基于CDIO的“電子電路技術(shù)與實驗”課程研究

摘要：引入CDIO教育理念，針對“電子電路技術(shù)與實驗”課程在教學理念、教學手段和考核方法等方面提出了改革構(gòu)想并進行了具體的實踐，在增強學生學習積極性、創(chuàng)新性和協(xié)作能力等方面取得了一定的效果。

關(guān)鍵詞：CDIO；電子電路技術(shù)與實驗；改革；實踐

作者簡介：周童（1981-），男，江蘇南通人，南通大學電子信息學院，講師；周晶（1976-），女，江蘇南通人，南通大學電子信息學院，講師。（江蘇 南通 226019）

基金項目：本文系南通大學教學研究課題（課題編號：2011B43）的研究成果。

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）27-0117-02

CDIO（Conceive Design Implement Operate）[1]教育理念近年來在國際工程教育界十分流行，它的基本方法是以工程產(chǎn)品的研發(fā)到實際產(chǎn)品運行這一過程為載體，讓學生以主動的、實踐的、課程之間有機聯(lián)系的方式學習工程。CDIO的培養(yǎng)大綱將工程畢業(yè)生應(yīng)具備的能力按工程基礎(chǔ)知識、個人能力、人際團隊能力和工程系統(tǒng)能力這四個層面加以劃分，大綱要求通過綜合培養(yǎng)的方式使學生在這四個層面上均衡地達到預(yù)定培養(yǎng)目標。

自2003年，周立功教授在江西理工大學首次以3+1教育模式率先開展了CDIO性質(zhì)的教育試點以來，已經(jīng)過去十個年頭了。其間，中國教育部多次組織會議與國內(nèi)外著名高校的專家學者討論了中國進行工程教育改革的緊迫性與必要性，并制訂了一些工程教育改革方案。迄今為止，國內(nèi)已有近四十所高校先后被定為CDIO教育模式的研究與實踐試點單位，并均已獲得不同程度的教育成果。

一、關(guān)于“電子電路技術(shù)與實驗”

1.課程的基本設(shè)置

“電子電路技術(shù)與實驗”是南通大學（以下簡稱“我?！保┯嬎銠C科學與技術(shù)學院下計算機科學與技術(shù)、軟件工程和網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)的一門十分重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，由電路基礎(chǔ)和模擬電子技術(shù)綜合而成。原先的課程設(shè)置與課時分配如下：電路基礎(chǔ)部分共10章40學時，模擬電子技術(shù)部分共10章40學時，實驗部分共4次試驗16學時，總共96學時，其中實驗部分安排在期末進行。教材的使用情況為：電路部分使用普通高等教育“十五”國家級規(guī)劃教材《電路》第5版，模擬電子技術(shù)部分使用面向21世紀課程教材《電子技術(shù)基礎(chǔ)——模擬部分（第五版）》。

學生的期末總評成績按平時表現(xiàn)30%，期末考試70%的比例計算，期末考試為閉卷筆試，實驗部分不計入最終的總評成績評定。

2.課程存在的問題

從前幾輪的教學情況來看，筆者認為我校該課程在改革前存在以下問題：

（1）教材選取并不十分合適?！峨娐贰泛汀峨娮蛹夹g(shù)基礎(chǔ)——模擬部分》這兩本教材內(nèi)容廣泛、講解詳盡、思維縝密，對于電類專業(yè)的學生而言十分合適。但是，對于總共只有80學時的“電子電路技術(shù)與實驗”而言，這兩本教材的內(nèi)容顯然太多、太細、太深，結(jié)果只能是某些大章被舍棄不講，而保留的大章中也要對其中的小節(jié)有所取舍。即便如此，每一大章所能分得的平均學時數(shù)也只有4個學時，老師講解得很匆忙，學生聽起來也吃力。如此大量地削減書本中原有的知識點，會給學生的自學增加難度，多數(shù)有課前預(yù)習和課后復習習慣的學生都反映因知識不連貫造成了理解上的困難。

