岳 姝

(唐山學(xué)院 智能與信息工程學(xué)院，河北 唐山063000)

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基于CDIO工程教育理念的電子信息類專業(yè)基礎(chǔ)課程群改革

岳 姝

(唐山學(xué)院 智能與信息工程學(xué)院，河北 唐山063000)

為加強(qiáng)對學(xué)生的工程能力培養(yǎng)，借鑒CDIO工程教育理念，以電子信息類基礎(chǔ)課程群為改革對象，構(gòu)建課程群一體化教學(xué)大綱和項(xiàng)目實(shí)例庫，將基于實(shí)例的教學(xué)方法和多層次的實(shí)驗(yàn)應(yīng)用于教學(xué)實(shí)踐，力求使學(xué)生的理論知識和工程實(shí)踐能力獲得平衡發(fā)展。實(shí)踐表明，基于CDIO工程教育理念的專業(yè)基礎(chǔ)課教學(xué)模式，有利于調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，有效改善教學(xué)環(huán)境，提升學(xué)生的工程創(chuàng)新意識和工程應(yīng)用能力。

CDIO模式；電子信息專業(yè)；課程群改革

0 引言

隨著大數(shù)據(jù)、云計算等新技術(shù)的出現(xiàn)，我國社會已進(jìn)入到信息化深入發(fā)展階段，國家“十三五”規(guī)劃剛要提出建設(shè)創(chuàng)新型社會，將創(chuàng)新作為國家發(fā)展的第一動力。在此大背景下，社會對信息類工程人才提出了新的要求：不僅要具備對所學(xué)知識的理解和應(yīng)用能力，還應(yīng)該具備專業(yè)的系統(tǒng)性能力和創(chuàng)新精神[1]。為適應(yīng)這種變化，傳統(tǒng)的工程教育教學(xué)模式應(yīng)該作出相應(yīng)改革，學(xué)生的工程綜合能力和創(chuàng)新精神需要進(jìn)一步提升，以滿足社會發(fā)展對信息技術(shù)人才的需求。

“電路原理”“模擬電子技術(shù)”“數(shù)字電子技術(shù)”是電子信息類專業(yè)基礎(chǔ)課，作為入門課程，在電子信息類專業(yè)課程體系中占有重要地位。學(xué)生從專業(yè)基礎(chǔ)課程開始接觸工程教育理念，課程的工程教育質(zhì)量和理念直接決定學(xué)生在專業(yè)學(xué)習(xí)的開始階段就接受良好的工程訓(xùn)練，以順利進(jìn)入后續(xù)課程的學(xué)習(xí)和實(shí)踐。因此，工程能力培養(yǎng)和創(chuàng)新教育應(yīng)該從專業(yè)基礎(chǔ)課開始。為此，筆者以電子信息類專業(yè)基礎(chǔ)課程群為改革對象，引入國際工程教育模式CDIO，借鑒其先進(jìn)的工程教育理念，彌補(bǔ)傳統(tǒng)課程工程能力教學(xué)的不足，以提升專業(yè)基礎(chǔ)課教學(xué)水平。

CDIO是由CDIO工程教育國際合作組織于2004年創(chuàng)立的工程教育模式，CDIO即構(gòu)思(Conceive)、設(shè)計(Design)、實(shí)現(xiàn)(Implement)和運(yùn)作(Operate)。構(gòu)思是指確定產(chǎn)品需求、技術(shù)和開發(fā)理念；設(shè)計是指創(chuàng)建系統(tǒng)實(shí)施的方法和算法；實(shí)現(xiàn)是指完成從設(shè)計到產(chǎn)品的轉(zhuǎn)變過程；運(yùn)作則是指系統(tǒng)的維護(hù)、改造等。CDIO將工程師的產(chǎn)品創(chuàng)新過程作為教育的背景環(huán)境，一體化統(tǒng)籌制定專業(yè)教學(xué)要求和課程體系，采用基于項(xiàng)目、案例的教學(xué)方法，協(xié)調(diào)學(xué)生的理論知識、工程實(shí)踐能力和人際交往能力間的平衡，將工程教育置于一個基于經(jīng)驗(yàn)學(xué)習(xí)的連續(xù)的過程之中，較好地解決工程教育中理論知識與實(shí)踐能力之間的平衡問題[2]，其模式符合創(chuàng)新型社會對人才培養(yǎng)的要求，是培養(yǎng)創(chuàng)新型工程人才的有效途徑和較好選擇。

