CDIO電子技術(shù)創(chuàng)新實(shí)踐與探索

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0引言

實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)是高等院校工科類專業(yè)中的重要教學(xué)環(huán)節(jié)，直接影響到工科學(xué)生未來的就業(yè)及后繼的研究生階段學(xué)習(xí)。雖然工科專業(yè)中不同的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)具有各自的特點(diǎn)，但都是必要環(huán)節(jié)。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，電子技術(shù)迅速地發(fā)展并廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，幾乎滲透到國民經(jīng)濟(jì)各個(gè)部門，電子技術(shù)已經(jīng)成為決定各學(xué)科裝備質(zhì)量、性能、運(yùn)行穩(wěn)定性的重要因素。電子信息發(fā)展日新月異，新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，工科大學(xué)生掌握的知識(shí)和具備的能力必須跟上時(shí)展的步伐，必須增強(qiáng)工科專業(yè)學(xué)生的電子技術(shù)創(chuàng)新實(shí)踐能力培養(yǎng)。非電類專業(yè)電子技術(shù)、電工與電子技術(shù)實(shí)習(xí)與后續(xù)專業(yè)課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)存在脫節(jié)現(xiàn)象。電工電子技術(shù)實(shí)習(xí)課的教學(xué)內(nèi)容以基礎(chǔ)性和驗(yàn)證性為主，缺乏設(shè)計(jì)性和綜合性，同時(shí)，專業(yè)課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)對學(xué)生的電子技術(shù)綜合實(shí)踐能力要求較高，教學(xué)內(nèi)容跨度大，存在銜接不上的問題。這就需要在課程之間架設(shè)工科專業(yè)學(xué)時(shí)能夠選修的電子技術(shù)創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)課程，盡量實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)過渡。在多數(shù)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)中包括電工電子實(shí)習(xí)，總體上還是以傳統(tǒng)的教師教，學(xué)生學(xué)的方式為主，學(xué)生缺少個(gè)性發(fā)揮的空間，在教學(xué)過程中，難以持續(xù)有效的調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性和激發(fā)他們主動(dòng)參與教學(xué)過程。傳統(tǒng)的填鴨式教學(xué)導(dǎo)致學(xué)生不會(huì)運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)，不會(huì)利用圖書館、互聯(lián)網(wǎng)等手段收集資料，并有選擇地將其應(yīng)用到項(xiàng)目設(shè)計(jì)中。這對實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的教學(xué)效果產(chǎn)生不利影響。cdio教育模式是當(dāng)前國際工程教育最新發(fā)展方式，旨在創(chuàng)新教育模式下培養(yǎng)下一代優(yōu)秀的工程師。這是一種將理論和實(shí)踐有機(jī)聯(lián)系的工程教育方式。CDIO強(qiáng)調(diào)扎實(shí)的基礎(chǔ)和完成項(xiàng)目的綜合能力，將工程畢業(yè)生的能力分為工程基礎(chǔ)知識(shí)、個(gè)人能力、人際團(tuán)隊(duì)能力和工程系統(tǒng)能力四個(gè)層面，要求以綜合的培養(yǎng)方式使學(xué)生在這四個(gè)層面達(dá)到預(yù)定目標(biāo)。

1基于CDIO的電子技術(shù)創(chuàng)新實(shí)踐

針對電子技術(shù)實(shí)習(xí)與后續(xù)專業(yè)課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)存在脫節(jié)現(xiàn)象，我校為了增強(qiáng)工科專業(yè)學(xué)生的電子技術(shù)創(chuàng)新實(shí)踐能力，從2013年上半年開始開設(shè)電子技術(shù)創(chuàng)新實(shí)踐課程，該課程基于CDIO教學(xué)理念，理論聯(lián)系實(shí)際，以實(shí)踐為主，以“創(chuàng)”為主導(dǎo)思想，主要是從新穎、實(shí)用的角度出發(fā)，介紹電子制作的基本方法，各種單元電路的設(shè)計(jì)制作，單片機(jī)的編程與實(shí)踐以及基于單片機(jī)的電子產(chǎn)品制作，并在教學(xué)中不斷與時(shí)俱進(jìn)。

