CDIO模式下电子技术基础实验教学方法改革与实践

朱善林，陈少昌，吴文全

(海军工程大学 电子工程学院，武汉 430033)

CDIO模式下电子技术基础实验教学方法改革与实践

朱善林，陈少昌，吴文全

(海军工程大学 电子工程学院，武汉 430033)

介绍了CDIO工程教育理念，分析了当前电子技术基础实验教学存在的问题，探讨了基于CDIO教学模式对电子技术基础实验教学方法进行的改革构想，详细介绍了改革需要具备的条件和改革过程中构思、设计、实现、运作四个步骤的实施办法。报告了CDIO教学模式在电子技术基础实验课程中的实践效果和几点启示。实践表明CDIO教学模式有效激发了学员学习电子技术的兴趣，提高了学员应用电子技术进行工程实践的能力。

CDIO模式；电子技术；实验教学；改革

电子技术基础是海军初级指挥生长干部学历教育工程与专业基础平台课程，内容包括低频模拟电子线路和数字电路的基本理论知识、基本定理和分析方法。电子技术基础实验是该课程的实践性教学环节，目的是增进学员对理论知识的理解、增强学员动手实践能力和电子技术应用能力，为后续专业课程学习打下坚实的理论和实践能力。长期以来实行学员按照教员和实验指导书进行实验操作的教学模式，不利于高素质军事人才的培养。CDIO代表构思(conceive)、设计(design)、实现(implement)和运作(operate)，是2000年开始的国际先进的工程教育理念，在电子技术基础实验教学中采用CDIO教学模式，对培养高素质、创新型军事人才具有重要意义。

1 CDIO工程教育理念

CDIO以产品研发到产品运行的生命周期为载体，让学生以主动的、实践的、课程之间有机联系的方式学习工程。是由美国麻省理工学院、瑞典皇家工学院、瑞典查尓莫斯工业大学和瑞典林雪平大学共同创立的工程教育模式[1]。这种教育模式强调教学过程要培养学员像工程师一样参与产品、过程和系统全生命周期的各个阶段，也就是构思、设计、实施和运行。构思阶段包括确定客户需求，考虑技术、企业战略和有关规定，开发理念、技术和商业计划。设计阶段集中在创建设计，包括计划、图纸和描述产品、过程和系统实施的方法和算法。实施阶段是指完成从设计到产品的转换过程，包括硬件制造、软件编程、测试和验证。在最后的运行阶段，用实现了的产品、过程和系统为用户提供预期的价值，包括对系统的维护、改造、回收和报废。CDIO教学模式的主要特色在于它创造了能够深化学习技术基础和实际能力的二元学习经验，系统地提出了可操作性的能力培养、全面实施及检验测评的12条标准。截至2008年年底，CDIO国际合作组织已有36个成员。国内有汕头大学、江西理工大学、大连东软信息学院和北京联合大学等多所大学率先进行了CDIO改革尝试并结合学校实际进行了创新和改进[2]。

2 传统实验教学模式存在的问题

2.1 实验教学组织与方法导致学员被动学习

电子技术基础实验课的传统教学方法为教员先讲解实验内容和要求，学员按照教员讲解和实验指导书操作，教员负责解答学员实验过程中遇到的问题。这种教学模式最大的问题是学员被动式学习，学员实验仅为了完成一定的实验任务，而不能达到知识、能力和素质的提高。实验过程中完成了一个个实验项目而没有建立起系统的概念和设计方法，只注重单元电路到简单系统的综合，不注重较复杂系统到单元电路的划分，综合应用能力和创新能力得不到应有的提高。实验授课内容只局限于本单元电路的功能和调试方法，基本不涉及或很少涉及工程概念和实验技术，使学员“一叶障目，不见泰山”。实验过程和方法局限在实验箱上按要求连接并测试电路，没有探索和研究，缺乏对电路的构思和设计，不能激发学员的创新意识和学习激情。

2.2 实验考核方式单一

电子技术基础实验成绩根据平时实验效果、实验报告和期末一次实验操作考核评定。平时实验效果主要依靠教员根据学员实验现象现场打分，学员为了获取高的实验成绩必须严格按照操作流程实验、实验过程中缺乏思考和探索，为了达到实验结果而实验；教员为了评定学员实验成绩花费大量时间和精力，对学员的辅导和帮助时间相应减少。学员交上来的实验报告互相参考过多，不能真实反映学员实验效果。期末一次实验操作考核不确定因素很多，而期末实验考核又占实验成绩很大比重，也不能反映学员真实水平。

