陳 安，于兆勤，彭 端，陳靈敏，杜宇上

(廣東工業(yè)大學實驗教學部，廣東廣州510006)

0 引言

為了落實高校大學生創(chuàng)新行動計劃，整合和利用校內(nèi)優(yōu)質(zhì)實踐教學資源，為學有余力和具有主動實踐意識的學生搭建提高創(chuàng)新意識和實踐能力的平臺，2013年5月我校開設(shè)了電子設(shè)計實踐能力提高班和機器人實踐能力提高班等4個實踐能力提高班，其中電子設(shè)計實踐能力提高班的具體教學由實驗教學部電工電子實驗中心承擔，中心通過筆試、實操和面試選拔了30名優(yōu)秀學生進入提高班學習。

如何更好地提高學生的工程實踐能力是擺在中心教師面前的一個首要問題。中心教師在廣泛查詢國內(nèi)外相關(guān)文獻，汲取國內(nèi)外學者和同行的相關(guān)研究成果和實踐經(jīng)驗，對有關(guān)學校進行調(diào)研的基礎(chǔ)上，決定采用E-CDIO-KS(體驗—構(gòu)思、設(shè)計、實施、運作—知識化，共享)模式對電子設(shè)計實踐能力提高班進行教學，通過1年的實踐，提高班學生的專業(yè)技術(shù)知識、工程實踐能力、團隊合作和交流能力等綜合素質(zhì)都有顯著的提高。

1 E-CDIO-KS教學模式的具體實施

整個電子設(shè)計實踐能力提高班的學習分兩個學期來完成，第一學期實行小班授課，主要學習元器件檢測、焊接訓練、PCB制作、常用電路模塊制作、AVR單片機及擴展電路等實踐課程，學生通過1個學期的基本訓練，掌握一些電路設(shè)計的基本要求和專業(yè)知識，為下個學期的學習打下良好的基礎(chǔ)［1-2]。整個學期的實踐課程內(nèi)容如圖1所示。

圖1 第一學期實踐課程內(nèi)容結(jié)構(gòu)

第二學期實行分組制作，4到5名學生1組，每組指定一個負責人。每組學生可在指定的選題中任選1個設(shè)計題目，也可以根據(jù)自己的想法自選題目，自選題目的小組需先給出一個完整的設(shè)計方案。在整個設(shè)計過程中，教師只是提綱挈領(lǐng)地給學生指引搜集資料的方向，學生遇到實際問題時再進行單獨答疑。

在具體的教學過程中，學校主講教師主要負責設(shè)定教學目標、邀請校外教師、補充相關(guān)基礎(chǔ)知識、課堂組織協(xié)調(diào)、實踐活動設(shè)計、評價方式制定及實施和學生間的互動組織等［3]。由多位課內(nèi)課外教師共同完成課程全部內(nèi)容的講授，并且邀請相關(guān)電子企業(yè)的工程師或創(chuàng)業(yè)成功的校友來校開展系列講座，以彌補教學質(zhì)量受限于教師水平的缺陷。

E-CDIO-KS教學模式貫穿于整個教學過程中，具體體現(xiàn)如下。

(1)在E(體驗)環(huán)節(jié)中，講敘具體產(chǎn)品(如開關(guān)電源、信號發(fā)生器)的制造時，我們通過聯(lián)系，安排學生去相關(guān)企業(yè)參觀學習，這樣校外教師在講授相關(guān)電子產(chǎn)品知識時，學生會有更直觀更深刻的感觸。例如信號發(fā)生器是學生在模擬電子技術(shù)實驗中經(jīng)常要用到的一種儀器，在學期末我們通過聯(lián)系廣州地區(qū)的信號源生產(chǎn)廠家，讓提高班的學生去廠家進行參觀學習，學生通過參觀生產(chǎn)線上信號源各模塊的組裝、整機調(diào)試及現(xiàn)場工程師的講解，對信號源的生產(chǎn)過程有了切身體會，回到實驗室用信號源調(diào)試電路時，如果信號源出現(xiàn)一些小故障，都可以自行解決。