1．1電子技術(shù)創(chuàng)新實(shí)踐課程

電子技術(shù)創(chuàng)新實(shí)踐是一門以單片機(jī)為主進(jìn)行電子創(chuàng)新制作與實(shí)踐的課程，單片機(jī)主要采用PSoC(ProgrammableSystemonChip)芯片(賽普拉斯(Cypress)半導(dǎo)體公司捐贈(zèng))。通過電子創(chuàng)新制作與實(shí)踐加深同學(xué)對電子技術(shù)應(yīng)用的能力，鞏固了電子技術(shù)理論課堂學(xué)習(xí)的理論知識(shí)，使工科學(xué)生對專業(yè)基礎(chǔ)理論有更深入的實(shí)踐認(rèn)識(shí)。通過本課程，使學(xué)生了解現(xiàn)代電子制作的基本方法，通過項(xiàng)目任務(wù)掌握電子單元電路的設(shè)計(jì)制作與調(diào)試，單片機(jī)的編程與軟硬件調(diào)試等方面的知識(shí)。通過項(xiàng)目任務(wù)激發(fā)學(xué)生的興趣，提高學(xué)生的獨(dú)立操作、工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。教學(xué)過程中做到因材施教，對于能力較強(qiáng)的學(xué)生團(tuán)隊(duì)，選擇難度較高的的設(shè)計(jì)項(xiàng)目，另外，學(xué)生的設(shè)計(jì)項(xiàng)目也可以自己命題。通過電子技術(shù)創(chuàng)新項(xiàng)目實(shí)踐有助于拓寬學(xué)生的電子技術(shù)實(shí)踐背景，為專業(yè)課、課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)以及創(chuàng)新項(xiàng)目的實(shí)踐環(huán)節(jié)打下鋪墊。該課程有效銜接電工電子實(shí)習(xí)，是電子技術(shù)應(yīng)用的一門特色實(shí)踐課程。

1．2課程開設(shè)

本課程采取實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)場理論和實(shí)踐教學(xué)相結(jié)合的方式，既包括理論知識(shí)的學(xué)習(xí)也包括動(dòng)手實(shí)踐。理論知識(shí)的學(xué)習(xí)主要是概述單片機(jī)原理、模擬電路、數(shù)字電路等內(nèi)容。然后是以學(xué)生的自主學(xué)習(xí)和動(dòng)手實(shí)踐為主的創(chuàng)新實(shí)踐，設(shè)置的任務(wù)根據(jù)學(xué)生已有的知識(shí)結(jié)構(gòu)體系及自身動(dòng)手能力、意愿來選題，項(xiàng)目任務(wù)難易適中，任務(wù)中應(yīng)包含學(xué)生在動(dòng)手實(shí)踐中會(huì)遇到的困難，使得學(xué)生通過查閱資料及團(tuán)隊(duì)討論以及分工合作解決困難，但是確保通過教師適當(dāng)?shù)闹v解與啟發(fā)幫助學(xué)生能夠完成項(xiàng)目的設(shè)計(jì)與調(diào)試。實(shí)踐過程中，實(shí)際電路的設(shè)計(jì)、調(diào)試與安裝過程和傳感器的應(yīng)用以及和單片機(jī)的電路連接原理，對于雖然接觸了電工電子技術(shù)課程，但是缺乏實(shí)踐訓(xùn)練的學(xué)生而言，在實(shí)際制作過程中總會(huì)存在著不少困難，如傳感器原理、調(diào)理電路原理，單片機(jī)程序和控制器件之間關(guān)系，以及電路中各元器件的選型，電源、電機(jī)及驅(qū)動(dòng)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、元器件的總體安裝、協(xié)調(diào)布置等問題。而對于這些具體的問題，學(xué)生是可以在制作過程中運(yùn)用已有的知識(shí)，查閱資料，和教師、同學(xué)進(jìn)行討論，通過方案選擇、電路設(shè)計(jì)、調(diào)試和安裝各個(gè)環(huán)節(jié)，逐步解決。從而使得學(xué)生在學(xué)習(xí)和制作過程中，了解實(shí)際生產(chǎn)、實(shí)踐、創(chuàng)新過程所需面對的各種具體問題，在克服困難的過程中，體驗(yàn)嘗試、失敗、再嘗試、再失敗到最終成功的整個(gè)過程。最后小組進(jìn)行演示交流、答辯，完成項(xiàng)目設(shè)計(jì)報(bào)告。交流答辯鍛煉學(xué)生語言表達(dá)能力，設(shè)計(jì)報(bào)告則讓同學(xué)進(jìn)行初步科技寫作能力的培養(yǎng)。在實(shí)踐中以學(xué)生的自主學(xué)習(xí)和創(chuàng)造為主，各小組成員獲得多方面能力的鍛煉。