3 教学方法改革的构想

3.1 CDIO教学模式改革的条件

根据CDIO国际合作组织的推荐，实现CDIO的具体方法如图1所示。

按照实现CDIO的方法要求，进行教学模式改革的第一个条件就是要求教员研究并深刻理解CDIO标准。有12条标准用以描述CDIO的教学模式，它们是背景环境、学习效果、一体化课程计划、工程导论、设计实现的经验、工程实践场所、

图1 实现CDIO的方法

一体化学习经验、主动学习、提高教师的工程实践能力、提高教师的教学能力、学习考核和专业评估。12条标准概括起来涉及专业的哲学、课程开发计划、设计实现经验和实践场所、教与学的方法、教师发展和考核与评估6个方面。基于CDIO模式的教学改革必须遵循这12条标准。

进行CDIO教学模式改革的第二个条件就是进行利益相关者调查并制定CDIO教学大纲。作为军队院校的人才培养，利益相关者就是部队。作为军队院校本科的电子技术教学，必须搞清楚部队对院校培养的人才在电子技术方面有哪些要求。电子技术基础作为一门基础课，利益相关者还有各个专业的专业课，必须搞清楚专业课对电子技术基础课有哪些要求，针对不同专业学员的教学，内容可以有些侧重。在进行利益相关者调查后，要结合教育部高等学校电子电气基础课程教学指导分委员会建议的《电子电气基础课程教学基本要求》制定符合CDIO标准的电子技术基础实验教学大纲(有的院校已经改为“课程标准”)。

进行CDIO教学模式改革的第三个条件是必须保证工程实践条件和学员学习时间。工程实践条件主要包括开放的实验室管理办法、电子元器件和计算机及信息资源，现有条件在有的院校并不完全满足CDIO教学模式改革要求。学员学习时间在军队院校也是一个比较突出的矛盾，因为军队院校学员除了课程学习以外还要搞军事训练和政治学习。

3.2 CDIO教学模式改革的实施步骤

传统的实验教学是先开设基本实验后开设综合设计实验，教学模式为教员讲授。学员按照教员要求并结合实验指导书操作和相关参考资料，以完成教员要求实验目标为目的，本质上仍然是以教员为中心的灌输式教育。采用CDIO教学模式后，以CDIO标准为基准、以CDIO教学大纲为依据、以项目教学法为牵引[3-6]，从实验课一开始便将综合设计实验提上议事日程，整个实验教学是以一个对学员来说比较“大”的综合设计项目为依托，所有的实验教学过程都是为了完成这个“大”的项目为目标。在整个实验过程中学员需要不断思考为了完成整体目标需要完成哪些阶段目标、理论课学所知识与综合设计实验项目有何关联、设计实现过程中遇到的困难盖如何解决。以海军工程大学电子技术基础实验CDIO教学大纲(课程标准)为例，具体的CDIO教学模式实施步骤分为CDIO四个阶段，如图2所示。

图2 CDIO模式下电子技术基础实验教学实施过程

3.2.1 构思(Conceive)阶段

实验课开课时间为理论课开课后2～3周，此时学员对电子系统有所了解、但大部分电路知识还没有学习。构思阶段主要让学员了解综合设计实验要做什么，完成什么功能，不涉及具体的电路设计和实现。学员应根据兴趣形成小组，互相讨论、发散思维，多出创意。

3.2.2 设计(Design)阶段

此时学员进入到理论课的电路原理学习并开始做电路基本实验，学员需要结合理论知识学习、电路基本实验和构思阶段的既定目标三方面进行电路设计，边学习边设计，小组成员要经常在一起讨论项目的设计方案，教员可以帮助分析方案的可行性。理论课学习完毕、基本实验完成后要确定最后的项目方案。

3.2.3 实现(Implement)阶段

此时学员需要学习印刷电路板的设计与制作、电子系统的组装、焊接与调试，并将设计阶段形成的方案在印刷电路板、多孔板或面包板上制作成实物并进行功能和性能的测试。

3.2.4 运作(Operate)阶段

为客观、公正评定学员最终实验成绩，运作阶段以小组为单位进行现场演示作品、讲解工作原理、介绍设计经验并解答其他学员和教员提出的疑问。答辩过程中要说明成员在小组内完成的任务，其他学员要对小组成绩进行评价，教员根据小组成员完成任务情况、答辩实际表现和提交的设计报告给出成绩，学员最终成绩由两部分成绩加权得出。对于表现突出、设计新颖的项目可推荐参加全国大学生电子设计大赛和指导完成学术论文发表。