（2）電路基礎(chǔ)部分的講授過程過于抽象。電路基礎(chǔ)部分是“電子電路技術(shù)與實驗”課程中最先講解的部分，從電路模型開始講到頻率響應(yīng)，前后涉及10個大章。其中絕大部分都是在做電路的等效變換和相關(guān)的數(shù)學計算，講授過程也是按傳統(tǒng)的順序講解。對于電類的學生而言，他們有整個學期的時間去不斷實踐和強化相關(guān)的知識。然而，對于憧憬著自己未來成為計算機硬、軟件或者網(wǎng)絡(luò)技術(shù)方面人才的計算機專業(yè)的學生而言，大學里第一門專業(yè)基礎(chǔ)課就如此抽象、枯燥，而且里面的知識似乎也跟計算機沒什么太大聯(lián)系，多數(shù)的學生都表現(xiàn)出了反感和厭學的情緒，從而直接影響了后續(xù)的模電部分的學習。

（3）模擬電子技術(shù)部分的講授內(nèi)容過多。從現(xiàn)有教學大綱來看，《電子技術(shù)基礎(chǔ)——模擬部分》教材中除了最后一章SPICE輔助分析設(shè)計不講以外，其余大章基本一個不落。這些內(nèi)容雖然都有實際的器件和實用電路作為支撐，但由于電路結(jié)構(gòu)多變，設(shè)計參數(shù)眾多，計算過程繁瑣，對于之前已經(jīng)對該課程產(chǎn)生了厭惡情緒的學生來說，更繁更難的模電內(nèi)容無疑是雪上加霜。而對于有較好學習方法的學生，要在短時間內(nèi)掌握如此多的內(nèi)容，也是不小的挑戰(zhàn)。

（4）實驗部分安排不合理。實驗課安排在學期末進行，時間上跟理論課脫節(jié)，往往是做實驗的時候，相關(guān)的理論知識已經(jīng)遺忘殆盡了；同時，實驗部分不計入最終的總評成績評定，這就使得實踐環(huán)節(jié)的重要性再次降低，學生根本不認真對待。

（5）考核方式與工程教育的理念不相符合。傳統(tǒng)的閉卷筆試，以各自獨立的分析計算題為主，配以選擇、填空題。學生為了通過考試而海量做題，整個課程學完，學生說不出學過什么，學的知識有什么用，當然也就無法應(yīng)用于實際的工程實踐。

二、基于CDIO的課程改革構(gòu)想

對“電子電路技術(shù)與實驗”課程引入CDIO教育模式進行改革，主要是為了增強學生電子電路技術(shù)的興趣度、認知度和實踐能力。從電路的宏觀功能入手，對項目的組成模塊逐一分解，各個擊破，讓學生從“做中學”。筆者在研究了相關(guān)課程[2，3]的改革思想之后，針對本課程的CDIO模式改革提出了以下構(gòu)想：

1.選用更合適的教材

針對之前的教材理論性強、內(nèi)容多的問題，我校反復比較，仔細斟酌，選擇了“十一五”國家教材《電路與模擬電子技術(shù)（第二版）》一書。該書專門針對計算機專業(yè)的學生編寫，壓縮了傳統(tǒng)教材中電路基礎(chǔ)部分，重新整合了模電部分，更加適合計算機專業(yè)這樣既需要較熟練地掌握電工電子技術(shù)的方法而又不要求作深入研究的學生使用。

2.適當改變授課順序

以往的授課順序都是自下而上，這樣雖然起步時較為輕松，但對于現(xiàn)學的知識在整個課程體系中的作用，學生幾乎都是一頭霧水。建議可以從一個具有綜合性但又不太復雜的實際系統(tǒng)入手，反過來自上而下地講解相關(guān)知識點。例如通過單相小功率直流穩(wěn)壓電源，用圖1的講解方式逐漸引出各個相關(guān)的知識點。

3.弱化電路基礎(chǔ)與模擬電子技術(shù)之間的課程界線

采用圖1的講解方式之后，電路基礎(chǔ)和模電中各自的知識點不再涇渭分明，而是需要什么就講什么。實際器件、電路和抽象的定理、方法互相穿插，相互支撐，可以降低學生學習的疲勞度，激發(fā)學習的興趣和信心。

4.實驗課程的改革

增加實驗課的課時量，將實驗課平行于理論課進行，甚至可以直接進入理論課的教學環(huán)節(jié)。實驗內(nèi)容的選取須緊密結(jié)合理論課內(nèi)容，借助EWB或者SPICE仿真軟件，在理論課堂上就可以直接向?qū)W生展示電路的仿真原理圖和結(jié)果。同樣，某些理論課上的知識點也可以在實驗課上通過實驗的方式提出并呈現(xiàn)給學生。另一方面，實驗課不能局限于軟件仿真，應(yīng)該在條件允許的情況下多進行實物實驗，通過在面包板上搭建實物電路并運行，不僅鍛煉了學生個人操作能力，還能培養(yǎng)其人際團隊合作能力。

