CDIO教學法在模電課程中的應用與探討

摘要：文章探討基于CDIO教學理念進行學生模電課程的教學改革，介紹了該課程教學改革的基本思想，在教學方法、考試方法等方面進行的一系列改革措施。該教改項目不同于傳統的教學模式，在教學中教師和學生不是以往的臺上講課臺下聽課，希望學生主動思考設計和完成教學內容，將以往的被動接受教育轉為學生自主設計和實施。以CDIO為理念的教學方法可提高大學生的創新能力、實踐能力與綜合素質。

關鍵詞：CDIO模式；教學改革；實踐教學

中圖分類號：G642.4 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）09-0154-02

引言

我國高等工科的教育實踐中存在不少問題，如重理論輕實踐、強調個人忽視團隊等等，這些就是需要我們教育一線工作者去探索和研究的方向。

因此，在本次模電課的教學改革中，筆者學習國際先進的CDIO教育理念[1-4]，結合我國和我校的工科培養目標，以模電課程教學為平臺培養學生的工科能力。此能力不僅包括個人的專業知識，而且包括學生人際能力和對產品、過程和系統的構建能力等。

一、CDIO教學

CDIO工程教育模式是國際工程教育改革的最新成果。美國麻省理工大學等四所大學經過多年探索研究，2004年創立了CDIO工程教育理念。CDIO代表構思（Conceive）、設計（Design）、實施（Implement）和運作（Operate）。2017年4月為止，共有104所高校自愿加入CDIO工程教育聯盟。

和傳統教學相比，CDIO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專業知識。CDIO的典型教學過程是學生根據選擇的產品任務，以小組為單位，開始協商構思產品所需的一切材料，即所謂的構思Conceive。根據構思好的路線，組內學生分頭查找資料獲取知識，然后相互交流所獲得的知識，共同設計Design產品。學生用自主學習獲得的知識來促進產品設計問題的解決，這是具體的實施Implement。問題解決后，學生們還需要自我反思和評價，組內討論和匯報，這可以是產品后期的總結更新運作Operate。整個教學單元中，教師的身份是路徑引導而不是知識灌輸，以啟發鼓勵學生獨立思考為主，輔以組內學生相互討論。

二、模電實踐課程

模電實踐課程通過實訓，使學生在基本概念、基本操作技能上都得到鞏固和提高，并且培養學生對具體電路的綜合分析能力和創新能力。

該課程基本要求：

1.學會一種計算機仿真技術。使學生在正確理解課堂講述內容的基礎上，通過實訓，掌握基礎電路、模擬電路的仿真技術。

2.掌握一種實踐技能。使學生完成相關實訓所要求的各種實驗，能在此基礎上進行設計和分析，能對電路的性能、參數的改進提出具體措施和建議。

3.動手能力的訓練。通過實訓，使學生掌握電子基礎實驗中常用信號源、測試儀器的使用和調節方法，培養學生對電子設備的認知能力，提高學生的動手能力。

三、模電實踐課程的CDIO教改方案

1.教學模式改革。從課堂講授為主輔之以案例分析、驗證性實驗和課堂討論的教學模式轉變為“基于產品研發（CDIO）”教學為主，以多媒體技術支持的課堂講授為輔的教學模式。

教學模式的改革服務于課程核心目標從“使學生了解并掌握模電基本概念”轉變為“使學生能夠觀察電路、理解電路和研究電路”的根本目標。例如對“功率因數提高”，筆者設計以下幾個主要問題：（1）什么是功率因數？（2）功率因數提高的意義？（3）什么是感性電路和容性電路？（4）針對不同電路，如何提高功率因數？（5）如何鑒定電路的功率因數已經被提高？

每次課程教學時間分為理論教學和實踐教學并行的兩部分，理論教學時間以教師講授與小組討論的方式解決“基于問題的學習”中遇到的問題和梳理學習內容的結構；實踐教學時間學生帶著問題進入，搭建電路和測試電路概念，驗證理論、提煉理論[5-11]。

2.教學方法改革。CDIO實施過程中，每次課前將項目目標發給學生，和學生一起討論任務的可操作性。給學生提供可選擇的目標產品任務，由學生根據專業愛好和能力側重來組建項目團隊。

在CDIO模電教學課中，首先由老師和學生共同進行電路實踐課程的理論分析。根據每組選擇的產品目標所可能涉及的新的專業知識和必需的工程材料，組內同學輪流發表自己的看法。最好由學生選出此次項目的團隊負責人，然后由該組長做總結發言，并布置分配任務。這是集體合作的構思和設計。針對每個人的任務，學生需要自我獨立去構思設計。

最后根據小組提出的實驗方案進行電路實踐驗證。若比較難，學生暫時無法解決時，教師需要引導學生獲取新的知識點，比如查找科技文獻和材料作用替代等。

每個教學單元結束前，各組長做總結歸納，任課教師點評各組和組內學生。這需要教師全程參與每組每個學生的CDIO中，工作量會急劇增加，卻提高了教師一體化教學能力，有助于教師針對每個學生給出實事求是和客觀的評定。

3.教學評價改革。依據CDIO教學理念，課程的CDIO教改方案建立的考核成績具體計算如下：

課程考核成績=平時理論考核成績（15%）+平時實驗考核成績（15%）+平時學生互評成績（15%）+平時教師考核成績（15%）+期未考試成績（40%）

四、基于CDIO教學法的模電課程教學結果

目前取得的成果有：

1.教師自行設計的教學流程和考核體系。

2.指導對實驗感興趣又學有余力的學生進入更深層次的實驗，給學生提高動手能力和創新能力創造條件。

3.通過讓學生自己構思設計電路并進行仿真、實體調試運行，轉被動接受為主動學習，課堂低頭族轉為相互討論組。

4.課程作業為能提供一定功能的實際產品。邏輯門使用數量從教改前的幾十門提高到現在的幾百門，還有上千門。

五、結束語

通過教學改革，筆者注意到，以CDIO為指導理念的教學體系優點明顯，可以讓學生很直觀地了解自己所學的技術知識和專業能力在多大程度上滿足產品的專業設計目標，培養了學生的團隊協作意識。一體化的教改設計，可以明確學生個人能力、人際能力和對產品、過程和系統的構建能力，這些都是高等工科教育的培養目標，解決了工科學生的動手能力不足等問題。

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