(2)CDIO(構(gòu)思、設(shè)計、實施和運作)環(huán)節(jié)，是整個模式的核心環(huán)節(jié)。在學習過程中教師為學生提供輔助資源，如通過課堂上講解電子產(chǎn)品(例如開關(guān)電源、信號發(fā)生器)的基本原理及發(fā)展趨勢，啟發(fā)學生發(fā)現(xiàn)創(chuàng)新點，形成良好的構(gòu)思;通過講解電子產(chǎn)品開發(fā)流程和設(shè)計的關(guān)鍵因素，鼓勵學生做中學、學中做，發(fā)揮主觀能動性。在CDIO整個過程中，如果學生有好的創(chuàng)意，根據(jù)學生的需求，開放實驗室和購置所需器材進行具體的實物制作。

(3)K(知識化)和S(共享)環(huán)節(jié)貫穿整個學習過程中，通過知識共享，學生才能更系統(tǒng)的建構(gòu)自己的思維。在基于E-CDIO-KS的教學模式下，采用面授為主，網(wǎng)絡為輔的混合學習模式，提倡學生自主學習并通過使用網(wǎng)絡教學平臺的資源實現(xiàn)知識積累、知識共享(集體共享或個性化共享)、知識交流(師生交流、生生交流、人機交流)以及知識創(chuàng)新(隱顯性知識轉(zhuǎn)化)等。舉辦電子設(shè)計實踐能力提高班學習論壇，教師和學生可以在論壇上交流學習問題和心得體會，教師可以答疑解惑。利用論壇可提供非實時答疑，方便師生互動交流。

總之，學生在E階段感性地體驗產(chǎn)品的實際生產(chǎn)過程和學習知識，教師和企業(yè)工程師發(fā)揮指導輔助的作用;在CDIO階段學生通過實踐所學到的知識，提升自己發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力;KS階段實現(xiàn)知識共享，促進學生構(gòu)建自己的思維。

2 E-CDIO-KS模式下學期作品制作

根據(jù)電子設(shè)計實踐能力提高班的教學計劃，在第二學期，我們把學生分成信號發(fā)生器組、開關(guān)電源組和無線通信組等若干個小組，每個小組需要根據(jù)各自的課題任務要求，完成相應的實物制作。

以信號發(fā)生器組為例，設(shè)計的核心問題是信號的控制問題，其中包括信號頻率、種類以及強度的控制。根據(jù)題目要求，信號發(fā)生器小組查閱相關(guān)資料，結(jié)合第一學期所學的專業(yè)基礎(chǔ)知識，提出四種實現(xiàn)方案:①采用555集成芯片函數(shù)發(fā)生器，555芯片可以產(chǎn)生可變的正弦波、方波、三角波及實現(xiàn)頻率控制，但產(chǎn)生的頻率較低;②采用低溫漂、低失真、高線性單片壓控函數(shù)發(fā)生器ICL8038，產(chǎn)生頻率(0.001～300 kHz)可變的正弦波、三角波、方波及數(shù)控頻率調(diào)整。但是，由于ICL8038自身的限制，輸出頻率穩(wěn)定度不是很高，而且，由于壓控的非線性，頻率步進的步長控制比較困難;③采用MAX038函數(shù)發(fā)生器，MAX038是一個精密高頻波形產(chǎn)生器。能精密地產(chǎn)生三角波、鋸齒波、矩形波(含方波)和正弦波信號，頻率范圍為0.1 Hz～20 MHz)。但此芯片目前已經(jīng)停產(chǎn)且價格比較貴;④采用DDS(直接數(shù)字式頻率合成器)波形發(fā)生技術(shù)，選用AD9851和單片機相結(jié)合的方式實現(xiàn)對頻率的控制。AD9851高速DDS芯片時鐘頻率可達180 MHz，輸出頻率可達70 MHz，分辨率為0.04 Hz。

綜合分析以上四種實現(xiàn)方法的性價比，信號發(fā)生器小組采用DDS芯片AD9851來設(shè)計信號發(fā)生器。整個硬件電路主要由AD9851為核心的DDS模塊、單片機為核心的按鍵LCD顯示控制模塊、濾波模塊、供電模塊以及通信模塊等構(gòu)成。整個設(shè)計過程中，從方案比較到理論計算、從畫原理圖到PCB、從焊接到軟件編程及最終的實物制作和調(diào)試，都充分體現(xiàn)了CDIO教育理念。學生制作的信號發(fā)生器實物和頻率顯示如圖2和圖3所示。

