電子技術類實訓課程教學改革與研究

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摘要：傳統(tǒng)的電子技術類實訓課程以學科知識體系組織教學，學生難以把這些相互關聯(lián)的知識點融會貫通，而且實驗又以驗證性實驗為主，這樣的做法不利于培養(yǎng)學生的工程素質和能力。文章針對電子信息類專業(yè)電子技術類實訓課程教學中存在的問題，從CDIO教學理念出發(fā)，引入大學生電子設計競賽內容進行實訓，打破以班級、年級為授課單位的慣例，提出了不同年級聯(lián)合實訓，建立子項目組共同完成綜合項目的合作實訓模式。

關鍵詞：CDIO；電子技術類課程；聯(lián)合實訓

CDIO工程教育模式是根據(jù)項目研發(fā)過程的四個階段來組織教學的一種教學模式。該教學模式2005年引入汕頭大學，符合當時我國工程教育改革的需要，得到教育部高教司理工處的大力支持。2008年4月，教育部發(fā)文成立“CDIO工程教育研究與實踐課題組”，之后于當年12月由教育部理工處倡議組建了CDIO工程教育試點工作組，參加的高校有18所[1]。CDIO教學理念以培養(yǎng)學生的能力為主線組織教學，打破了以往以學科知識體系組織教學的常態(tài)。胡占軍等人研究之后認為CDIO教學模式本質上與“做中學”和“基于項目的學習”相同[2]。CDIO教學模式在中國快速發(fā)展，本科院校的工程教育專業(yè)和非工程教育專業(yè)的教師以及高職高專類院校的教師都積極把它用于專業(yè)教學改革實踐，且取得了一系列的研究成果[3]。本文從CDIO教學理念出發(fā)，把CDIO教學模式應用于高職電子信息類專業(yè)電子技術類課程的實訓教學改革，引入歷年大學生電子設計競賽的題目作為實訓內容。除了按照CDIO的四個步驟進行教學外，還打破了以班級為單位進行教學的模式，提出不同年級的學生組隊共同完成綜合性的實訓項目的新實訓模式。

一、CDIO工程教育

CDIO是Conceive（構思）、Design（設計）、Imple－ment（實現(xiàn)）和Operate（運行）四個英文單詞的首寫字母，代表產品研發(fā)、運行直至廢棄的全過程。CDIO教育理念是以產品生命周期為載體，建立一體化的相互支撐的聯(lián)系的課程體系，使學生能夠主動在基于項目的實踐中學習工程技術[4]。CDIO教育模式作為工程教育領域的一項重要改革，其目的是解決工程教育的兩個根本問題，即：培養(yǎng)什么樣的人？如何培養(yǎng)？對于第一個問題它用CDIO教學大綱給出了工程師應掌握的知識，應具備的能力和素質。對于第二個問題則給出了CDIO的12條標準指導工程教育改革的實施方法。依據(jù)CDIO教學大綱和12條標準，教師可以建立一體化的相互聯(lián)系的課程體系。通過設計基于課程群的綜合性項目，教師可以把基礎知識學習和綜合能力訓練、課程學習和探究興趣、知識學習和能力培養(yǎng)有機地結合起來。由于每個項目都是基于課程群的綜合性項目，學生可以有效地把相互關聯(lián)的課程知識點有機地結合起來，形成能力。因此，CDIO教學模式為培養(yǎng)高素質的復合型工程技術人才提供了一種可執(zhí)行的模式。

二、大學生電子設計競賽與學生能力的培養(yǎng)

全國大學生電子設計競賽始于1994年，競賽的內容大致可以分為四類：電源及信號源、數(shù)據(jù)采集與控制、儀器儀表、無線電及放大器。競賽涉及多個學科的內容，包括電工電子技術、單片機及接口技術、自動控制、傳感器、通信技術、計算機技術等。競賽作品的完成要求學生具備多項專業(yè)技能：電子元器件的應用，電氣參數(shù)的實現(xiàn)，電路的設計、論證、調試、測試等。此外，學生還必須有較強的寫作能力以及交流合作能力。舉辦電子設計競賽的目的是推動高等院校電子信息類專業(yè)的課程體系和教學模式的改革，使高校注重培養(yǎng)大學生的工程實踐能力。通過備賽，教師引導學生把主要精力放到學習和能力提升方面，促進高校形成優(yōu)良的學風，為選拔優(yōu)秀人才創(chuàng)造條件[5]?？梢?，舉辦大學生電子設計競賽目的與CDIO工程教育改革的目標相一致。

三、原有電子技術類實訓課程存在的問題

電子類專業(yè)的實訓課程是電子工程技術專業(yè)重要的實訓教學環(huán)節(jié)，它包含電路基礎、模擬電子技術和數(shù)字電子技術、電子類課程設計等多門課程的實訓內容。傳統(tǒng)的實訓教學主要存在以下一些問題：

