培养什么样的人？如何培养？对于第一个问题它用CDIO教学大纲给出了工程师应掌握的知识，应具备的能力和素质。对于第二个问题则给出了CDIO的12条标准指导工程教育改革的实施方法。依据CDIO教学大纲和12条标准，教师可以建立一体化的相互联系的课程体系。通过设计基于课程群的综合性项目，教师可以把基础知识学习和综合能力训练、课程学习和探究兴趣、知识学习和能力培养有机地结合起来。由于每个项目都是基于课程群的综合性项目，学生可以有效地把相互关联的课程知识点有机地结合起来，形成能力。因此，CDIO教学模式为培养高素质的复合型工程技术人才提供了一种可执行的模式。

二、大学生电子设计竞赛与学生能力的培养

全国大学生电子设计竞赛始于1994年，竞赛的内容大致可以分为四类：电源及信号源、数据采集与控制、仪器仪表、无线电及放大器。竞赛涉及多个学科的内容，包括电工电子技术、单片机及接口技术、自动控制、传感器、通信技术、计算机技术等。竞赛作品的完成要求学生具备多项专业技能：电子元器件的应用，电气参数的实现，电路的设计、论证、调试、测试等。此外，学生还必须有较强的写作能力以及交流合作能力。举办电子设计竞赛的目的是推动高等院校电子信息类专业的课程体系和教学模式的改革，使高校注重培养大学生的工程实践能力。通过备赛，教师引导学生把主要精力放到学习和能力提升方面，促进高校形成优良的学风，为选拔优秀人才创造条件[5]。可见，举办大学生电子设计竞赛目的与CDIO工程教育改革的目标相一致。

三、原有电子技术类实训课程存在的问题

电子类专业的实训课程是电子工程技术专业重要的实训教学环节，它包含电路基础、模拟电子技术和数字电子技术、电子类课程设计等多门课程的实训内容。传统的实训教学主要存在以下一些问题：

（一）实训教学模式单一，学生缺乏主动性

传统的电子类实训教学内容以验证性实验为主，内容是关于单个的元器件的训练，学生很难知道这些元器件与真实产品的联系，学习缺乏动力。另外，在实验过程中学生只需要根据现有的实验步骤按部就班进行操作，不会也可以随时问老师，这样的实训模式由于缺乏创新性和挑战性，导致学生的学习兴趣不浓，主观能动性难以发挥，好奇心处于被抑制状态。

（二）电子技术类实训课程不连贯

传统的电子技术类实训教学是按照学科知识体系开设的。整个电子类实训教学分成几门课程，如电路基础实验、模拟电子技术实验、数字电子技术实验以及电子技术课程设计等多门课程，这些课程存在不连贯现象，学生很难把这些知识整合起来，形成一体化的知识体系。

（三）偏重技能训练，忽视能力培养

传统教学模式下的实训课堂，学生在教师的指导下学习焊接、组装电路，调试和测试电路等技能训练，教师只是“授人以鱼”而没有“授人以渔”。学生是迷惑的，不知道为什么要这么做，有没有替代的办法或更好的方法。这样的课堂培养不出具有创新实践能力、合作交流能力、书面表达能力等满足未来工程技术发展需要的复合型技术人才。

总而言之，传统模式下的电子技术实训教学不能有效培养具有较强工程实践能力的创新型人才，因此，必须对教学模式进行改革以适应新时代对工程技术人才的要求。

本文从CDIO教学理念出发，针对电工电子类实训课程存在的突出问题，提出打破各门课程实训与教学相互分离及以班级为教学单位组织教学的方式，引入大学生电子设计竞赛的内容，重新构建了一种由不同年级学生组队共同完成一个综合性的实训项目的新实训模式。

四、基于CDIO教学理念的实训教学改革

（一）引入电子设计竞赛的内容作为实训内容

由于大学生电子设计竞赛的训练方式以及要求学生具有的能力和CDIO工程教育改革目标的一致性，所以本文提出引入电子设计竞赛的内容作为电子技术类课程的实训内容。电子设计竞赛涉及的专业知识面广，且其内容多来源于工业、科研、实验等方面常用的电子技术知识[6]，参赛的学生需要具备较强的综合实践能力，因此单独低年级的学生完成不了实训，必须把高年级的学生纳入进来。新生入学后就开始接触项目化的教学，对于他们专业能力的形成具有很好的导向作用，经过每学期基于项目的实训，到毕业时就可以积累了不少工程实践经验。高年级的学生通过带低年级的学生，会把之前学习的专业知识和技能教给低年级的同学，而不是“忘记”之前学习的知识。在共同完成项目的过程中，学生之间还会养成很好的交流合作能力。因此，把不同年级的学生组合成一个项目组进行实训，有利于培养学生的工程实践能力和交流合作能力。