1 電子信息類基礎(chǔ)課程群改革的具體做法

借鑒CDIO工程教育理念，以理論知識與工程能力并重為原則，以強(qiáng)化培養(yǎng)工程實(shí)踐能力和工程創(chuàng)新能力為目標(biāo)，重構(gòu)電子信息類基礎(chǔ)課程群一體化教學(xué)大綱，采用基于實(shí)例的教學(xué)方法，開展多層次的項(xiàng)目式實(shí)踐活動，著力培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力，設(shè)置多元的課程考核方式，從多角度對學(xué)生的知識、能力做出評價，以期學(xué)生的理論知識、工程能力和個人素質(zhì)得到提升和協(xié)調(diào)發(fā)展。

1.1 構(gòu)建一體化課程群教學(xué)大綱

一體化課程群教學(xué)大綱包含兩方面內(nèi)容：課程知識結(jié)構(gòu)的一體化、知識與能力的一體化。知識結(jié)構(gòu)的一體化就是統(tǒng)籌制定在課程群層面的教學(xué)大綱，以專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)為導(dǎo)向。筆者在研究國內(nèi)外相關(guān)課程教學(xué)內(nèi)容的基礎(chǔ)上，從課程群一體化的角度出發(fā)，對三門課程內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)化整合，各門課程大綱的改變體現(xiàn)在以下方面。

1.1.1 “電路原理”課程大綱

①刪除了線性電路的頻域分析、動態(tài)電路的沖激響應(yīng)等與信號系統(tǒng)課程重疊的內(nèi)容；②改變了以能量處理電路分析為主的現(xiàn)狀，提高了信號處理功能電路在課程中的比重，兼顧電路能量處理與信號處理兩方面的功能；③引入了模擬信號與數(shù)字信號的概念，拓展電路分析范圍；④從電路分析的角度引入MOSFET元件，將MOSFET反相器以晶體管應(yīng)用的形式提出，建立門電路的概念，將電路原理與模擬器件、數(shù)字器件同時討論；⑤強(qiáng)化了非線性電路分析的要求，明確了對非線性電路的分段線性化、小信號分析法的要求；⑥引入電路分析和設(shè)計仿真工具。

“電路原理”課程大綱的制訂原則是要更好地發(fā)揮基礎(chǔ)課的功能作用。一個主要的改革點(diǎn)是將晶體管和門電路引入課程，因?yàn)閷?shí)際應(yīng)用電路中，多端元件和集成電路已經(jīng)成為電路的主要構(gòu)成器件，而“電路原理”以電阻、電容、電感三大基本元件為討論對象，已經(jīng)嚴(yán)重脫離工程實(shí)際，晶體管和門電路的引入，將模擬、數(shù)字單元電路與電路理論結(jié)合起來，既有利于學(xué)生建立現(xiàn)代電路的概念，使理論緊密結(jié)合工程實(shí)際，又為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)，發(fā)揮了“電路原理”先導(dǎo)課程的基礎(chǔ)功能作用，同時為“電路原理”課程的受控源模型提供了工程實(shí)例。

1.1.2 “模擬電子技術(shù)”課程大綱

①總體上相對削弱了對電子技術(shù)基礎(chǔ)理論的要求，加強(qiáng)了電路實(shí)際應(yīng)用能力的要求，特別是集成電路應(yīng)用能力的要求；②由于在后續(xù)課程設(shè)置上，有些專業(yè)方向不開設(shè)感測技術(shù)課程，為此，將以運(yùn)算放大器構(gòu)成的測量放大器、隔離放大器、溫度測量電路作為基本測量電路引入到“模擬電子技術(shù)”課程中；③引入采樣保持電路和簡化的模-數(shù)轉(zhuǎn)換電路，為數(shù)字電路的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)；④增強(qiáng)了對電路頻率特性的分析要求；⑤增加了簡單電路故障診斷與排除的內(nèi)容；⑥增加了電路的仿真分析與設(shè)計能力的要求。

