基于CDIO理念的高職電子類工學結合課程探索——以電子產品設計課程為例

□潘世華 徐濟惠

作為國際上高等工程教育改革的新成果，CDIO教學模式已被國內多所本科院校引入[1]。CDIO強調基于工程項目全過程的學習，即在工程項目或產品的構思（Conceive）、設計（Design）、實現（Implement）、運行（Operate）過程中，來學習理論和進行實踐。CDIO工程項目教學模式和我國當今高職主流教育理念一致，而且更系統、全面、深入、徹底地體現了“工學結合”教學理念[2]；CDIO教育模式確定的l2條標準和4個層面的大綱，在高職教學中具有很強的可操作性，相比于德國雙元制教學模式，更符合國情。CDIO先進的教育理念對高職工科類課程教學改革具有較好的指導作用，筆者在“電子產品設計”工學結合課程改革中，結合實際情況，貫徹“做中學”和基于項目全過程學習理念，在教學中引入CDIO，以進一步提升課程教學有效性。

一、“電子產品設計”課程教學分析

“電子產品設計”課程是應用電子技術專業的一門核心課程。該課程是在電子電路基礎知識、電路設計、軟件編程、傳感器應用、制作工藝等前序課程的基礎上，采用真實項目來訓練和培養學生具備智能電子產品設計的基本能力，課程綜合性較強，涵蓋的知識覆蓋面寬，同時課程所涉及的專業知識和技能需緊跟現代電子信息技術的發展，更新速度較快。如果按照傳統的電子產品設計方面的教學，從電子產品設計的導論、模擬電路設計規則和案例、數字電路設計規則和案例、單片機應用的硬件系統和軟件系統、應用程序設計，到控制系統設計，內容較多且過多強調各種電子產品的設計方法和電路模塊典型案例的學習，而忽略了在實際產品項目中的應用，學習環節與實際設計過程脫節，教學效果不佳，學生的學習過程往往是在被動地接受知識，不能真正培養學生項目設計應用能力；或者是采用技能實訓式的教學，學生按照樣品（往往容易過時）電子產品進行設計和制作，不能緊跟技術的發展對實際項目進行需求分析、方案設計、程序設計、調試分析，學生只是按部就班完成實訓任務，而對整個工程項目沒有建立完整的概念，學生學習惰性大，不能培養專業興趣，缺少主動參與的熱情；課程結束后學生的技能可能得到一定的提高，但其電子產品設計創新能力不強，難以達到課程教學要求。

針對以上課程教學的分析，將CDIO“基于工程項目全過程”的教學理念貫徹到電子產品設計課程，進行工學結合課程設計與課堂教學的改革[3]，其基本思路如下：

（一）課程內容設計時融入CDIO理念

選取來自生產和工程應用實際的案例，將若干個真實的智能電子產品列為課程教學載體（如自動超聲波測距儀，數字溫度測控器，智能紅外窗簾控制器，數字電子密碼鎖，智能循軌小車等），編寫按CDIO理念的校本教材或講義，教學中根據實際產品設計過程來強化構思、設計、實現、運行的項目設計過程，融“教學做”一體，實現能力的訓練。

（二）在教學手段、教學方法中引入CDIO模式，提高教學有效性

在教學實施中按照構思、設計、實現、運行的思路來組織電子產品設計項目的教學，采用小組合作的方式承擔電子產品設計任務，增強學生團隊協作素質。

（三）在教學考核評價中融入CDIO理念

在課程的教學中不僅重視學生的設計成果，更要重視學生學習的信息反饋，將學生的各種意見和建議納入到教學中，并關注學生在課程學習各階段中，各方面能力是否得到有效提高。不僅要重視培養學生課程所要求的關鍵技能，而且強調其電子專業職業意識和產品設計團隊協作能力。

二、融入CDIO教學理念的“電子產品設計”項目課程改革

借鑒CDIO的教學模式，在“電子產品設計”課程的教學改革中引入CDIO的項目全過程理念，在課程教學目標、教學內容、校本教材、教學手段與方法、評價考核體系等方面進行改革探索。

圖1 職業崗位與課程培養目標分解圖

（一）借鑒CDIO大綱，在課程教學培養目標中貫穿CDIO工程教育理念

通過專業工作崗位需求分析，智能電子產品設計能力是高職應用電子技術專業學生就業后要從事的主要工作崗位所必須具備的技能。“電子產品設計”課程是綜合性和實踐性很強的課程,要通過電子產品研發的工程項目化方法來實施教學，因此可以借鑒CDIO大綱中確定對工程師培養目標的方法，并根據本專業對電子產品研發助理崗位的職業素質和職業能力要求，來確定課程的教學培養目標[4]，包括課程的核心知識、關鍵能力和職業素質目標，如圖1所示。