（一）實訓教學模式單一，學生缺乏主動性傳統(tǒng)的電子類實訓教學內容以驗證性實驗為主，內容是關于單個的元器件的訓練，學生很難知道這些元器件與真實產品的聯(lián)系，學習缺乏動力。另外，在實驗過程中學生只需要根據(jù)現(xiàn)有的實驗步驟按部就班進行操作，不會也可以隨時問老師，這樣的實訓模式由于缺乏創(chuàng)新性和挑戰(zhàn)性，導致學生的學習興趣不濃，主觀能動性難以發(fā)揮，好奇心處于被抑制狀態(tài)。

（二）電子技術類實訓課程不連貫傳統(tǒng)的電子技術類實訓教學是按照學科知識體系開設的。整個電子類實訓教學分成幾門課程，如電路基礎實驗、模擬電子技術實驗、數(shù)字電子技術實驗以及電子技術課程設計等多門課程，這些課程存在不連貫現(xiàn)象，學生很難把這些知識整合起來，形成一體化的知識體系。

（三）偏重技能訓練，忽視能力培養(yǎng)傳統(tǒng)教學模式下的實訓課堂，學生在教師的指導下學習焊接、組裝電路，調試和測試電路等技能訓練，教師只是“授人以魚”而沒有“授人以漁”。學生是迷惑的，不知道為什么要這么做，有沒有替代的辦法或更好的方法。這樣的課堂培養(yǎng)不出具有創(chuàng)新實踐能力、合作交流能力、書面表達能力等滿足未來工程技術發(fā)展需要的復合型技術人才?？偠灾?，傳統(tǒng)模式下的電子技術實訓教學不能有效培養(yǎng)具有較強工程實踐能力的創(chuàng)新型人才，因此，必須對教學模式進行改革以適應新時代對工程技術人才的要求。本文從CDIO教學理念出發(fā)，針對電工電子類實訓課程存在的突出問題，提出打破各門課程實訓與教學相互分離及以班級為教學單位組織教學的方式，引入大學生電子設計競賽的內容，重新構建了一種由不同年級學生組隊共同完成一個綜合性的實訓項目的新實訓模式。

四、基于CDIO教學理念的實訓教學改革

（一）引入電子設計競賽的內容作為實訓內容由于大學生電子設計競賽的訓練方式以及要求學生具有的能力和CDIO工程教育改革目標的一致性，所以本文提出引入電子設計競賽的內容作為電子技術類課程的實訓內容。電子設計競賽涉及的專業(yè)知識面廣，且其內容多來源于工業(yè)、科研、實驗等方面常用的電子技術知識[6]，參賽的學生需要具備較強的綜合實踐能力，因此單獨低年級的學生完成不了實訓，必須把高年級的學生納入進來。新生入學后就開始接觸項目化的教學，對于他們專業(yè)能力的形成具有很好的導向作用，經過每學期基于項目的實訓，到畢業(yè)時就可以積累了不少工程實踐經驗。高年級的學生通過帶低年級的學生，會把之前學習的專業(yè)知識和技能教給低年級的同學，而不是“忘記”之前學習的知識。在共同完成項目的過程中，學生之間還會養(yǎng)成很好的交流合作能力。因此，把不同年級的學生組合成一個項目組進行實訓，有利于培養(yǎng)學生的工程實踐能力和交流合作能力。

（二）建立進階式的一體化實訓課程教學體系傳統(tǒng)的電子技術類實訓課程教學以學科知識體系進行組織，學生難以把這些知識體系融會貫通形成能力，而且實驗多以驗證性實驗為主，這樣的做法不利于培養(yǎng)學生的工程師素質和能力。本文針對電子信息類專業(yè)電子技術類實訓教學中存在的問題，從CDIO教學理念出發(fā)，對電子技術類實訓課程內容進行梳理，去除冗余部分，整合實驗內容，打通了電路基礎實驗、模擬電子技術實驗、數(shù)字電子技術實驗以及電子技術課程設計等課程連接通道，按照循序漸進的原則，構建了由易到難的進階式的一體化實訓教學體系。學生只有上一階段考核通過后才能進入下一階段的學習，課程的設計突出學生工程實踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。重構后實訓內容按照時間分為四個階段：第一階段（第一學期），學生學習識別元器件、熟悉常用儀器儀表的使用方法和焊接技術，練習規(guī)范的實驗操作方法，主要以驗證性實驗為主。第二階段（第二學期），學會電路調試和測試的方法。會設計簡單數(shù)字和模擬電路，并會用仿真軟件Multisim完成仿真，能在多功能板上焊接一個簡單的電路（如用CT74H系列與非門驅動二極管電路），并對電路進行調試、測試，并給出測試報告。完成這些基礎的準備工作之后，學生的學習進入第三階段（第三、四學期）。按照CDIO基于理念組織項目化教學，這個階段學生的實訓項目來源于歷年的大學生電子設計大賽的內容。這些大賽的題目綜合程度很高，教師引導學生把項目分為幾個子項目，分給不同年級組的同學完成，然后按照大賽的要求實施。第四階段（第四、五學期），學生經過項目化教學的訓練，已經熟悉產品開發(fā)的流程和模塊化電路的功能，接下來，學生繼續(xù)組建團隊，進行社會調研，按照CDIO的四個步驟，即構思、設計、實現(xiàn)和運作，進入電子技術課程設計部分的實訓階段以及畢業(yè)設計的準備階段。

