基于CDIO的電類基礎課程群實踐教學體系構建與實施

盛孟剛 陳洋卓 湯紅忠

摘要：電類基礎課程群實踐教學是電類專業的專業基礎實踐環節，基礎性和知識的邏輯性強，具有廣闊的工程背景。為提高學生學習主動性和團隊合作意識，培養學生創新意識與工程實踐能力，引入CDIO教育理念，對該課程群實踐教學體系進行改革與探索，通過課程群實踐環節的實施，使學生認識到產品與專業課程之間的有機聯系，使得學生得到了CDIO所要求的四大能力的初步訓練，取得了良好的教學效果。

關鍵詞：CDIO；課程群；實踐教學；教學體系

中圖分類號：G642.41 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2019）06-0193-02

一、引言

電類基礎實踐課程技能的掌握程度直接決定了電類專業畢業生作為電子設計人員在技術上能達到的高度。CDIO教育模式將理論落到實處，各個教學環節都圍繞“項目設計”，強調學生作為主體參與整個項目設計過程，能夠有效激發學生對學科領域知識的學習興趣，對于培養學生的創新意識和研究能力具有重要的意義。

二、CDIO工程教育模式下電類基礎實踐課程改革的必要性

我國高校電子信息與電氣工程類專業培養方案中一般都設有電路和電子技術及相關的實驗、課程設計和實習等實踐教學環節，其中實踐教學環節主要進行的是課程原理的分析與驗證，大多為單一知識點的應用。大多數同學修完相應學分后還是不了解行業背景、實際電子產品的設計過程，以及對所學基礎知識對后續專業學習的影響。基于CDIO工程教育理念從低年級入手讓學生初步了解完成一件產品，從需求分析、經濟決策、設計構思、制作調試等方面感受產品研發過程，為后續工程實踐打下基礎，通過分階段的工程教育使學生主動綜合所學知識，分析和探究遇到的工程問題，培養初步的工程意識。

三、基于CDIO的電類基礎實踐課程目標

現代工程教育理論表明，工程師必須具備廣泛的個人能力、人際溝通能力以及產品、過程及系統的構建能力，這些能力保證學生在實際社會和企業背景環境下的團隊工作中發揮重要作用。由此，根據社會和企業對人才的需求，結合CDIO能力大綱，我校在低年級電類基礎課程群實踐環節針對學生工程基礎知識、個人能力、人際溝通能力和工程系統構建能力四個層面，綜合培養達成學生預定能力目標。

課程建設目標從三個方面考慮，首先是讓學生了解工程實踐的背景環境，如經濟、歷史、環境、顧客和社會的需求等，了解現代企業期待的工科畢業生的個人能力，認識社會和企業的需求和問題，明確學習目標，提高主動學習意識。其次通過產品需求分析、經濟決策、設計制作及調試等實踐環節，初步構建電子系統的基本框架，基于探究和解決問題的學習方式提取產品的關鍵技術，為后續課程的學習和工程能力的培養打下基礎。最后通過工程實踐體會工程師在工作中最重要的能力：搜集和分析信息，在團隊中有效地工作，進行有效溝通，自主學習等。

四、電類基礎課實踐課程體系建設

根據CDIO教學大綱建立層次性電類基礎課程群實踐教學體系，如基本操作技能訓練層、驗證實驗層、模塊設計與綜合應用層、系統設計與創新實踐層等，即含有電子產品基本技能訓練、基本原理的實驗驗證、產品的構思、設計及制作等，形成基本技能訓練→實踐應用→創新研究的三階段實踐教學體系，并細分為階梯狀的4個不同層次實踐教學模塊，構建如圖1所示的實驗教學體系，這些教學活動分別在課程群中各實踐環節中落實，使學生掌握學科基礎知識的同時，強調個人能力、人際協調能力、產品及系統構建能力的基本訓練。其中，第一層次掌握正確使用各類電子儀器儀表、基本測量和研究方法、工程中常用的電氣控制設備和裝置的使用等，激發學生的實踐興趣并使其意識到實踐環節的重要性；第二層次是驗證實驗層，即驗證專業基礎理論的實驗，從理論到實踐，掌握實踐操作和仿真分析的初步技能；第三層次是學生從基礎到綜合的一個過渡階段，通過某些簡單功能系統的分析和設計，掌握系統設計的基本方法；第四層次是系統性實驗，主要是通過前三個階段的訓練，進一步培養學生的綜合和系統設計能力，在實踐層面上，初步形成工程推理與問題解決技能、實驗與知識發現技能、系統思維能力等。

