CDIO理念下的模擬電子技術實驗教學改革

劉　明，周　俊，戴　偉

(南通大學　a.杏林學院；b.電氣工程學院，江蘇 南通 226019)

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CDIO理念下的模擬電子技術實驗教學改革

劉明a，b，周俊b，戴偉b

(南通大學a.杏林學院；b.電氣工程學院，江蘇 南通 226019)

針對目前模擬電子技術實驗教學中存在的問題，結合CDIO工程教育理念和任務驅動教學法，提出一種開放任務驅動教學法，并運用到該課程的教學改革中。介紹了采用開放任務驅動教學法，對實驗任務進行構思、設計、實現(xiàn)和運行的全過程。實踐表明，該教學模式能夠充分調動學生的積極性和主觀能動性，培養(yǎng)學生的自主學習能力、動手能力、協(xié)作能力、分析解決問題的能力和工程能力，改善了教學效果。

CDIO教學模式；模擬電子技術實驗；工程教育；任務驅動教學法

模擬電子技術實驗課程是高等理工科院校電類各專業(yè)學生必修的一門專業(yè)基礎課，既是模擬電子技術理論課程的應用和實踐[1]，又為后續(xù)課程的學習和電子技術的應用打好基礎，為培養(yǎng)學生成為實用的高素質人才打好基礎。

1　課程教學現(xiàn)狀

南通大學模擬電子技術實驗經(jīng)歷了數(shù)次整合，目前分為課內實驗和獨立設課實驗兩大類。其中課內實驗24學時，主要針對普通本科；獨立設課實驗32學時，主要針對杏林學院。授課對象較為廣泛。

模擬電子技術理論難懂，實驗難做，如何通過理論與實踐相結合，使學生易于學習一直是教學改革的努力方向；然而多年來模擬電子技術實驗一直采用“教師為主，學生為輔”“以教定學”的被動式教學模式：1)課前預習，學生按照實驗指導書中的器材、原理、目的、內容等進行摘抄，預習效果難以考核或時間不允許進行詳細核查，預習效果難以達到教學要求；2)課上，教師進行簡單的講述，學生按照教師要求進行線路連接和測量，學生“搭積木”式的實驗，實驗機械性明顯，學生查錯、糾錯能力差；3)課后，書寫實驗報告，處理數(shù)據(jù)和完成思考題。一方面，在教學理念上，重理論輕實踐，把實驗教學當成理論教學的輔助手段，實驗教學得不到應有的重視；另一方面，傳統(tǒng)的教學模式使得學生學習處于被動狀態(tài)，難以激發(fā)學生學習興趣，學生實踐能力得不到提高；最終導致部分學生對實驗抱著敷衍了事的心態(tài)，實驗教學質量得不到提高?？梢?，傳統(tǒng)的模擬電子技術實驗教學模式已經(jīng)阻礙了學生實踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，本文在CDIO工程教育理念和任務驅動教學法基礎上提出一種開放任務驅動法的教學模式。

2　CDIO教育理念和任務驅動教學法

2.1CDIO一體化教育模式

CDIO一體化教育模式是近年國際工程教育改革的最新成果，CDIO代表構思(conceive)、設計(design)、實現(xiàn)(implement)和運作(operate)，它以產(chǎn)品研發(fā)到產(chǎn)品運行的生命周期為載體 ，讓學生以主動的、實踐的、課程之間有機聯(lián)系的方式學習工程[2-4]。CDIO培養(yǎng)大綱將工程畢業(yè)生的能力分為工程基礎知識、個人能力、人際團隊能力和工程系統(tǒng)能力4個層面，大綱要求以綜合的培養(yǎng)方式使學生在這4個層面達到預定目標[5-7]。

CDIO教育模式改變傳統(tǒng)灌輸式的教學模式，教學過程中更強調學生的主觀能動性，讓學生主動學習、獨立思考、多練習、多實踐、在實踐中學習，改變對教師的依賴性，學生之間進行相互探討、相互啟發(fā)、相互補充、集思廣益、互為導師，強調團隊的協(xié)作能力，所選課題具有一定的工程背景和一定的實際應用價值，強調學生系統(tǒng)能力的培養(yǎng)，培養(yǎng)學生設計工程產(chǎn)品的能力及產(chǎn)品系統(tǒng)的制作能力。提出的12條檢驗標準具有很強的可操作性，它們是：1)以CDIO為基本環(huán)境；2)學習目標；3)一體化教學計劃；4)工程導論；5)設計—實現(xiàn)經(jīng)驗；6)工程實踐場所；7)綜合性學習經(jīng)驗；8)主動學習；9)教師能力的提升；10)教師教學能力的提高；11)學生考核；12)專業(yè)評估。