1．3電子技術(shù)創(chuàng)新實(shí)踐的CDIO實(shí)踐

本課程設(shè)置為20學(xué)時(shí)，10周內(nèi)完成，由于是創(chuàng)新實(shí)踐課程，允許來自不同專業(yè)的同學(xué)選修，班級人數(shù)上限20人。在開課之初，布置項(xiàng)目任務(wù)，講解基于單片機(jī)的電子制作所涉及的基礎(chǔ)知識(shí)，結(jié)合一個(gè)具體項(xiàng)目任務(wù)的實(shí)施與實(shí)踐演示。隨后學(xué)生實(shí)踐自己的項(xiàng)目任務(wù)，深入學(xué)習(xí)各單元模塊的工作原理及相互關(guān)系，要求同學(xué)對碰到的問題，自行查閱資料，和教師、同學(xué)進(jìn)行討論，設(shè)計(jì)電路圖，焊接電路，編寫程序，進(jìn)行軟件和硬件調(diào)試與測試。通過深入的探索和研究，可以自由發(fā)揮同學(xué)的創(chuàng)新和想象能力，提高知識(shí)拓展能力。課程內(nèi)容主要分為以下幾步進(jìn)行:首先，通過最初的課堂，講解電子技術(shù)創(chuàng)新實(shí)踐課程目的及基礎(chǔ)知識(shí)，布置項(xiàng)目任務(wù)，在這一部分的學(xué)習(xí)中，同學(xué)需要對老師教授的知識(shí)(包括涉及到的其他學(xué)科相關(guān)知識(shí))充分理解并接受。在是CDIO中“C”(Conceiving構(gòu)思)的基礎(chǔ)。第二部分的工作為CDIO中的“D”(Design設(shè)計(jì))做準(zhǔn)備。在第一部分工作的基礎(chǔ)上，學(xué)生對實(shí)踐項(xiàng)目的基本目的和意義有一定的了解。同學(xué)形成項(xiàng)目小組并選題，開始研究項(xiàng)目任務(wù)的要求和實(shí)踐方法或?qū)嵺`思路，進(jìn)行自己的研究及設(shè)計(jì)工作。通過這一環(huán)節(jié)的實(shí)踐鍛煉學(xué)生的獨(dú)立思考能力以及解決簡單問題的能力。這一部分包括構(gòu)思(Conceiving，“C”)和設(shè)計(jì)(Design，“D”)部分的工作。小組同學(xué)分工合作，查閱資料，并與指導(dǎo)教師討論，進(jìn)行獨(dú)立完整的設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)過程中通常會(huì)遇到各種常見的問題，如調(diào)試不通過時(shí)，在執(zhí)行過程中需要反復(fù)修改之前的硬件電路和程序等，這時(shí)要求學(xué)生善于發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力。最后，通過教師的提示及點(diǎn)評和同學(xué)自己的思考，能夠理解整個(gè)實(shí)踐過程，并思考自己設(shè)計(jì)中有待提高的部分和擴(kuò)展的可能性。要求小組成員既要團(tuán)隊(duì)協(xié)作，又要分工合作完成整個(gè)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)過程，最后，完成項(xiàng)目任務(wù)的實(shí)踐制作報(bào)告，制作ppt，向同學(xué)及老師講解整個(gè)制作過程的思路、遇到的問題及解決方法。這一部分的工作體現(xiàn)了實(shí)現(xiàn)(Implement)和運(yùn)作(Operate)的思想。設(shè)計(jì)任務(wù)分配給同學(xué)，允許自由組合成團(tuán)隊(duì)，分工合作來完成這一系列復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)任務(wù)。在團(tuán)隊(duì)中每個(gè)人要完成自己的任務(wù)，并且學(xué)會(huì)與他人一起溝通協(xié)商才能使整個(gè)團(tuán)隊(duì)完成任務(wù)。這一部分的工作中團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神得到鍛煉和提高，溝通協(xié)調(diào)能力是團(tuán)隊(duì)協(xié)作的必要條件。因此在整個(gè)實(shí)踐過程中，學(xué)生的獨(dú)立思考能力，設(shè)計(jì)能力，實(shí)踐動(dòng)手能力，溝通交流能力以及遇到問題解決問題的能力，團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力均得到了提高，體現(xiàn)了CDIO的教育理念，構(gòu)思(Conceiving)→設(shè)計(jì)(Designing)→實(shí)現(xiàn)(Implementing)→運(yùn)作(Operating)。