4 实验教学方法改革的实践

按照CDIO模式下电子技术基础实验教学模式改革的构想，新的电子技术基础实验教学模式在海军工程大学2012级电子科学与技术专业展开。该专业有学员30名，全部来源于应届高中毕业生，整体素质较好。一名主讲教员和一名辅导教员共同承担该班次的实验教学，开课之前深入研究了CDIO理念、CDIO标准和CDIO教学大纲，确立了以学员为中心、教员为辅助的教学思想[7-8]。

开课第一次课对学员进行了小组划分，划分的原则是根据学员自身兴趣、上学期学分多少自愿组合，基本做到了“强”“弱”搭配，以便于学习的互帮互助。学员在构思阶段积极性很高，设想了很多有趣的功能，进入设计阶段后限于所学知识有限开始出现了畏难情绪，但在教员的耐心辅导下实现了大部分功能。在实现阶段也遇到了一些问题，比如在设计阶段已经经过计算机仿真验证的功能焊接到多孔板上后实测不符合要求，究其原因有的是没有焊接好，有的是元器件的问题。在答辩阶段有的学员性格比较腼腆，表达能力不强、效果不好。整个实践过程还是比较成功的，CDIO教学模式将实验教学过程和理论课学习的各个环节紧密联系在一起，改变了传统实验教学中学员按照教员和实验指导书要求操作的被动学习模式，极大地提高了学员学习的积极性和主动性。从教学改革实践结果来看，学员普遍感觉自己学有所得，通过自己的努力虽然辛苦但确实比以往其他实验课程印象更加深刻、收获更多。

5 结束语

通过电子技术基础实验CDIO教学模式改革构想和实践，有以下2点启示。

1)采用CDIO教学模式后，对学员学习要求不是降低了，而是提高了，需要学员投入更多的时间和精力。采用CDIO教学模式后需要学员广泛联系所学知识、大量查阅资料、积极主动思考并且还要同其他学员交往和合作，还要展示和讲解作品才能取得好成绩。在学员学时数和时间有限的情况下，需要实验室为学员创造良好的条件，提供参考资料、信息资源、工具和元器件。

2)部分教员观念没有完全转变，对学员的束缚太多，喜欢告诉学员你应该这样那样，没有真正做到以学员为中心，学习是学员的事，在某种程度上误伤了学员思考的积极性和创新的激情。在后期的教学改革实践中需要教员对观念进行革新，对学员进行帮助而不越俎代庖。

[1]李彤，赵娜.基于CDIO的软件工程国家精品课程建设[J].计算机教育，2012(1)：14-19.

[2]曹先革，杨金玲， 曲建光，等.基于CDIO理念的《数字测图原理与方法》教学模式实践[J].实验科学与技术，2013，11(5):113-114.

[3]张国斌，张树军，刘春城，等.基于CDIO模式的学生实践能力的培养[J].实验室科学，2014，17(1):126-127.

[4]杜晶，李瑛，张燕红.基于CDIO理念的《软件工程》课程建设研究[J].现代计算机，2014(1):49-50.

[5]崔贯勋，王勇，王柯柯，等.基于CDIO的物联网工程专业实践教学体系的研究与实践[J].实验技术与管理，2013，30(5):111-113.

[6]陶宇炜，谢爱娟，张宝玲.CDIO视阈下高校实验教学体系的构建与实践[J].教育与教学研究，2013，27(10):96-97.

[7]李金平，刘元盛.电子信息工程专业CDIO培养体系的研究与课程教学设计[M].北京：北京交通大学出版社，2013：595-560.

[8]周达华，陈少昌，詹国强.基于CDIO模式的单片机实验教学方法研究[C]//王卫国.第十次军队院校实验室建设与发展学术研讨会论文集.北京：国防工业出版社，2012：380.

Experiment Teaching Method Reform and Practice of Fundamentals of Electronic Technology in CDIO Mode

ZHU Shanlin, CHEN Shaochang, WU Wenquan

(College of Electronic Engineering， Naval University of Engineering， Wuhan 430033， China)

CDIO engineering education idea is introduced firstly. The existing issues in experiment teaching of fundamentals of electronic technology are analyzed secondly. After that, based on CDIO teaching mode, experiment teaching method reform on fundamentals of electronic technology is performed, which includes reform conditions and how to implement CDIO during a reform. At last,a reform practice result on fundamentals of electronic technology teaching is reported, which shows the students’ motivation of learning electronic technology is effectively excited and engineering practice ability of applying electronic technology is improved.

CDIO mode; electronic technology; experiments teaching; reform

2014-07-01；修改日期: 2015-03-24

军队院校电工电子基础教育教学课题研究：基于CDIO模式的电子技术实验系列课程教学方法研究(JE20140147)。

朱善林(1981-)，男，硕士，讲师，主要从事电子线路设计及实验教学。

G642

A

10.3969/j.issn.1672-4550.2015.04.023