“模擬電子技術(shù)”課程大綱的制訂以結(jié)合工程實(shí)際、提高學(xué)生的應(yīng)用和設(shè)計能力為原則，主要增強(qiáng)了對集成電路應(yīng)用、簡單電路故障診斷排除和仿真設(shè)計能力的要求。因?yàn)樵趯?shí)際應(yīng)用中，運(yùn)算放大器、有源濾波器是模擬電路的主角，所以，集成電路的應(yīng)用應(yīng)該成為“模擬電子技術(shù)”課程的重要內(nèi)容，電路故障分析和排除也應(yīng)該是需要學(xué)生了解的內(nèi)容，而提高設(shè)計能力則必須要掌握仿真軟件。此外，將采樣保持電路和簡化的模-數(shù)轉(zhuǎn)換電路在“數(shù)字電子技術(shù)”課程提前講授，目的在于使學(xué)生提前了解模擬與數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換關(guān)系，為后續(xù)課程學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。

1.1.3 “數(shù)字電子技術(shù)”課程大綱

①壓縮了在先導(dǎo)課程中已經(jīng)建立的概念和出現(xiàn)過的器件內(nèi)容；②總體上加強(qiáng)了電路設(shè)計能力的要求；③將課內(nèi)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容以電路分析為主改變?yōu)橐噪娐吩O(shè)計為主；④增加了數(shù)字電路的仿真分析與設(shè)計能力的要求。

由于在先導(dǎo)課程中已經(jīng)建立了數(shù)字信號、門電路等基本概念，因此學(xué)生可以快速進(jìn)入數(shù)字電路的學(xué)習(xí)。在“數(shù)字電子技術(shù)”課程大綱制訂中，“數(shù)字電子技術(shù)”作為課程群終端課程，主要的出發(fā)點(diǎn)是提高學(xué)生的綜合設(shè)計能力。

上述大綱的制定都特別增加了對學(xué)生能力培養(yǎng)的要求。在各門課程大綱的每個章節(jié)都規(guī)定了學(xué)生運(yùn)用原理或方法對問題的求解所應(yīng)該達(dá)到的具體能力；在實(shí)驗(yàn)大綱中則提出了對具體電量、參數(shù)等的測量和對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析、解釋所應(yīng)達(dá)到能力的要求。

1.2 建立課程實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目庫

通過篩選與課程知識點(diǎn)相匹配的工程項(xiàng)目，建立多層次的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目庫，將項(xiàng)目與理論知識相融合，分布在課程群教學(xué)的各個階段。項(xiàng)目分為三類：課內(nèi)外實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、課程綜合項(xiàng)目和課程群綜合項(xiàng)目。

1.2.1 課內(nèi)外實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目

課內(nèi)實(shí)驗(yàn)要改變以驗(yàn)證性試驗(yàn)為主的現(xiàn)狀，增加設(shè)計性實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容。為彌補(bǔ)課內(nèi)實(shí)驗(yàn)的不足，增加課外實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。課外實(shí)驗(yàn)是單一內(nèi)容的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，屬于學(xué)生自主性實(shí)驗(yàn)，老師只起引導(dǎo)作用，課外實(shí)驗(yàn)形式靈活多樣，學(xué)生可以重復(fù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，便于學(xué)生鍛煉動手能力、進(jìn)行主動學(xué)習(xí)和探索式學(xué)習(xí)，實(shí)現(xiàn)在“做中學(xué)”的CDIO工程教育理念。

1.2.2 課程綜合項(xiàng)目

它是在一門課程結(jié)束后進(jìn)行的綜合實(shí)踐活動，目的是對課程多個知識點(diǎn)的綜合和總結(jié)，以鍛煉學(xué)生的學(xué)科綜合能力。綜合項(xiàng)目也可以拆分成多個實(shí)踐項(xiàng)目，分布在課程學(xué)習(xí)過程中進(jìn)行，課程結(jié)束后綜合成一個完整的項(xiàng)目。

1.2.3 課程群綜合項(xiàng)目

它是一個小型的“設(shè)計-實(shí)現(xiàn)”項(xiàng)目，目的是綜合多門課程知識，通過這個小型工程項(xiàng)目將多門課程知識聯(lián)系起來，鍛煉學(xué)生“構(gòu)思、設(shè)計、實(shí)現(xiàn)和運(yùn)作”的系統(tǒng)思維能力。