（三）課程的實施辦法電子設計競賽內容的綜合性很強，對于初學者很難入手，項目組必須由不同年級的學生組成，教師也作為其中的一員。教師要把項目分成幾個子項目，分給不同年級的學生進行實訓。要求每個項目組每學期在除了完成課程的基礎性實訓項目（基礎性的實訓項目來自課程大綱需要掌握的內容）外至少完成一個電子設計競賽項目。具體做法如下：首先是組建項目組。由不同年級學生組成一個項目組。項目組成員首先對項目進行整體分析，然后把項目分為幾個子項目，每個子項目由2—3人承擔。高年級學生完成高年級課程的實訓內容，低年級則完成與現(xiàn)階段對應課程的實訓內容，或是交叉的內容由高年級和低年級學生共同完成，更難的內容則由教師協(xié)助學生一起完成，教師全過程參與項目的完成工作。其次是完成項目。項目的完成按照CDIO的四個步驟進行。1．項目的構思項目雖然來自電子設計大賽的題目，但是學生拿到項目后還是要做一個社會調查，弄清楚該項目在社會生活中的應用背景，寫一個調查報告。這一階段培養(yǎng)學生的社會責任感，從生活中發(fā)現(xiàn)問題并試圖解決的能力。2．項目的設計設計是整個項目完成的核心部分。在這一階段，首先要明確項目的任務要求，需要達到的各項技術指標。接下來各個子項目成員根據(jù)要求完成設計工作。這期間遇到知識準備不足時由教師協(xié)助解決或查閱資料后自行解決。子項目的設計完成后整個項目設計工作初步完成。之后用軟件進行仿真設計，檢驗整體方案的可行性，以及討論甄別各種設計方案的優(yōu)缺點，再根據(jù)出現(xiàn)的問題，各子項目成員對設計進行微調，直到找到最佳方案為止。這一階段主要培養(yǎng)學生的項目設計能力、理論用于實踐的能力以及合作能力。3．項目的實施項目的設計完成后，接下來就是項目的實施階段。學生需要根據(jù)設計方案選擇元器件在面包板上進行實際電路的連接與調試、測試，學習電路的故障分析方法，掌握在PCB板上的工藝制作流程。這一階段主要培養(yǎng)學生的工程實踐能力和合作能力。4．項目的運行項目完成后，學生要撰寫小論文，然后進行答辯。學生選出主講人，對項目的設計思路、工作原理、關鍵技術，在設計、實施階段中遇到的困難和解決方法以及系統(tǒng)電路存在的不足和改進的方向進行闡述。這階段主要培養(yǎng)學生的合作交流能力、書面表達能力等。在完成項目的過程中，低年級的同學得到了教師和高年級同學的及時指導，高年級的同學通過指導低年級的同學加深了對所學專業(yè)知識的理解，也慢慢學會了“教”的藝術，大家都從項目的完成過程中學會了合作的技巧，也增進了彼此的友誼。

（四）教學實施保障首先，由于項目的綜合性很強，項目的實施必須打破課堂的限制、班級的限制以及年級的限制，由年級不同的學生和教師組成項目組，由教師進行專項指導。其次，必須開放實驗室，讓學生可以在有時間的時候到實驗室進行工作；最后，項目組的教師對項目的實施過程進行全程跟蹤，了解項目的進度，進行及時的指導。

五、結語

電子技術類實訓課程通過引入大學生電子設計競賽的內容進行實訓，打破班級、年級的限制，組建了由不同年級的學生構成的項目組。項目組再按照學生的層次分成不同的小組，完成不同學習層次的子項目。在實訓過程中，學生體驗了產品研發(fā)的四個階段，熟悉了產品的研發(fā)過程，對項目的開發(fā)不再陌生，為今后的工作打下了良好的基礎。經過訓練，學生的工程實踐能力、創(chuàng)新思維能力、自主學習能力以及交流合作能力都得到明顯的提高。

參考文獻：

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[2]胡占軍，張欣，董建榮，等．基于CDIO模式的項目教學實施方案[J].中國職業(yè)技術教育，2009（24）：55－58．

[3]徐娟玲．基于CDIO的國內高職院校教學改革研究綜述[J].高等財經教育研究，2019（3）：11－20．

[5]高志華．從大學生電子設計競賽探討實踐教學的改革[J].實驗室研究與探索，2000（1）：34－36．

[6]楊奕，徐鵬，彭小峰．電子設計競賽與實踐教學改革[J].實驗室研究與探索，2013（4）：172－175．

作者：楊翠云 王艷玲 黃平 單位：桂林師范高等專科學校 物理與工程技術系