2.2任務驅動教學法

任務驅動教學法[8-11]是一種建立在建構主義學習理論基礎上的教學法，它將以往以傳授知識為主的傳統(tǒng)教學理念，轉變?yōu)橐越鉀Q問題、完成任務為主的多維互動式的教學理念；將再現(xiàn)式教學轉變?yōu)樘骄渴綄W習，使學生處于積極的學習狀態(tài)，每一位學生都能根據(jù)自己對當前問題的理解，運用共有的知識和自己特有的經(jīng)驗提出方案并解決問題。

2.3二者結合的可行性分析

CDIO一體化教育理念是以產(chǎn)品“構思、設計、實施和運作”全過程為載體培養(yǎng)學生的工程能力，包括學生的終身學習、大系統(tǒng)調控、團隊交流、個人工程技術和科學知識等方面的能力。

任務驅動教學法是建立在建構主義學習理論基礎上的教學法，以解決問題、完成任務為主的多維互動式的教學理念。

二者都有別于以傳授知識為主的傳統(tǒng)教學模式，都強調學生是學習的中心而非知識的被動接受者，學生主動、積極學習而非被動學習，學習除了自身努力還需注重與他人的溝通合作；二者都注重激發(fā)學生的學習興趣，培養(yǎng)學生分析問題、解決問題的能力，提高學生自主學習及與他人協(xié)作的能力等。二者在教學理念上有很多吻合之處，所以把二者有機結合運用到模擬電子技術實驗的教學環(huán)節(jié)中是非常合適的。

3　基于開放任務驅動法課程教學改革

開放任務驅動教學法是引入CDIO教育理念的開放任務式的任務驅動教學法，其基本指導思想是把具體實驗教學任務看作“工程”進行構思、設計、實現(xiàn)和運作：1)給學生指定目標任務，學生根據(jù)已有知識和經(jīng)驗進行構思；2)進行方案設計，根據(jù)現(xiàn)有實驗條件篩選方案，設定子任務，運用相關軟件進行子任務仿真驗證；3)確定設計方案進行硬件實現(xiàn)，運作。

開放任務驅動教學法在運用于模擬電子技術實驗教學時，必須充分考慮課程的實際教學背景。模擬電子技術實驗包括基礎性實驗、設計性實驗和系統(tǒng)性實驗[12]。實驗性質不同，目標任務制定標準亦不同，任務的設定既要涵蓋各個階段的知識點，又要充分考慮學生的知識水平和實踐能力，任務設計盡量有多種方案選擇，具有一定的實際應用背景。

3.1實驗構思

實驗開課前由指導教師給學生發(fā)布教學目標任務，目標任務應盡可能地簡單、明確。學生根據(jù)教師指定的任務、實驗性質及實際情況，按1～3名學生一組組成團隊，根據(jù)已有知識和經(jīng)驗進行任務調研，構思想法，團隊成員之間可以相互探討、相互啟發(fā)、互相學習、互相補充，并確定設計方案。每個任務可以有不止1個設計方案。該環(huán)節(jié)主要培養(yǎng)學生的查閱資料能力和構思能力。

3.2實驗設計

確定任務方案后，進行具體的電路原理圖設計，一般可以采用軟件仿真設計，學生要學會EWB，Multisim[13]等一些仿真軟件的應用。仿真設計過程中，學生根據(jù)自身對任務的理解進行子任務設計(開放子任務)，即除了目標任務要求的測試點，為了對電路進行詳細了解和硬件電路調試需要，學生可設置其他測試點。如BJT共射級電壓放大電路的分析實驗，教師對學生的測量要求為靜態(tài)工作點和輸出點的測量，對其他節(jié)點并無測試要求；而學生在仿真設計時可以將這些節(jié)點作為子任務進行測試。這樣，學生對電路的理解會更加深入，在測試實際硬件電路時，由于各種原因會導致一些故障現(xiàn)象，學生可以有依據(jù)地去查錯、糾錯，評估實驗效果及元器件性能等。方案設計結束后，方案可行性分析可以通過與學生和教師的探討來實現(xiàn)。該環(huán)節(jié)主要培養(yǎng)學生設計能力、分析問題能力以及判斷能力等。

3.3實驗實現(xiàn)

設計的電路通過仿真、論證后，在實驗箱或面包板等硬件平臺上進行搭建與調試。要求學生能夠正確識別和使用電路中的元器件，掌握電路規(guī)范連接方法和技巧，具備電路的調試能力，對電路中存在的故障現(xiàn)象能夠分析、檢查和糾正，對實驗過程中的實驗現(xiàn)象及相關數(shù)據(jù)進行記錄。

實驗實現(xiàn)過程中強調對學生“自主學習”和“協(xié)作學習”能力的培養(yǎng)，讓學生習慣“做中學”，在教師任務和自定子任務驅動下進行實驗，遇到問題不盲目依賴教師，教師亦不能主動幫助學生解決問題，鼓勵學生自我思考，倡導學生之間的討論和交流，使得學生在實驗過程中真正地有所思、有所試、有所爭論、有所改，這樣方能有所得。