圖2 信號發(fā)生器

圖3 信號發(fā)生器頻率顯示

整個設(shè)計完成后，不同小組之間的學生可以相互交流心得體會，并把在設(shè)計過程中遇到的問題以及解決的方法放到電子設(shè)計能力提高班論壇上，實現(xiàn)知識共享［5]。

在學期末，我們要求學生提交設(shè)計和總結(jié)報告及相應的實物作品。報告需包含:①方案比較、設(shè)計與論證;②理論分析與計算;③電路圖及有關(guān)設(shè)計文件;④測試方法與儀器;⑤測試數(shù)據(jù)及測試結(jié)果分析。

實物作品在提交時需在實驗室現(xiàn)場演示，教師根據(jù)設(shè)計報告的內(nèi)容對學生進行提問，最后根據(jù)現(xiàn)場演示的結(jié)果及學生回答問題的情況對學生進行綜合評分。

3 E-CDIO-KS教學模式的實施效果

E-CDIO-KS教學模式在電子設(shè)計實踐能力提高班的教學中實施了1年多，新的教學方法得到學生的支持，取得了很好的教學效果:

(1)激發(fā)了學生的學習興趣，主動參與的熱情非常高。在整個學習期間，學生經(jīng)常中午和晚上都沉浸在實驗室里，有時候為了調(diào)試一個程序很晚才回寢室。當其學期作品達到預期效果后，他們會為此感到非常自豪。

(2)提高了學生的實踐技能、分析和解決問題的工程能力。通過設(shè)計方案的比較、計算機輔助設(shè)計軟件的使用、印制電路板的制作和電路的安裝與調(diào)試，使學生獲得一次較為系統(tǒng)的訓練。在訓練過程中，電路的仿真設(shè)計和電路調(diào)試時的故障排除都是理論與實際相結(jié)合的重要體驗，縮短了學生與實際工程的距離，對他們今后的發(fā)展有很大促進作用。

(3)增強了學生的創(chuàng)新能力及科技創(chuàng)新的自信心。提高班的學生開始主動與教師聯(lián)系，積極申請參加學校組織的各種電子競賽和項目，如大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目和大學生電子設(shè)計大賽等等。

4 結(jié)語

基于E-CDIO-KS模式的教學在電子設(shè)計實踐能力提高班中的實踐，有效培養(yǎng)了學生的自主學習能力、信息分析綜合能力、創(chuàng)新意識、動手能力和團隊合作精神。新教學方法的實施，使教師的綜合業(yè)務素質(zhì)也得到增強。E-CDIO-KS模式是一個比較新的創(chuàng)新模式，有利于學生個人能力的提升，但還未得到大規(guī)模的應用，以后的研究中要深入提取該模式的內(nèi)涵，并進行進一步的具體實踐，從中發(fā)現(xiàn)潛在的問題及有利因素，進行不斷的完善。

［1] 顧佩華.從CDIO到EIP-CDIO-汕頭大學工程教育與人才培養(yǎng)模式探討［J] .武漢，高等工程教育研究，2008，12(1):12-19

［2] 王偉，王殿君，申愛明，等.基于CDIO人才培養(yǎng)模式的機械電子工程專業(yè)實踐教學體系的改革與探索田［J] .蕪湖，安徽師范人學學報(自然科學版)，2010，33(2):136-138.

［3] 周燕，淮文軍.電子設(shè)計競賽中CDIO教學模式的設(shè)計與實踐［J] .蘇州，蘇州市職業(yè)人學學報，2010，21(2):71-73.

［4] 康亮，洪曉鷗，陳冠玲.CDIO教育模式在學生課外科技競賽中的應用與探討［J] .上海，實驗室研究與探索，2012，31(2):128-130，147.

［5] 田海梅，朱保平，陳愛萍.基于CDIO模式的綜合項目改革的實踐［J] .北京，實驗技術(shù)與管理，2011，28(4):130-132.