基于CDIO的電工電子實驗教學信息化建設研究與實踐

劉艷　孫科學　張昀　丁可柯

【摘 要】對電工電子實驗教學進行了深入探討和改革，利用CDIO工程教育模式，開展實驗教學信息化建設，注重實驗教學案例，優化項目教學流程，著力培養學生的工程素養，增強解決實際工程問題的能力。

【關鍵詞】CDIO工程教育；電工電子實驗教學；教學改革

CDIO工程教育模式是近年來國際工程教育改革的最新成果之一。從2000年起麻省理工學院和瑞典皇家工學院等4所大學創立了CDIO工程教育理念，并成立了以CDIO命名的國際合作組織。CDIO代表構思（Conceive）、設計（Design）、實現（Implement）和運作（Operate）[1-2]。它以產品研發到產品運行的生命周期為載體，讓學生以主動的、實踐的方式學習工程。基于CDIO的工程教育教學是指學生利用課外時間完成基礎知識的學習及工程項目的構思，課堂變成了老師學生之間和學生與學生之間互動的場所，包括答疑解惑設計中的問題、知識的實現和運用等，加強實踐教學、強化電子實踐應用和創新能力的培養、突出系統概念以及軟硬件的聯系，從而達到更好的教育效果[3]。

1 如何把CDIO工程教學理念引入到電工電子實驗教學中

由于電工電子實驗課程的特殊性，實驗教學與操作的場地被局限于實驗室。如何能夠讓學生讓隨時地學習和復習電子實驗中的知識？在本校的電工電子實驗教學信息化建設中，引入CDIO工程教育的理念，提出了一個更高效的解決方案。

電子實驗教學體系是由若干個知識點構成的。教師在教學設計過程中，按照CDIO工程教育的理念，把課程體系的知識點分解到不同的子項目教學案例中，每個子項目案例目標明確，易于學生接受。每個子項目的知識點在信息化建設過程中被制作成微視頻，短小精悍，重點突出。學生在分析實驗項目過程中，把應用到的內容映射到課程體系中的各個知識點。這是一個互逆的過程。通過預學習和實踐等環節，讓學生以主動的、實踐的方式學習工程。

基于CDIO電工電子實驗教學信息化建設，教師設計實驗教學案例，把課程體系中的知識點分解到每個子項目，每個子項目在實施過程中，按照四個階段實施，分別是構思（Conceive）、設計（Design）、實現（Implement）和運作（Operate）四個階段。在構思階段，分為教師課題布置、學生課前預習；在設計階段學生分解實驗項目，分為子項目設計、子項目仿真等；在實現階段，教師審核設計方案，學生開始電路搭建；在運作階段，學生系統調試及系統完善，教師驗收成果，器件回收利用。學生以工程項目流程、控制時間成本以及材料成本的觀點來進行電工電子實驗實踐。

在整個教學過程中，運用CDIO工程教育理念，具有很強的的可操作性實踐性，明確教學信息，重新構建了學習流程。讓學生在“帶著問題去學習”，親自動手實踐去解決問題。在整個教學過程中，學生成為主體，成為演員，教師成為導演。

2 實驗教學方法改善：研究教學方法，實現教學手段的信息化和現代化

2.1 運用CDIO工程教育理念，重新構建學習流程

CDIO工程教育模式是近年來國際工程教育改革的成果之一。在實驗課程教學中，教師注重案例設計，明確教學目標，建立項目的概念，讓學生以主動的、實踐的方式學習工程。學生利用課外時間完成基礎知識的學習，工程項目的構思。課堂變成了老師學生之間和學生與學生之間互動的場所，包括答疑解惑設計中的問題、知識的實現和運用等，達到更好的教育效果。在教學過程中，“以學生為中心，突出自主學習能力”，采用不同的設計策略，在盡可能簡約、精練的前提下，在工程實踐項目設計上進行突破與創新。