在CDIO教學模式中，強調要把對學生的專業核心知識、關鍵能力和職業素質目標的培養融入到課程學習的各個環節，其核心是以學生為中心的基于工程項目全過程的一體化教育。這樣，“電子產品設計”課程的教學目標就應為：訓練和培養學生的智能電子產品研發制作的基本能力，學生應掌握智能電子產品研發的所采用的技術手段，研發的基本流程，在初次就業階段能夠勝任研發助理的工作崗位，并在經過三到五年的發展，能夠逐步提升到電子產品研發工程師的崗位。具體來說，就是在課程中要培養學生智能電子產品設計的實際能力，包括電路設計與模塊選用能力，PCB設計與制作能力，單片機編程與應用調試能力，產品樣機制作與綜合測試能力，設計歸檔文件編制能力等等，這也是將前序課程所學知識進行系統的綜合應用，從而積累一定程度的電子產品研發與制作的經驗，為學生畢業后能盡快進入崗位角色提供技術和心理上的支撐。

（二）依據CDIO能力大綱，構建課程教學內容

課程教學內容的合理設計，是課程培養目標得以實現的前提。在確定課程教學內容時，需要深入調研電子行業發展動態和專業人才需求變化趨勢，結合用人單位實際工作崗位的能力需求分析，在專業建設指導委員會的指導下，依據CDIO能力大綱的要求，通過分析具體的電子產品研發工作過程，將課程理論知識、實踐能力、職業素質、素質拓展有機融合，來構建電子產品設計課程教學內容，其過程如圖2所示。

圖2 課程內容構建設計過程

具體的教學內容設計，即確定教學項目載體后，各項目的教學內容也要貫穿CDIO模式的工程教育理念，以自動超聲波測距儀產品設計項目為例，圖3給出了該教學項目應用CDIO模式進行課程內容設計的過程。

（三）按照CDIO理念構建教學過程

在確定了教學內容，完成教學項目設計的基礎上，根據電子產品研發崗位的具體工作過程，按照CDIO基于工程項目全過程的理念構建課程項目的教學過程。如圖4所示，對應真實的電子產品研發的工作過程，進行課程教學過程的重構和組合。

圖3 自動超聲波測距儀項目設計與CDIO模式的關聯

圖4 課程教學過程構建示意圖

重構得到的每個教學過程，都設計成一個獨立的教學單元。一個項目的不同的教學單元之間有著是前后承接聯系，教學過程要有意識地貫穿CDIO基于工程項目全過程的系統化理念。

（四）項目化實施課程教學，依據CDIO改革教學方法

在“電子產品設計”課程教學實施中，體現CDIO理念，是以具體設計項目為核心展開的。同時也要結合教學規律和學生的認知規律，整個課程實施中采用難度遞進與項目并列相結合的方式，學生的專業能力程度能夠從“生疏”到“熟練”、再到“獨立完成”，不斷提高。如圖5所示，實施中，選取兩到三個復雜程度遞進的典型電子產品作為教學載體，例如數字溫度測控器、自動超聲波測距儀，智能紅外窗簾控制器，并根據每個產品的項目研發過程進行教學內容的整合、序化，形成項目的八個教學單元任務[5]。每個研發項目過程相同，但重復的是過程，不同的是內容，相同名稱的任務有各自的難點、重點內容，已達到能力的提升和鞏固。

圖5 課程實施項目和單元任務

依據CDIO，教師和學生的教與學兩種角色在課程項目實施過程中有各自的定位[6]，如圖6所示，不再是教師講、學生聽的灌輸式教學方法了。本課程的項目化課堂教學方法，以學生為主體，尤其強調探究式、自主式學習的教學方法。在教師的指導下，一個個相對獨立的項目交由學生自己處理，進行信息收集與任務分析、方案論證設計、電路設計與計算、PCB設計與制作、控制程序編制與調試、樣機制作與綜合調試、測試等工作任務，教師在項目實施中故意創設一些問題情境，通過問題引發學生對工作過程的反思，激發他們加深學習理論知識的愿望。

圖6 CDIO模式的電子產品設計工學結合課程教學實施流程

由于本課程的項目都是綜合性項目，采用以小組為單位組織學習進行項目實施，這樣與實際的工程設計情境是一致的，也鍛煉了學生的團結協作職業素質。同時也要認識到，有部分學生在小組中可能會處于被動地位，不愿或不能主動參與到項目的實施中，這樣會降低課程的有效性，導致學生兩極分化更嚴重。所以，要求科學地劃分工作學習小組，組建工作小組時要考慮多個因素進行優化，要綜合考慮項目的難易程度、實訓室條件、班級總人數、學生個人能力等方面，還有考慮優差生搭配、男女生搭配、學生自愿組隊等因素。小組成員不宜過多，一般三人一組，可以分配硬件工程師、軟件工程師、項目經理等角色，項目實施時各有側重又互相配合，在項目過程中也可以輪換角色。