1．4電子技術(shù)創(chuàng)新實(shí)踐效果

課程結(jié)束時(shí)，從學(xué)生的最后總結(jié)中可以看到，在主動(dòng)學(xué)習(xí)和動(dòng)手創(chuàng)作的過程中，學(xué)生進(jìn)行實(shí)踐研究的能力和與他人協(xié)作的團(tuán)隊(duì)精神得到了一定的培養(yǎng)。在實(shí)踐過程中，學(xué)生不斷的學(xué)習(xí)新知識(shí)，主動(dòng)運(yùn)用理論知識(shí)指導(dǎo)實(shí)踐過程，充分發(fā)揮個(gè)人與團(tuán)隊(duì)的主動(dòng)性和創(chuàng)造性，進(jìn)而克服了實(shí)踐過程中的各種困難，最終完成課程布置的任務(wù)，從而切身體驗(yàn)到科學(xué)研究實(shí)踐活動(dòng)的真實(shí)過程，獲得了一定的成就感。以學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)和動(dòng)手創(chuàng)作為主的教學(xué)過程給學(xué)生傳統(tǒng)的學(xué)習(xí)方式帶來了新的學(xué)習(xí)感受。課程結(jié)束后，引導(dǎo)學(xué)生參加學(xué)科競賽，到目前為止，參加課程的同學(xué)中已有5名同學(xué)獲得校級以上“飛思卡爾杯”智能車競賽和“TI”杯大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽獎(jiǎng)項(xiàng)。

2結(jié)語

綜上所述，在電子技術(shù)創(chuàng)新實(shí)踐課程中，以CDIO教育模式為指導(dǎo)，學(xué)生根據(jù)自己的知識(shí)結(jié)構(gòu)能力，自主選題，并在教學(xué)實(shí)踐過程中，以學(xué)生自主學(xué)習(xí)和動(dòng)手創(chuàng)作為主，以教師指導(dǎo)為輔的教學(xué)模式。有效解決了電子工藝實(shí)習(xí)與課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)以及創(chuàng)新項(xiàng)目的脫節(jié)問題，實(shí)現(xiàn)了實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容的平穩(wěn)過渡。引導(dǎo)學(xué)生參加學(xué)科競賽，為我校學(xué)科競賽的普及添磚加瓦。教學(xué)實(shí)踐結(jié)果表明，學(xué)生在電子技術(shù)創(chuàng)新實(shí)踐中能真正得到創(chuàng)新實(shí)踐項(xiàng)目的初步體驗(yàn)，在動(dòng)手實(shí)踐過程中主動(dòng)去思考問題，查閱相關(guān)資料，理解團(tuán)隊(duì)合作的重要意義，鍛煉了工程實(shí)踐能力與創(chuàng)新能力。

作者：趙春鋒 王艷新 汪敬華 單位：上海工程技術(shù)大學(xué) 東華大學(xué)