基于CDIO工程教育理念的电子技术课程教学改革

王道平++刘延飞++王乐++王秋妍

摘要：针对传统的电子技术基础课程教学模式不能有效培养学生创新意识与工程实践能力的现状，在电子技术基础课程教学改革中引入了CDIO工程教育理念，通过合理地组织课程体系，改革授课方法和课程考核方式，有效地提高了电子技术课程的教学效果，培养了学生的创新意识和工程实践能力。

关键词：电子技术；教学改革；创新意识；实践能力；CDIO

中图分类号：TN0-4；G642

0.引言

电子技术课程包括模拟电子技术部分和数字电子技术部分，该课程兼具理论性和工程性，对培养学生的创新意识和工程实践能力具有重要作用。该课程的教学内容既有相对稳定的电路基本理论与分析方法，又有更新较快的新技术与新器件，因而如何有效地组织电子技术教学，提高学生的工程实践能力是相关专业教学改革中始终关注的重要内容。

CDIO工程教育理念是工程教育的新型理念。CDIO代表构思（Conceive）、设计（Design）、实施（Implement）和运行（Operate）。它以产品研发到产品的运行、维护和废弃的全生命周期为载体，建立一体化的相互支撑和有机联系的课程体系，让学生以主动的、实践的方式学习工程[1]。

鉴于电子技术基础课程紧贴工程实际的特点，以CDIO模式组织电子技术基础课程教学，可以有效培养学生的创新意识和工程实践能力。

1.基于CDIO工程教育理念的电子技术课程体系改革

按照CDIO工程教育理念，需要给学生传授系统的、整体的电子技术基础知识，便于学生从总体上构思与设计实用的电子系统。为此，需要以电子系统的基本结构为基础，重新规划电子技术课程的内容体系，适时更新教学内容，使得电子技术基础课程能够跟上电子技术快速发展的步伐，不断提高学生的创新意识和工程实践能力。

1.1按照电子系统的构成规划电子技术课程的教学内容

现代电子系统通常是模/数混合的系统，模拟部分完成输入信号的调理（放大、滤波）、输出信号的驱动（功率放大）和电源管理功能，数字部分完成复杂的控制功能（多数情况下需借助MCU/ARM/FPGA/DSP等各种可编程器件），模拟与数字部分的接口通过ADC和DAC来完成。按照这样的结构来组织电子技术的教学内容，合理规划模拟电子技术部分和数字电子技术部分的授课内容，同时注重内容间的衔接过渡，将使得电子技术基础课程的每一部分内容都有明确的应用方向，各部分内容构成有机的整体。

1.2及时更新教学内容

随着电子技术的不断发展，新技术与新器件层出不穷，这就要求电子技术课程需要持续地更新教学内容，以适应电子技术的快速发展。为此，我们在教学内容中增加了诸如开关电源、开关电容、D类功放、锁相环、FPGA等新技术与新器件的内容，适应了电子技术飞速发展的需要[2]，可以使学生紧跟电子技术的学科前沿。

2.基于CDIO工程教育理念的电子技术课程授课模式改革

按照CDIO工程教育理念，教学过程应该让学生不断地构思、实践，为此需要改进传统的以老师为中心的教学过程，真正体现以学生为主体的教学理念。具体的做法如下：

2.1任务驱动的授课模式

由于电子技术课程的内容与实用的电子系统模块紧密对应，笔者在授课过程中采用了任务驱动的教学模式。以设计一个基本的电子系统为任务切入点，启发学生讨论和思考，培养学生的C（Conceive，构思）与D（Design，设计）能力。例如在讲解比较器的应用时，笔者以生活中常用的电子热水器温度控制系统为例，指出简易的温度控制开关可由单门限比较器实现，为了避免温度在过临界值时频繁的开闭需要一个根据能够维持之前状态的开关，启发学生思考如何根据维持当前的输出，进而引导学生得出用正反馈维持之前输出的迟滞比较器结构。

2.2利用仿真和电路模块演示，使课堂变身为“实验室”

授课过程中，实用multisim软件仿真电路的工作原理，使学生直观地理解电路的工作过程。这种仿真不只是简单的原理演示，充分利用了multisim元件库中的模型参数可以修改的特性，实时修改器件使用中需要考虑的工作温度、失调与漂移等参数，使学生切实明白电路的设计与电路的实现中需要考虑的具体问题。例如，笔者在讲授放大电路工作点的稳定性分析时，通过设定不同的晶体管工作温度参数，形象地展示了温漂对放大电路工作点的影响。

同时，笔者所在的教学团队制作了典型电路的演示模块，结合ADI公司的一款电路设计套件中提供的数据采集与虚拟仪表模块，在课堂上实现了实物演示与波形观测的统一，使得课堂变身为“实验室”。通过上述措施不断培养学生的I（Implement，实现）与O（Operate，运行）能力。

2.3建立兴趣小组，实现CDIO的全过程培养

按照CDIO模式进行电子技术基础课程的授课过程中，相当一部分学生对电子系统设计表现出浓厚的兴趣。对这部分学生建立了兴趣小组，按照CDIO模式进行项目驱动式教学，使学生真正体现C（Conceive，构思）、D（Design，设计）、I（Implement，实现）、O（Operate，运行）的全过程，培养学生独立的分析与设计实用电子系统的能力。

对于兴趣小组的学生，教师按照教学进度，指定相应的综合设计题目，由学生按大学生电子设计竞赛的模式组队完成题目的文献查询、方案设计、电路实现与元器件选取、PCB制版、电路的焊接与调试等。同时，鼓励并支持有兴趣的学生提出创新性的想法和具体的实现方案，教师协助分析其可行性并提出改进措施，而后由学生完成上述电路的设计与制作。

3.基于CDIO工程教育理念的电子技术课程考核方式改革

传统的电子技术基础课程考试多以学期末的闭卷笔试决定成绩，这种考试在相当程度上只是考核了学生做题的能力，无从考核学生的工程实践能力，使得成绩与能力不符。CDIO工程教育模式强调了学生在整个学习过程中全程的能力培养，因此，以笔试成绩为主的考核方式已不合时宜。笔者所在的教学团队尝试了过程评价与结果评价相结合的课程考核方式，将学生在学习过程中的仿真设计方案与测试结果按一定比例计入期末成绩，体现了考“知识的掌握”与考“知识的运用”现结合的CDIO理念。

4.结论

通过笔者的教学实践表明，利用CDIO理念指导电子技术课程教学，通过合理地组织教学内容和授课环节可以有效地提高教学效果，培养学生的创新意识和工程实践能力，促进学生的个性发展。笔者采用CDIO方法指导的兴趣小组在科技创新活动和大学生电子设计竞赛等活动中均取得了较好成绩。

参考文献：

[1] 顾佩华，包能胜，等.CDIO在中国（上）[J].高等工程教育研究，2012，（3）.

[2] 王淑娟，蔡惟铮.电子技术基础课程全方位建设的研究与实践[J].电气电子教学学报，2005，27（2）.