基于CDIO模式的《電子系統設計》課程改革

摘要：通過分析目前高校《電子系統設計》等實踐類課程基本要求與社會需求之間的差距，提出了基于CDIO工程教育理念的《電子系統設計》課程改革措施。采用CDIO教育模式對該課程的教學內容、教學方法和考核方式進行了研究，將一個具體的工程項目貫穿于教學過程中，學生通過“做中學”的方式理解、體驗及完成一個工程項目的全過程。該課程改革不僅促進學生理論知識的掌握，全面提高學生的工程素質和技術水平，而且有助于應用型創新人才培養目標的實現和特色專業的建設。

關鍵詞：教學課程改革；CDIO模式；項目驅動；實踐能力；工程素質

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2013）01-0036-02

電子信息產業作為信息化社會的支柱產業之一，對我國從工業化向信息化的轉型起到舉足輕重的作用。電子信息產業的相關企業不僅需要員工具有扎實的理論知識，更需要員工具備較高的技術技能、工程素養和合作意識。《電子系統設計》等實踐類課程旨在培養學生綜合運用專業知識進行電子系統設計的能力，然而目前該類課程內容大多與工程項目缺乏聯系，實驗內容多為驗證性，不利于學生實踐創新能力的培養，無法滿足企業的需求。

CDIO是近年來國際工程教育改革的最新成果，英文含義是Conceive（構思）、Design（設計）、Implement（實施）、Operate（運行），其核心思想是“做中學”的教育理念和“基于項目的教育和學習”的教學方法，已成為我國許多高校課程改革的研究熱點。

本文基于CDIO的教育理念，對《電子系統設計》課程進行改革，采用項目驅動式的教學模式，使學生樹立起工程和系統的概念，并了解完成工程中所涉及到的相關內容，切實提高學生系統分析與設計、系統制作與調試、資料搜集與文檔寫作、團隊合作等方面的能力。通過改革不僅有助于培養學生的專業技能和工程素質，使其更加滿足企業的需要，而且有利于推動特色專業建設，使專業特點更加鮮明。

一、課程內容的組織

《電子系統設計》課程共30學時，在第4學期開設。由于學生前期只完成電路理論和模擬電子相關課程的學習，因此該課程內容側重于模擬電子系統的設計。遵循“面向工程、拓寬范圍、注重方案、強調應用”的原則，課程內容分為7個專題：基礎知識、電源電路、信號發生電路、信號放大電路、信號濾波電路、信號運算與處理電路、功率放大電路，專題基本內容和學時分配如表1所示（見下頁）。

除專題1外，每個專題均包括理論和實驗兩部分。專題1用于幫助學生建立系統的概念，從宏觀上了解電子系統設計的一般方法與步驟。專題2～7針對模擬系統設計中常用基本模塊，內容貼切實際項目應用。通過各專題的學習，使學生了解各模塊電路的實現方案及特點，并重點掌握幾種實用電路的設計方法，從而有助于學生在項目實施過程中進行方案的選擇。

二、教學方法的改進

結合CDIO教育理念，將課程內容融入項目實施的進程之中，形成項目驅動式的教學模式和方法。教學過程中，首先給學生布置項目題目及任務，學生2～3人一組完成項目。所布置的題目包含課程內容中所有專題涉及的模塊，強調學生對教學內容的綜合運用。以項目的實施為教學主線，在項目實施的過程中展開教學內容，項目進程與教學內容的關系如圖1所示。

電子系統設計的一般步驟為需求分析、總體設計、模塊電路設計及調試、系統整合及調試、整機測試五部分。在本課程中，需求分析和系統總體設計兩部分包含在專題1的教學內容中，由教師輔助學生進行需求分析，然后講授專題1的教學內容，最后結合項目要求指導學生進行系統總體設計，劃分各功能模塊。模塊電路設計及調試部分包含在專題2～7的課程內容中，逐一對每個功能模塊電路進行設計與驗證。每個專題的學習過程分為課堂、課下和實驗三部分。通過課堂講授使學生了解該模塊電路的基礎知識，指導學生確定設計方案；學生利用課下時間查找資料，結合課堂所講授的內容完成該模塊電路的設計及仿真，并購買相關元器件及耗材。在實驗課上，學生在教師的指導下完成自主設計電路的焊接和調試。之后學生對已驗證的模塊電路進行整合和系統調試，最后進行整機測試，該部分由學生利用課余時間進行自主實踐。整機測試成功后，要求學生進行設計資料總結并撰寫設計報告，從而完成項目研發的全部過程。

項目驅動式的教學方法，將教學過程與項目研發有機結合，使課程學習更接近生產實踐。將原有“灌輸式”的教學方式轉變為“引導式”的教學方式，有利于激發學生的學習興趣，提高學生自主學習的意識，充分體現了CDIO“做中學”的核心教育思想。

三、考核方式的改革

筆試注重對學生理論知識的考核，而對學生實踐能力和工程素養很難準確進行評價。本課程為強調對學生實踐能力和工程素養的培養，采用項目驗收的考核方式。綜合作品驗收成績和平時實驗成績，給出該課程的最終成績。其中，作品驗收成績占80%，平時實驗成績占20%。

學生以組為單位完成作品和設計文檔后，向教師提交設計文檔并提出驗收申請，教師對所提交設計文檔的規范性和完整性進行審核，審核合格后組織進行作品驗收。作品驗收成績根據完成情況、驗收表現及工作量、設計文檔規范性三個方面給出。學生以組為單位進行驗收，首先進行作品匯報，然后獨立操作儀器進行測試，教師記錄測試結果。驗收結束后，根據完成情況（包括設計合理性、工程規范性、測試結果）和設計文檔的規范性（包括設計報告、電路原理圖）給出作品等級成績（優、良、中、及格、不及格）。然后根據驗收表現（包括語言表達、儀器使用）及工作量，在作品等級成績的基礎上，給出每個成員的作品驗收成績。

以項目驗收方式對學生進行考核，能夠對學生技術水平和運用理論知識解決實際問題的能力進行有效而客觀的評價。另外，將作品工程規范性、設計文檔規范性、儀器使用情況、口頭表達情況納入考核范圍，也有利于促進學生工程素養和綜合素質的提高。

四、結語

本文對CDIO教育理念在《電子系統設計》課程中的應用進行了研究，制定了面向工程應用的課程內容，采取了項目驅動式的教學方法，建立了項目驗收式的考核方式，突出培養學生實踐創新能力和工程素養，使其滿足現代企業的需求。改革成果已在我院2009、2010級本科專業中進行教學實踐。從學生自主學習意識和工程素養的增強、電子設計能力和技術水平的提高、各類電子設計競賽獲獎情況等方面來看，改革均取得了很好的教學效果。

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基金項目：天津市教育科學“十二五”規劃課題（HEYP5018）；天津工業大學教育教學改革“十二五”規劃重點研究課題（12-2-13）；天津工業大學教育教學研究課題（2010-2-16）

作者簡介：張誠（1982-），男，博士，講師，研究方向：電子技術應用研究及教學。