1.3 構(gòu)建基于工程實(shí)例的課堂教學(xué)模式

在課堂教學(xué)中，采用實(shí)例教學(xué)法，將工程實(shí)例作為單元內(nèi)容的引導(dǎo)或問題提出，在單元內(nèi)容結(jié)束后，運(yùn)用單元所學(xué)原理或方法對實(shí)例中提出的問題進(jìn)行描述和抽象，以及定性和定量分析，最后解決該問題。在課堂教學(xué)中，通過實(shí)例將工程問題與相關(guān)理論知識聯(lián)系起來，使學(xué)生了解所學(xué)理論可以解決什么樣的問題和如何解決問題，強(qiáng)化其工程意識和能力。為鼓勵和激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，在課堂教學(xué)中，教師會提出不同層次的教學(xué)要求，學(xué)生可以根據(jù)自己的基礎(chǔ)和能力選擇適宜的層次，使每位學(xué)生都有明確的學(xué)習(xí)目標(biāo)。

1.4 課程考核

考核包含理論知識考核與實(shí)踐能力考核。理論知識考核除了期末考試外，增加學(xué)習(xí)過程考核。在課程進(jìn)行的不同階段設(shè)置小型階段測驗(yàn)，測驗(yàn)的目的是對該階段知識學(xué)習(xí)的總結(jié)、回顧和對學(xué)生學(xué)習(xí)的督促。過程考核有助于學(xué)生及早進(jìn)入學(xué)習(xí)狀態(tài)，有效促進(jìn)其學(xué)習(xí)，也有利于師生雙方及時發(fā)現(xiàn)并糾正教學(xué)中的問題。課程理論知識的最終成績應(yīng)該是過程考核成績與期末成績的綜合。

實(shí)踐環(huán)節(jié)的考核包括課內(nèi)實(shí)驗(yàn)考核與綜合實(shí)踐項(xiàng)目的考核。課內(nèi)實(shí)驗(yàn)考核主要考核學(xué)生實(shí)際操作能力及對數(shù)據(jù)的處理和分析能力；綜合實(shí)踐項(xiàng)目的考核主要考核“構(gòu)思-設(shè)計-實(shí)現(xiàn)”的能力，包括設(shè)計方案的制定、方案的仿真和實(shí)現(xiàn)，該環(huán)節(jié)反映學(xué)生系統(tǒng)思維能力、工程設(shè)計能力和綜合實(shí)踐能力，需要劃分項(xiàng)目或?qū)嶒?yàn)的難度層次，依據(jù)層次、設(shè)計水平和實(shí)驗(yàn)結(jié)果給出比較客觀的、體現(xiàn)學(xué)生能力的考核結(jié)果。實(shí)踐考核也需要注重過程考核，可將項(xiàng)目分解為多個階段：問題描述、模型抽象、定性和定量分析、解決方案、實(shí)驗(yàn)和實(shí)現(xiàn)的結(jié)果等，并分別給出評定，以突出工程能力考核的理念。

2 基于CDIO理念的課程教學(xué)相對于傳統(tǒng)課程教學(xué)的比較優(yōu)勢

2.1 一體化整合優(yōu)化課程內(nèi)容

課程群是學(xué)科課程體系的模塊劃分，不同課程的知識具有明確的聯(lián)系和相互支撐作用，但在傳統(tǒng)課程體系下，多注重課程自身的完備性和各自的教學(xué)要求，導(dǎo)致單門課程內(nèi)容相對封閉，課程間內(nèi)容聯(lián)系松散、重疊、銜接不暢。在CDIO教學(xué)模式下，通過一體化課程群大綱整合課程內(nèi)容，消除了課程間的壁壘和知識的簡單重復(fù)，補(bǔ)充缺失的知識點(diǎn)，理順前后課程知識間的關(guān)系，使先修與后續(xù)課程過渡順暢，課程內(nèi)容逐次遞進(jìn)、融合貫通。

2.2 實(shí)例化課堂教學(xué)使理論與工程應(yīng)用結(jié)合

在傳統(tǒng)課程體系下，基礎(chǔ)課多注重理論性，與實(shí)踐的結(jié)合較松散，不利于學(xué)生工程能力的培養(yǎng)。CDIO教學(xué)模式下的實(shí)例化課堂教學(xué)，能將模塊知識點(diǎn)與簡化的工程實(shí)例進(jìn)行匹配，每個實(shí)例應(yīng)用的知識點(diǎn)不多，但都來源于工程或生活實(shí)際，并緊扣理論知識主題，通過實(shí)例教學(xué)使學(xué)生了解理論知識的實(shí)際工程意義。