在企業中，進行綜合性電子產品研發時，項目團隊要按時間節點完成任務，加班加點是經常性的事。本課程實施的綜合性電子產品的設計項目，僅僅依靠不連續的課堂時間完成任務，往往是不可能的。因此，課程項目的實施也采用企業化管理，需要利用課外時間加班加點完成任務。實際上，課堂時間多數是用來討論、教師解惑、排除故障的。

（五）按CDIO理念編寫校本教材或講義

依CDIO實施的項目化課程教學，選用的教學載體要緊跟技術的進步和企業真實產品的變化，沒有現成的配套教材，而傳統教材是以學科的系統性組織教材內容，并不適用項目化課程教學。為了不影響課程的實施質量，需要編寫項目課程教材或講義。項目化課程教材要以行動導向教學為特色，按項目形式來劃分教材的整體結構，以每個項目的推進實施過程以及各項目之間的邏輯關聯來融合和串聯課程的理論知識和能力培養要求。編寫教材是應遵循以下原則：

1.以項目為單位組織教材內容，打破以學科為中心的體系。

2.教材選取的各項目類型要合理，有單項性的也有綜合性的，有封閉性的也有開放性的。

3.所選取的各項目載體之間要有一定的邏輯關系，項目內容能覆蓋課程所有工作任務。

4.教材結構要能實現教學做一體化學習，在教學中可操作性強。

5.理論知識能夠合理地分配到各項目內容中，學時分配合理。

6.有一定的地方經濟特色，有效激發學生的學習興趣。

（六）在課程考核評價體系中遵照CDIO學習考核標準

依照CDIO考核評價標準，學生的課程學習結果評價應該多元化進行。在這里，課程考核評價的主要目的不再是選拔或甄別學生，而是在于要激發學生潛能，發揮其個性和創造力，促進其自信心和技能持續發展。因此，和傳統課程考核方法不同，本課程以多元化行程性（過程性）考核為主，終結性目標考核為輔。如果行程性考核不充分，將導致單元任務模塊乃至整個項目的質量得不到保證。

課程按電子產品項目的研發過程實施，行程性考核就尤為重要。前一個單元任務沒有完成好，就開始后一個任務，在產品功能、性能、質量中必留下隱患，是實際產品研發的一大忌。缺乏行程性考核，課程實施的效果勢必大打折扣。

行程性考核方式，要把對學生學習的評價考核覆蓋到整個課程的教學實施過程。

1.行程性考核標準要合理分配課程項目、單元任務評價元素的權重（如表1）。要將日常學習態度、課程實施中各分單元任務完成程度、任務進度、完成單元任務時表現的創新創造能力、項目綜合完成程度等都納入到課程考核評價成績中來，避免以最終結果“一錘定音”的評價方式。

表1 教學評價的主要內容和總體權重建議

2.課程的行程性考核，不全部由教師進行，應該有在教師指導和監督下，利用小組互評、組內評價、個人自評的形式，這樣可以讓教師從繁重的行程性考核評價工作中解放出來，同時學生通過自我評價，提高學生的綜合職業能力。另外，為了便于行程性考核評價的具體實施，需要制定課程項目每一個單元任務的考核評價標準（如表2）。

3.行程性考核評價，不僅要考核項目完成的結果，考核學生對技能和知識的掌握和理解，而且更應關注學生在項目任務執行過程中表現出來的的專業素質與態度的形成和發展。

在“電子產品設計”工學結合課程教學改革和實施中，合理地引入CDIO“基于工程項目全過程”的教學理念，以真實產品設計與制作全過程來組織教學，對課程的教學目標、內容、教學方法、講義教材、考核評價方法都進行改造改革，激發學生的創新思維。在實施中不僅能利于學生對課程核心知識和專業技能的掌握，也可有效促進學生的自主學習能力與實際工程理念。深入探索和推廣CDIO教學理念，推進系統性的高職CDIO工科教育模式的改革，引導相關專業建設和課程設置、教學內容和方法改革，更有利于創新型技術技能人才的培養。

表2 “電路印制板設計與制作”形成性考核參照標準

[1]顧佩華，等.CDIO在中國（上）[J].高等工程教育研究，2012（3）:24-40.

[2]姚慶文，丁輝.高職實施“CDIO”模式的探究[J].成人教育，2011（10）:54-56.

[3]胡志剛，等.構建基于CDIO理念的一體化課程教學模式[J].中國高等教育，2010（22）:44-45.

[4]段益群，劉國彥.基于CDIO的高職“軟件測試”課程教學改革與實踐[A].全國數字媒體技術專業建設與人才培養研討會論文集[C].2011：66-69.

[5]潘世華，等.高職“電子產品設計”綜合性項目課程研究與實踐[J].安徽電子信息職業技術學院學報，2011（6）:50-53.

[6]謝楠.CDIO項目教學法在單片機課程中的應用[J].浙江水利水電專科學校學報，2013（1）:89-91.