（二）建立进阶式的一体化实训课程教学体系

传统的电子技术类实训课程教学以学科知识体系进行组织，学生难以把这些知识体系融会贯通形成能力，而且实验多以验证性实验为主，这样的做法不利于培养学生的工程师素质和能力。本文针对电子信息类专业电子技术类实训教学中存在的问题，从CDIO教学理念出发，对电子技术类实训课程内容进行梳理，去除冗余部分，整合实验内容，打通了电路基础实验、模拟电子技术实验、数字电子技术实验以及电子技术课程设计等课程连接通道，按照循序渐进的原则，构建了由易到难的进阶式的一体化实训教学体系。学生只有上一阶段考核通过后才能进入下一阶段的学习，课程的设计突出学生工程实践能力和创新能力的培养。重构后实训内容按照时间分为四个阶段：第一阶段（第一学期），学生学习识别元器件、熟悉常用仪器仪表的使用方法和焊接技术，练习规范的实验操作方法，主要以验证性实验为主。第二阶段（第二学期），学会电路调试和测试的方法。会设计简单数字和模拟电路，并会用仿真软件Multisim完成仿真，能在多功能板上焊接一个简单的电路（如用CT74H系列与非门驱动二极管电路），并对电路进行调试、测试，并给出测试报告。完成这些基础的准备工作之后，学生的学习进入第三阶段（第三、四学期）。按照CDIO基于理念组织项目化教学，这个阶段学生的实训项目来源于历年的大学生电子设计大赛的内容。这些大赛的题目综合程度很高，教师引导学生把项目分为几个子项目，分给不同年级组的同学完成，然后按照大赛的要求实施。第四阶段（第四、五学期），学生经过项目化教学的训练，已经熟悉产品开发的流程和模块化电路的功能，接下来，学生继续组建团队，进行社会调研，按照CDIO的四个步骤，即构思、设计、实现和运作，进入电子技术课程设计部分的实训阶段以及毕业设计的准备阶段。

（三）课程的实施办法

电子设计竞赛内容的综合性很强，对于初学者很难入手，项目组必须由不同年级的学生组成，教师也作为其中的一员。教师要把项目分成几个子项目，分给不同年级的学生进行实训。要求每个项目组每学期在除了完成课程的基础性实训项目（基础性的实训项目来自课程大纲需要掌握的内容）外至少完成一个电子设计竞赛项目。具体做法如下：

首先是组建项目组。由不同年级学生组成一个项目组。项目组成员首先对项目进行整体分析，然后把项目分为几个子项目，每个子项目由2—3人承担。高年级学生完成高年级课程的实训内容，低年级则完成与现阶段对应课程的实训内容，或是交叉的内容由高年级和低年级学生共同完成，更难的内容则由教师协助学生一起完成，教师全过程参与项目的完成工作。

其次是完成项目。项目的完成按照CDIO的四个步骤进行。

1.项目的构思

项目虽然来自电子设计大赛的题目，但是学生拿到项目后还是要做一个社会调查，弄清楚该项目在社会生活中的应用背景，写一个调查报告。这一阶段培养学生的社会责任感，从生活中发现问题并试图解决的能力。

2.项目的设计

设计是整个项目完成的核心部分。在这一阶段，首先要明确项目的任务要求，需要达到的各项技术指标。接下来各个子项目成员根据要求完成设计工作。这期间遇到知识准备不足时由教师协助解决或查阅资料后自行解决。子项目的设计完成后整个项目设计工作初步完成。之后用软件进行仿真设计，检验整体方案的可行性，以及讨论甄别各种设计方案的优缺点，再根据出现的问题，各子项目成员对设计进行微调，直到找到最佳方案为止。这一阶段主要培养学生的项目设计能力、理论用于实践的能力以及合作能力。

3.项目的实施

项目的设计完成后，接下来就是项目的实施阶段。学生需要根据设计方案选择元器件在面包板上进行实际电路的连接与调试、测试，学习电路的故障分析方法，掌握在PCB板上的工艺制作流程。这一阶段主要培养学生的工程实践能力和合作能力。

4.项目的运行

项目完成后，学生要撰写小论文，然后进行答辩。学生选出主讲人，对项目的设计思路、工作原理、关键技术，在设计、实施阶段中遇到的困难和解决方法以及系统电路存在的不足和改进的方向进行阐述。这阶段主要培养学生的合作交流能力、书面表达能力等。

在完成项目的过程中，低年级的同学得到了教师和高年级同学的及时指导，高年级的同学通过指导低年级的同学加深了对所学专业知识的理解，也慢慢学会了“教”的艺术，大家都从项目的完成过程中学会了合作的技巧，也增进了彼此的友谊。

（四）教学实施保障

首先，由于项目的综合性很强，项目的实施必须打破课堂的限制、班级的限制以及年级的限制，由年级不同的学生和教师组成项目组，由教师进行专项指导。其次，必须开放实验室，让学生可以在有时间的时候到实验室进行工作；最后，项目组的教师对项目的实施过程进行全程跟踪，了解项目的进度，进行及时的指导。

五、结 语

电子技术类实训课程通过引入大学生电子设计竞赛的内容进行实训，打破班级、年级的限制，组建了由不同年级的学生构成的项目组。项目组再按照学生的层次分成不同的小组，完成不同学习层次的子项目。在实训过程中，学生体验了产品研发的四个阶段，熟悉了产品的研发过程，对项目的开发不再陌生，为今后的工作打下了良好的基础。经过训练，学生的工程实践能力、创新思维能力、自主学习能力以及交流合作能力都得到明显的提高。