基于CDIO 理念的電工電子實訓教學改革與實踐

曹海平，管圖華

(南通大學 工程訓練中心，江蘇 南通226019)

0 引 言

根據“教育部財政部關于實施高等學校本科教學質量與教學改革工程的意見”的精神，我校非常重視這項改革工程，在實踐教學方面進行了改革與創新，創立先進的教學理念，改革傳統的教學思路和方法，提高實踐教學水平和人才培養質量，增強學生實踐能力和創新精神，以及提高實訓基地建設與管理水平。在教學改革中我們引入了CDIO 教育理念，并將CDIO 項目教學法運用于電工電子實訓教學的改革中。

1 CDIO 教育理念及項目教學法

CDIO 代表構思(Conceive)、設計(Design)、實現(Implement)和運作(Operate)，它以產品研發到運行的生命周期為載體，讓學生以主動的、實踐的、課程之間有機聯系的方式學習工程的理論、技術與經驗［1-3］。CDIO 的理念是盡可能采用接近工程實際的綜合性設計項目進行教學，項目教學法是通過實施一個完整的項目來達到教學目標的方法，與案例教學法相似［4］，其目的是在教學中把理論與實踐有機結合，培養學生創造能力和解決實際問題的綜合能力。項目教學法由以教師為中心轉變為以學生為中心，以課本為中心轉變為以“項目”為中心，以課堂為中心轉變為以實際經驗為中心，其實在一定程度上就是CDIO 教育理念所提倡的理論知識、協作能力、個人素質和工程系統能力4 個層面上進行綜合培養的教學模式。CDIO 的教育理念就是通過開展項目教學的模式，使學生從內容各不相同的工程實踐項目中學到的方法和能力是一樣的，不僅是著眼于掌握所涉及的具體知識而是更要得到綜合能力的提高［5-6］。

2 傳統的電工電子實訓教學中存在的問題

電工電子實訓是對電類及非電類工科專業學生進行綜合能力培養的實踐教學，其教學的質量對學生的工程能力、創新素質的培養至關重要［7-8］。在多數高校，傳統的電工電子實訓教學是組裝半導體收音機，采用的是在現成的電路板上焊接組裝成套器件的教學模式，這種教學存在以下問題［9］:

(1)實訓內容不夠合理缺少創新性。收音機電路原理涉及到高頻電子電路理論，對非電工專業的學生來講難以理解，不僅不能從中學習電路的設計方法，而對電路的調試與故障分析學生都會束手無策，完全依賴老師，這樣不利于學生分析問題和解決問題的能力。

(2)實訓教學模式單一落后。學生在集中實訓的

1 周內主要在老師的示范與指導下識別電子元器件、學習手工焊接技能與電路裝配的基本方法。這種在現成的電路板上焊接組裝成套器件的“照圖搭積木”式教學模式，不利于培養學生的電子系統設計能力和創新意識。

(3)對新技術的引入不夠。對現代電子系統研發技術如電路的計算機輔助設計、SMT 表面貼裝工藝技術等等引入不足。不能很好地讓學生了解、掌握現代先進的電子產品設計制造技術。

3 基于CDIO 理念的實訓教學改革與實踐［10-15］

據上所析，傳統的電工電子實訓教學模式不能全面培養學生的實踐技能、工程能力與創新能力，則必須加以改革，應制定科學的教學方案。首先將實訓時間從原來集中的一周調整為分散時間8 周(小學期)，即在小學期內完成一個電工電子實訓項目，再將CDIO的教育理念運用于實訓教學中，是以實訓項目的構思、設計、實現和運作的過程培養學生。

(1)培養學生的“C”能力(構思能力)。開課之前在網上布置一些綜合性較強的實訓項目(如:溫度檢測報警控制電路)，學生根據選擇的實訓項目組成3人的團隊。開課時通過適當的安排和組織，給各團隊充分的自由，不加任何限制，讓團隊成員廣開思路，海闊天空，提出實訓項目的構成想法。當有人提出想法后，其他人就會受到啟發，也提出一些想法。而其他人提出的想法反過來又觸動最初說出想法的人的靈犀，頭腦中升騰出更多、更深入、更好的想法。參加者就是如此互相啟發、互相補充，并根據指導老師的建議共同完善，最后完成實訓項目的最佳構成方案。

(2)培養學生的“D”能力(設計能力)。在確定項目方案后，就要進行項目電路的具體設計。一般采用軟件仿真設計，學生要學會用Multisim 仿真軟件設計電路的方法。通過仿真設計，使學生進一步理解實訓項目電路的工作原理;用虛擬儀表測量電路的關鍵參數與波形;了解元件選用原則及自選電路如小功率穩壓電源、電壓/電流檢測、閾值報警電路等的設計;提高設計過程中分析問題、解決問題的能力。

(3)培養學生的“I”能力(實現能力)。設計的電路仿真運行通過后，首先在面包板上進行實際電路的搭接與調試。要求學生正確識別和使用元器件，了解元器件替換原則;掌握在面包板上規范連接電路的技術要求;會按電路功能分單元進行電路調試;掌握電路故障的分析、檢查與排除方法。考慮到學生在今后競賽和科研中會制作電路板，則再通過Protel 軟件的講授及培訓，使學生完成項目電路的PCB 設計;通過觀看PCB 板制作工藝的視頻介紹，了解PCB 板制作的工藝流程;以及觀看現代電子產品制造業的主流安裝技術SMT 表面貼裝工藝的視頻介紹，了解一般焊接工藝與要求，學會手工焊接方法。最后，學生在制成的PCB板上組裝、焊接與調測電路，完成項目。

(4)培養學生的“O”能力(運作能力)。在項目實現的同時，也要做好項目的展示準備工作。項目團隊推選主講人，團隊共同參與項目演示，對項目的設計思路、關鍵技術、工作原理、工作過程、存在的問題等內容進行公開匯報。在項目匯報階段，團隊成員以說激思、以說驗思、以說定思，從“聽明白”到“想明白”再到“講明白”。不僅可以鞏固學生對相關知識的理解和運用，而且培養學生綜合運用能力、創新能力、舉一反三能力和解決技術問題的能力。

4 教學改革的實施效果

對新的教學改革方案我們實施了2 年，新方案得到學生的支持和歡迎，取得了很好的教學效果。

(1)激發了學生的學習興趣，主動參與的熱情非常高。在整個實訓期間，實訓室全天開放，學生不僅早到晚走，連晚上也泡在實訓室。當其作品通過驗收后，對自己的成果感到非常自豪。

(2)提高了學生的實踐技能、分析和解決問題的工程能力。通過計算機輔助設計軟件的使用、印制電路板的制作、電路的安裝與調試、使學生獲得一次較為系統的訓練。在實訓過程中，電路的仿真設計、電路調試時的故障排除都是理論與實際相結合的重要體驗，縮短了學生與實際工程的距離，對他們今后的發展有著不可估量的意義。

(3)增強了學生的創新能力及科技創新的自信心。許多學生開始主動與老師聯系，積極申請參加學校組織的各種比賽和項目，如大學生課外科技創新項目、大學生電子設計大賽等等，大大增強了學生的創新能力及科技創新的自信心。

5 結 語

電工電子實訓是高校實踐類教學課程之一，其教學模式、教學內容與教學方法的研究是一項系統工程。基于CDIO 模式的項目教學在電工電子實訓課程中的應用，有效培養了學生的自主學習能力、信息分析綜合能力、創新意識、動手能力、表達能力和團隊合作精神。而且在項目實現過程中進一步提高教師的水平和實際應用能力，使教師具備完成一個項目所涉及的專業理論和專業技能。

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