3.4實驗運作

實驗完成后，對基礎性實驗和一般設計性實驗，要求學生進行報告總結。報告總結不再是像傳統(tǒng)實驗報告那樣僅僅進行數(shù)據(jù)的簡單處理和思考題解答，應該是對實驗現(xiàn)象和結果進行詳細的分析、總結及提出改進措施、方案。

對系統(tǒng)性的實驗，要求進行實驗總結工作，展示系統(tǒng)設計、實現(xiàn)的成果。首先以團隊為單位對系統(tǒng)性實驗內容、設計思想、技術路線、具體方案實施和存在問題及展望進行匯報；然后由教師或其他同學進行相應的提問；最后課題組中成員進行相應的思考和反思。

3.5實驗評價

實驗評價是對教學成果的一種衡量，是促進教學培養(yǎng)目標實現(xiàn)的一種手段，也是激發(fā)學生學習興趣的有效方法。評價既要包含學生的考核，也要融入教師的自我評價。傳統(tǒng)實驗中對學生的考核往往重結果輕過程，帶有濃厚的教師個人色彩；不同教師成績評定方法也不一樣，往往定性評價，缺乏量化準則，難免帶來成績評定的不公平性。教師的自我評價通常以課程教學小結形式呈現(xiàn)。

根據(jù)CDIO的標準11，考核機制對學習有直接的導向作用，多元(知識+能力)考核項目達到多元的培養(yǎng)目標，應將學生在構思、設計、實現(xiàn)和報告(系統(tǒng)性實驗包括運作)4個環(huán)節(jié)的表現(xiàn)相結合進行綜合評定。為使考核機制更加公平，具備一定的激勵性，引入模糊層次分析法(FAHP)，量化考核指標，定性定量相結合進行成績評定，對學生各個環(huán)節(jié)的能力給予充分肯定，引入附加分——構思附加分、設計附加分、實現(xiàn)附加分和運作附加分，最大限度地激發(fā)學生的潛力和學習興趣。構思評價指標包括調研能力、任務認知度和學習態(tài)度；設計評價指標包括設計能力、子任務設定及測試；實現(xiàn)評價指標包括器件認知、電路布局及連接、個人及協(xié)作能力；運作評價指標包括實驗結果、成果匯報(系統(tǒng)性實驗)和報告撰寫。

根據(jù)CDIO的標準9、10和標準12，通過實踐教學教師的教學能力得到提高，教師的能力得到提升，進行專業(yè)評估。教師的自我評價包括對自己知識結構的反思、能力水平的反思、教育理念的反思、教學設計的反思、課題的組織與管理、學習活動的促進、語言和非語言的溝通，評價學習行為，教學后反省等內容；它不僅是教學的總結和反饋，也是自身能力提升的總結與反饋。把評估結果反饋給學生及其他利益相關者，促進持續(xù)改進，提高教學質量。

4　結束語

CDIO教育理念下開放任務驅動教學法在模擬電子技術實驗中的應用，打破了傳統(tǒng)的實驗教學模式，較好地融合了“構思—設計—實現(xiàn)—運作”的指導思想。通過開放任務式教學方法，學生能夠經(jīng)歷從查閱資料，分析任務，自設任務，電路設計、分析，到進行實驗，發(fā)現(xiàn)問題，解決問題這樣一個系統(tǒng)的、完整的實驗學習過程。

通過系統(tǒng)的學習，不僅可以提高學生運用知識和自身經(jīng)驗分析、研究和解決實際問題的能力，培養(yǎng)學生的團隊協(xié)作能力、表述能力、寫作能力，而且能夠激發(fā)學生的主觀能動性和創(chuàng)新思維，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力和科學的工作作風。

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Reform and Practice of Analog Electronic Technology Experiment Based on the CDIO Concept

LIU Minga，b，ZHOU Junb，DAI Weib

(a.XinglinCollege；b.SchoolofElectricalEngineering，NantongUniversity，Nantong226019，China)

Inresponsetothecurrentproblemsinanalogelectronictechnologyexperimentteaching，thispaperproposestheopeningtask-drivenapproachbasedontheideaofCDIOandtask-drivenapproachtothecoursereform.It’sakindof‘systematicallyimplementtheexperimentaltaskwithengineeringmode’methodtoachievetheteaching，namely，decomposethespecificexperimentaltaskprivately，thenconceive，design，implementandoperate.Theteachingmodedoesnotonlyinspiretheenthusiasmandsubjectiveinitiativeofthestudents，butalsoeffectivelycultivatetheautonomouslearningability，thehand-onskills，teamworkability，analyzingandsolvingtheproblemsability，improvetheteachingeffect.

CDIO；analogelectronictechnology；engineeringeducation；task-driventeachingmethod

2015-05-20；修改日期: 2015-07-09

南通大學教改課題(2013B082)；南通大學杏林學院教育教學項目(2013J215)。

劉明(1981-)，男，碩士，講師，主要從事電工電子類實驗教學及應用研究。

G642.423；TN710.4

Adoi:10.3969/j.issn.1672-4550.2016.04.045