基于CDIO模式的电子信息工程专业综合训练改革探索

何颖, 张星阳

(1.西安思源学院 电子信息工程学院，西安 710038，2.陕西高速交通工贸有限公司，西安 710003)

0 引言

“三电”基础课程是电子信息工程专业重要的基础课程模块，包括“电路分析基础”、“模拟电子技术”及“数字电子技术”三门课程。基础课程及核心课程内容理论性、逻辑性很强。传统课程教学相对淡化工程实践能力培养，理论课多，实验课少，并未解决好知识转化为能力的问题，知识学习与工程实践并未形成有机整体。实验设置环节中验证性实验偏多，设计性、综合性及创新性实验偏少，学生缺乏主动实践的兴趣，缺少对项目构思(C)、设计(D)、实现(T)、运作(O)训练各环节，致使学习者的工程素质和技术应用能力得不到应有的提高。

CDIO工程教育模式是建立在真实世界的产品和系统的构思、设计、实现及运行过程各环境基础上的工程教育，不仅包括专业技术知识，还包括在社会和企业环境下，对产品、生产流程、工程系统进行构思、设计、实施、运行的能力，注重合作沟通等社会能力，解决问题、企业创新、系统思维等综合能力以及终身学习的自我提升能力。同时以产业需求为导向，教学内容和方法与产业发展同步，理论与实践相结合，并且具有完整的能力评价体系[1]。将CDIO工程教育模式应用到“三电”基础课程群当中，理论与实践相结合，三门课程提取出相应的模块，使三门课程的知识贯穿起来，形成有机的整体。以三门基础课做基石，专业课为核心，大学生设计竞赛为引导，构建学生的积极性和创新性，培养学生自学解决问题及团队合作能力。这种工程教育模式对于创新性人才培养具有紧迫的现实意义。

1 CDIO模式下创新实践课程体系建设

1.1 CDIO模式下“三电”基础课程群体系建设，注重知识体系的融合

深入开展CDIO教学模式研究，结合工程人才培养的特点，对三门课程补充新的知识理论，使教学内容紧跟科技的发展。注重培养学生系统工程能力，尤其是项目的构思、设计、开发和实施能力，以及较强的自学能力、组织沟通能力[2]。基于CDIO工程教育理念针对电子信息工程专业的“三电”基础课程结构进行研究与分析，按内容的关联性融合为若干独立的教学模块。CDIO模式下“三电”基础课程群体系如图1所示。

图1 CDIO模式下“三电”基础课程群体系

1.2 体现创新人才培养的教学方法及过程考核方式

依据CDIO工程教育理念指导教学设计，将Matlab、Multisim等仿真软件研究引入课堂；教学中注重案例教学并采取专题讨论，引入项目探究式学习，采取CDIO工程模式下知识+能力+素质的综合过程考核模式[3,4]。

1.3 构建 CDIO创新实践课程体系，打造CDIO工程实践环境

融入CDIO工程教育模式的理念，以单门课程实验为基础，课程群系统综合实验为基石，课外科技活动竞赛以及教师科研项目转化为创新，形成CDIO工程教育的实践教学体系。对于学生综合训练项目，分为3个级别，由易到难，结合大学生设计竞赛和教师科研转化项目，提出更新颖的创新训练项目。通过创新实践训练评价、质量评估以及毕业生反馈结果及时调整人才培养方案，以达到最优的创新人才培养体系[5,6]。CDIO创新实践课程体系如图2所示。

图2 CDIO创新实践课程体系

2 基于CDIO模式的中小型粮库智能温湿度控制项目教学实践

2.1 项目简介

目前由于我国粮库存粮技术不是很发达，很多地方粮库还是采用人工测量温、湿度的方法来存储粮食，这种方法不仅使工作量大，而且效率还很低。所以对于粮库温湿度的检测应及早完成，防止粮食的大面积变质。

2.2 设计方案

学生按5-6 个人组成一个团队，明确设计要求的功能，从准备技术器件资料到硬件电路设计制作及软件设计，调试、产品制作及测试项目流程实现工程项目[7]。

2.3 项目实施

这个系统主要的功能是通过DHT11温湿度传感器实时的检测粮库中的温湿度，并将采集到的温湿度信息通过串行总线发送给单片机，单片机通过液晶显示电路显示温湿度。传感器内部可以对温湿度进行上限值和下限值的设定，程序主要将设定的温湿度读出与之对比，如果等于上限设定温湿度或下限温室度设定值，这时报警电路就会产生高温或低温报警。继电器就会驱动电机风扇转动，从而降低粮库内温湿度[8]。

(1)温度检测模块

温度的检测主要采用的传感器是DHT11温湿度传感器，它有3个电源引脚，接地引脚，还有数据引脚，数据引脚和单片机的P2.1引脚连接，电源引脚外接上拉电阻并且接电源正极。

(2)风扇模块

风扇主要作用是当室内温度过高时通过它可以降低室内温度，它的控制主要是通过继电器来控制，但是驱动风扇还是用电机来使风扇转动。它主要和单片机的P3.3引脚连接，通过一个三极管放大电流来驱动并且连接LED灯，通过灯的亮灭来表示继电器是否正常工作。

(3)按键模块

按键主要是来设置温湿度传感器温度上限报警，和下限报警，通过P3的2、4、5、6四个引脚分别接四个按钮，分别是确定键、增减键等。通过输入低电平，当单片机检测到以后进行相应的设置。

(4)报警模块

报警模块主要通过蜂鸣器来实现。它和P1.7引脚连接利用三极管放大电流的特点驱动蜂鸣器，单片机的P2.3、P2.4、P2.5、P2.6四个引脚分别和LED灯连接，当温度过高时，LED灯闪烁并且蜂鸣器报警。

2.4 项目评价

这种以基于CDIO模式项目式的综合训练使理论与实际相结合，使学生学会分析和解决实际问题的方法。另外，还将教师从事的研究领域相关的科研项目介绍给学生，拓展学生的知识面。从实际效果来看，有些学生对实际工程案例和科研工作很感兴趣，主动申请研究领域方向的本科创新项目和发表学术论文。评价标准包括项目报告书(20 %)、答辩(30 %)、演示(40 %)和考勤(10 %)四部分，通过评价标准给出每个学生的最终成绩。

3 总结

从学校实际出发，依据CDIO的培养大纲制定出适应电子信息工程专业的CDIO创新实践课程体系，从培养方案-课程体系-教学方法及考核方式-实践环节-教师能力-质量监控及反馈体制等进行完整的创新人才培养体系——CDIO系统工程。大一新生除了通识课外，对学生增设一些专业课的训练，包括实验室基本仪器的使用，专业课导论的学习，以及工程导论的知识渗透，并且让学生了解电子竞赛的相关知识资料搜集。到了大二，学生在学习专业课的同时就可以自己设计小的项目，这其中会遇到一些问题，有兴趣的学生可以加入到CDIO创新实践团队，包括老师和其他学长都可以对他们进行帮助和引导，从而完成对项目的制作。

此次教学改革，主要针对电子信息工程专业的实践教学环节，以工程项目的方式对学生进行综合素质的培养，学生对电子信息工程专业产生了极大的兴趣，学生愿意在实验室进行学习，并自觉形成团队进行项目制作，CDIO创新实践团队为学生提供了良好的实践平台，为各种大学生设计竞赛做了充足的训练和铺垫。结合各种设计竞赛题目和教师科研转化项目，积极培养了学生的自主学习知识建构能力及行动力表现，同时教师也不断提高工程知识和CDIO能力的双重效果。