2.3 在多層次的實(shí)踐教學(xué)中使學(xué)生獲得工程實(shí)踐能力

在傳統(tǒng)模式下，課程實(shí)驗(yàn)的形式單一，內(nèi)容以驗(yàn)證性為主，導(dǎo)致學(xué)生的工程能力不足[3]。在CDIO教學(xué)模式下，通過多層次的項(xiàng)目式實(shí)踐教學(xué)活動，為學(xué)生創(chuàng)造更多的參與實(shí)踐鍛煉的機(jī)會和條件，通過實(shí)踐使學(xué)生置身于客觀環(huán)境中，從而獲得實(shí)踐的經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)而深層理解理論知識，理解理論與實(shí)踐的聯(lián)系和局限[4]，最終獲得工程能力和工程創(chuàng)新的靈感。

2.4 多角度評價學(xué)生能力

學(xué)生能力的評價結(jié)果是反映教學(xué)效果的重要指標(biāo)，在傳統(tǒng)教學(xué)模式下，學(xué)生能力的評價方式單一。在CDIO教學(xué)模式下，針對課程的不同環(huán)節(jié)設(shè)計不同的考核方式，可以對預(yù)期的學(xué)習(xí)效果進(jìn)行比較全面的評定。

2.5 促進(jìn)學(xué)生多種能力平衡發(fā)展

工程師的工程創(chuàng)新過程需在一定的環(huán)境中進(jìn)行，技術(shù)的口頭交流與工作的團(tuán)隊協(xié)作是工程師工作的重要組成部分。在CDIO工程教育理念中，將個人能力和人際交往能力統(tǒng)稱為通用能力，而這種通用能力與系統(tǒng)的“設(shè)計-實(shí)現(xiàn)”能力是相互支撐的關(guān)系[5]，因此，在以小組為單位的實(shí)踐活動中，同學(xué)間的討論、思想的碰撞可能產(chǎn)生創(chuàng)新的靈感和火花，同時，學(xué)生對工程的熱愛、同學(xué)間的溝通能力和團(tuán)隊精神也會得到鍛煉和培養(yǎng)。在CDIO模式下，將個人能力、人際交往能力和學(xué)科知識進(jìn)行有機(jī)融合，可以使學(xué)生在項(xiàng)目實(shí)踐過程中獲得雙重效果[4]。

3 結(jié)語

引進(jìn)先進(jìn)的CDIO工程教育理念，重構(gòu)電子信息類專業(yè)基礎(chǔ)課程群教學(xué)模式，著力加強(qiáng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力培養(yǎng)，可以改變傳統(tǒng)教學(xué)的工程和創(chuàng)新能力培養(yǎng)不足的現(xiàn)狀，改善學(xué)生的知識結(jié)構(gòu)，提高工程教學(xué)質(zhì)量，使學(xué)生的知識、能力和素質(zhì)達(dá)到平衡發(fā)展。

電子信息類專業(yè)基礎(chǔ)課程群的改革還需要在實(shí)踐中不斷改進(jìn)與完善，要培養(yǎng)滿足時代要求、具有創(chuàng)新精神和工程能力的信息類工程人才，還需要進(jìn)一步加強(qiáng)教學(xué)的軟硬件建設(shè)，尤其需要提升教師本身的工程能力和創(chuàng)新意識，這也將是今后電子信息類基礎(chǔ)課改革的重點(diǎn)。

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(責(zé)任編校：夏玉玲)

On the Reform of Major Basic Course Group for Electronic Information Based on CDIO

YUE Shu

(College of Intelligence and Information Engineering， Tangshan University， Tangshan 063000，Chain)

Based on CDIO， the author of this paper has constructed an integrated curriculum syllabus for the course group of electronic information and a project library and applied case-based teaching methods and multi-level experiments in teaching practice， so as to strengthen the students’ theoretical knowledge and engineering competence. The results show that this CDIO-based teaching approach helps to arouse the students’ enthusiasm， improve the teaching environment， and enhance the students’ engineering innovation consciousness and engineering competence.Key Words： CDIO； electronic information； course group reform

岳姝(1958-)，女，河北赤城人，副教授，主要從事電路理論和圖像處理研究。

G642.0

A

1672-349X(2016)05-0090-04

10.16160/j.cnki.tsxyxb.2016.06.022