五、CDIO工程教育模式與電類基礎課實踐環節的具體結合

本次研究以電工電子工藝實習“收音機的安裝與調試”項目為例，具體介紹電類基礎課實踐教學環節的CDIO工程教育模式。（1）構思階段。學生分組通過搜集和分析資料提出問題，如收音機是什么？收音機的使用需求有哪些？收聽廣播電臺需要什么條件？收音機的工作原理是什么？電路的設計需求有哪些？有哪些方法能實現收音機功能等。通過各種渠道了解該項目的理論基礎，然后每個小組學生將搜集掌握的知識匯總整理，討論交流，提出實驗設計思路及解決方案，分析實驗中的種種關鍵因素。（2）設計階段。學生根據已掌握的理論知識，確定采用哪種方法實現收音機功能；電路各功能模塊的設計；成本核算，培養學生將技術與成本、經濟相結合的能力；確定測試的方案等，根據設計方案分模塊進行仿真實驗，對實驗結果進行驗證。（3）實施階段。根據設計方案選擇合適的電子元器件，制作PCB電路板，實現硬件電路的搭建以及電路的調試。首先學生要查閱相關的電子器件資料，熟悉常用電子器件的類別、型號、規格、性能及其使用范圍，掌握識別和測試元器件的能力；其次要掌握基本的焊接技術，熟悉電子產品的裝配流程；最后要掌握查找和排除電子電路故障的方法，整個實驗過程中各小組成員積極配合完成任務，遇到問題時先從原理上分析原因，培養理論與實際相結合的能力；分析并討論解決辦法，重新構思設計等。這種模式培養了學生團隊協作與交流，以及分析解決問題的能力。（4）運行階段。對前三個階段做出的電路，對比市場收音機的功能，進行優化，重新審視設計過程中各種實驗現象，分析問題出處及原因，嘗試解決問題。作品完成后每個小組制作PPT講解整個項目的設計思路及產品制作過程中出現的問題及解決方案，由小組自評、互評和老師綜合評價設計成績。這種方式有利于學生理論知識的互補，也利于提高學生的溝通能力。此外，通過各小組學生對收音機制作與調試的親身體驗，引導學生學會將理論知識進行拓展，找出生活和工作中的相關實例，進一步加深對電類基礎理論的理解，有利于知識的鞏固。整個項目過程按照構思、設計、實現、運行的步驟，以項目為指導，學生為主體，教師引導的工程教育新模式，使學生由被動學習變為主動學習，遇到問題積極尋找分析和解決方案，團隊協作，勇于質疑與創新，達到了工程教育的教學效果。

六、結束語

總之，通過以上實踐環節的訓練，學生基本克服了電類專業大學生早期專業學習中常有的一些缺點，初步培養和提高了個人能力、團隊交流及創新思維的能力，達到了預期要求。由于電類基礎實踐環節在整個電類CDIO教學環節中起著承前啟后的作用，因此我們在實踐過程中要不斷完善訓練模式，使學生不斷得到構思、設計、實施與運行的訓練機會。同時，我們注意到此時學生尚未掌握太多的專業知識，因此在實踐過程中主要側重考查學生的學習主動性、構思與設計能力、團隊協作與溝通交流能力以及創新思維能力等，使學生了解產品的制作過程，加深感性認識，從而有目的、有系統地規劃未來的專業學習。

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