5.考核方式的改革

純粹的理論閉卷筆試必須被理論結(jié)合實踐的考核方式所替代。建議只把最基本的理論分析和計算作為筆試內(nèi)容，如電阻電路的基本分析方法和定理，基本共射極放大電路的計算等。實踐考試則以在規(guī)定時間內(nèi)，按小組劃分，完成隨機抽取的項目設(shè)計題的方式進行。實踐考試中允許翻閱相關(guān)資料或在組內(nèi)互相討論。實踐部分的評分方式可以參考模糊層次分析法，[4，5]按成果、口試和團隊三個方面綜合評分。最終的考核成績中，理論筆試占50%，實踐考試占40%，平時表現(xiàn)占10%。

三、已實施的改革步驟

由于得到我校教學研究課題的基金支持，“電子電路技術(shù)與實驗”課程的CDIO模式改革已經(jīng)初見成效：

第一，在更換教材的同時，重新分配了電路基礎(chǔ)與模電部分所占的課時比例，增加了實驗課的課時量。電路基礎(chǔ)調(diào)整為28學時，模擬電子技術(shù)為36學時，實驗32學時?？紤]到原先的課后作業(yè)多有抄襲現(xiàn)象發(fā)生，現(xiàn)將平時作業(yè)從課后作業(yè)改為課堂練習，題目也精選極具代表性的題型。

第二，理論課內(nèi)容進一步精簡。新教材的理論內(nèi)容已經(jīng)較原來的教材有所壓縮，但由于課時所限，有些知識點在實際授課時必須做弱化處理。例如二極管、三極管和運算放大器只強調(diào)外特性而不細究內(nèi)部工作原理，交流電路只涉及單相正弦穩(wěn)態(tài)電路的一般分析而對三相電路和相量圖分析法不做要求。

第三，實驗課不再放到學期末進行，而是有機地穿插在理論課當中。在某些理論課的授課過程中加入SPICE軟件的仿真演示，很好地提高了學生對抽象知識點的認知度，提高了學習積極性，降低了思維疲勞度。在實驗機房中完成的實驗課，則讓學生自愿組合成固定的實驗小組，一般3至5人一組，每個人選取大項目中不同子項目進行設(shè)計與實驗。

第四，期末考核方式由原先的閉卷筆試改為筆試和實踐相結(jié)合。筆試部分只占總評成績的50%，主要是考查學生最基本的概念和基礎(chǔ)的分析與計算。實踐能力考核占總評的40%，考核時依然以平時實驗課的實驗小組為單位，完成當場抽取的設(shè)計項目，最終按子項目的難易程度與完成度評出個人能力成績，按大項目的完成度及優(yōu)劣評出人際團隊能力成績。平時表現(xiàn)占10%，包括理論課上課堂練習完成的情況和實驗課上口頭問答的情況。

四、結(jié)束語

CDIO是一種先進的教育模式，本文將CDIO理念引入到“電子電路技術(shù)與實驗”課程中，在教學理念、教學手段和考核方式等方面提出了改革構(gòu)想，并在校教學研究課題基金的支持下完成了部分改革，取得了一定的效果。同時，也為近電類專業(yè)中的電類課程的改革提供了新的思路。

參考文獻：

[1]Edward Crawley，Johan Malmqvist，Soren Ostlund，等.Rethinking Engi-

neering Education：The CDIO Approach [M].Berlin：Springer-Verlag，2007.

[2]張國平，付貴陽，馬永力.基于CDIO教育模式的電路課程教學研究與實踐[J].中國電力教育，2010，（22）：93-94.

[3]王照平，李文方，王玉巧，等.基于CDIO模式的《模擬電子技術(shù)》課程改革與實踐[J].電子測試，2013，（3）：198-199.

[4]唐有文.模糊層次分析法[J].青海師范大學學報（自然科學版），

2002，（3）：19-23.

[5]丁光彬，張紅光， 于佐東，等.CDIO工程教育模式下學生學習評估方法探索[J].中國電力教育，2010，（32）：52-53.