2.2 開展實驗教學信息化建設，開展翻轉課堂，微課教學等

利用信息化技術（如教學視頻、移動技術、云技術），構成網絡課堂，讓學生利用碎片時間來學習。在教學過程中，加強理論性講解，克服課堂教學的隨意性；突出操作性，克服課堂教學的單一化；增強靈活性，克服課堂教學模式化。在實驗方案設計上，鼓勵學生參與設計，鼓勵多樣化設計，強調預習與仿真驗證，鼓勵學生在教師講解后重新歸納和整理知識點，強調獨立的動手，通過學生仿真和動手實驗，課程內容進行鞏固和提高。這些教學形式的變化，激發學生的學習熱情，培養創新思維能力。

2.3 尊重學生的差異，開展不同層次的實驗教學

尊重學生的差異，小班化一對一教學，完成不同層次的實驗內容。建立多樣化的學習目標，滿足學生的不同需求，實現多層次目標化實驗教學[4]。遵從“教為主導，學為主體，訓練為主線”的教學原則。教學過程是師生共同參與的過程，并且時時把學生放在主體地位。運用CDIO工程教育理念，控制學習過程。信息化建設使學生能夠利用“碎片時間”來學習和復習基礎知識，在實驗教學課堂上重點解決問題，不同實驗方案的討論。調動學生主動學習的興趣、旺盛的求知欲、積極的探索精神；自頂向下，明確帶有挑戰性的目標，激發學生的興趣，促進學生對整個課程的融會貫通。

3 電工電子實驗教學信息化建設創新與效果

在實驗教學方法上，引進團隊教學和研究性教學方法。探索全新的教學改革策略，開展團隊教學和研究性教學，精心設計教學案例，信息化建設實驗項目，培養學生的創新能力和操作能力，重視學生綜合能力提升。

在實驗教學效果上，加強學生電子設計的應用知識，解決問題的能力、工程實踐能力和創新能力。指導學生開展課內外立體化訓練，適合不同層次不同專業學生，使學生的知識、能力、素質綜合協調發展的發展，探索采用課內外一體，教學與科研、教學與創新工程相結合的方法。

強化校企合作，共同培養人才。高校和企業相結合、相輔相成、優勢互補、協同培養工程技術人才，是今后工科院校辦學的趨勢。本校先后與美國ALTERA公司、美國TI公司、XILINX公司等中外知名企業合作，利用企業提供的技術支持，包括硬件支持和軟件支持，培養學生參與全國電大學生電子競賽等實踐項目。提高學生電子設計的應用知識的能力，解決問題的能力工程實踐能力和創新。

長期以來，本校十分重視學生多層次創新實踐能力的培養，一直把提高人才培養質量、提高學生的就業競爭力作為辦學的主要目標之一。在教學過程中，緊扣學校的辦學目標，在電工電子實驗信息化建設中，引入CDIO工程教育理念，提高學生對新知識、新技術的學習能力、創造能力，全面提高學生的創新實踐能力。采用目標化教學，實踐從課本理論到實際應用的過程，能夠迅速提高學生的興趣，使學生在設計算法的同時，享受到自己學習成功的喜悅感和成就感，從而極大的激發學生學習的自主性和創造性。

【參考文獻】

[1]查建中.論“做中學”戰略下的CDIO模式[J].高等工程教育究，2008，03：1-6.

[2]顧佩華，沈民奮，李升平，莊哲民，陸小華，熊光晶.從CDIO到EIP-CDIO——汕頭大學工程教育與人才培養模式探索[J].高等工程教育研究，2008，01：12-20.

[3]馬知遠，朱旭芳.以實踐教學為主線的電子技術系列課程教學模式[J].實驗室研究與探索，2015，11：213-216.

[4]李宗平，張戰鋒.基于自主性、開放性和創新性的電工電子實驗教學體系的構建[J].實驗室科學，2013，02：168-171.

[責任編輯：王楠]