劉　明，周　俊，戴　偉

(南通大學(xué)　a.杏林學(xué)院；b.電氣工程學(xué)院，江蘇 南通 226019)

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CDIO理念下的模擬電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革

劉明a，b，周俊b，戴偉b

(南通大學(xué)a.杏林學(xué)院；b.電氣工程學(xué)院，江蘇 南通 226019)

針對目前模擬電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的問題，結(jié)合CDIO工程教育理念和任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法，提出一種開放任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法，并運(yùn)用到該課程的教學(xué)改革中。介紹了采用開放任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法，對實(shí)驗(yàn)任務(wù)進(jìn)行構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)和運(yùn)行的全過程。實(shí)踐表明，該教學(xué)模式能夠充分調(diào)動學(xué)生的積極性和主觀能動性，培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)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(xué)效果。

CDIO教學(xué)模式；模擬電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)；工程教育；任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法

模擬電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)課程是高等理工科院校電類各專業(yè)學(xué)生必修的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，既是模擬電子技術(shù)理論課程的應(yīng)用和實(shí)踐[1]，又為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)和電子技術(shù)的應(yīng)用打好基礎(chǔ)，為培養(yǎng)學(xué)生成為實(shí)用的高素質(zhì)人才打好基礎(chǔ)。

1　課程教學(xué)現(xiàn)狀

南通大學(xué)模擬電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)經(jīng)歷了數(shù)次整合，目前分為課內(nèi)實(shí)驗(yàn)和獨(dú)立設(shè)課實(shí)驗(yàn)兩大類。其中課內(nèi)實(shí)驗(yàn)24學(xué)時，主要針對普通本科；獨(dú)立設(shè)課實(shí)驗(yàn)32學(xué)時，主要針對杏林學(xué)院。授課對象較為廣泛。

模擬電子技術(shù)理論難懂，實(shí)驗(yàn)難做，如何通過理論與實(shí)踐相結(jié)合，使學(xué)生易于學(xué)習(xí)一直是教學(xué)改革的努力方向；然而多年來模擬電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)一直采用“教師為主，學(xué)生為輔”“以教定學(xué)”的被動式教學(xué)模式：1)課前預(yù)習(xí)，學(xué)生按照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書中的器材、原理、目的、內(nèi)容等進(jìn)行摘抄，預(yù)習(xí)效果難以考核或時間不允許進(jìn)行詳細(xì)核查，預(yù)習(xí)效果難以達(dá)到教學(xué)要求；2)課上，教師進(jìn)行簡單的講述，學(xué)生按照教師要求進(jìn)行線路連接和測量，學(xué)生“搭積木”式的實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)機(jī)械性明顯，學(xué)生查錯、糾錯能力差；3)課后，書寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告，處理數(shù)據(jù)和完成思考題。一方面，在教學(xué)理念上，重理論輕實(shí)踐，把實(shí)驗(yàn)教學(xué)當(dāng)成理論教學(xué)的輔助手段，實(shí)驗(yàn)教學(xué)得不到應(yīng)有的重視；另一方面，傳統(tǒng)的教學(xué)模式使得學(xué)生學(xué)習(xí)處于被動狀態(tài)，難以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，學(xué)生實(shí)踐能力得不到提高；最終導(dǎo)致部分學(xué)生對實(shí)驗(yàn)抱著敷衍了事的心態(tài)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量得不到提高?？梢?，傳統(tǒng)的模擬電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式已經(jīng)阻礙了學(xué)生實(shí)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(wù)驅(qū)動教學(xué)法基礎(chǔ)上提出一種開放任務(wù)驅(qū)動法的教學(xué)模式。

2　CDIO教育理念和任務(wù)驅(qū)動教學(xué)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(gòu)思(conceive)、設(shè)計(jì)(design)、實(shí)現(xiàn)(implement)和運(yùn)作(operate)，它以產(chǎn)品研發(fā)到產(chǎn)品運(yùn)行的生命周期為載體 ，讓學(xué)生以主動的、實(shí)踐的、課程之間有機(jī)聯(lián)系的方式學(xué)習(xí)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(chǔ)知識、個人能力、人際團(tuán)隊(duì)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(xué)生在這4個層面達(dá)到預(yù)定目標(biāo)[5-7]。

CDIO教育模式改變傳統(tǒng)灌輸式的教學(xué)模式，教學(xué)過程中更強(qiáng)調(diào)學(xué)生的主觀能動性，讓學(xué)生主動學(xué)習(xí)、獨(dú)立思考、多練習(xí)、多實(shí)踐、在實(shí)踐中學(xué)習(xí)，改變對教師的依賴性，學(xué)生之間進(jìn)行相互探討、相互啟發(fā)、相互補(bǔ)充、集思廣益、互為導(dǎo)師，強(qiáng)調(diào)團(tuán)隊(duì)的協(xié)作能力，所選課題具有一定的工程背景和一定的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，強(qiáng)調(diào)學(xué)生系統(tǒng)能力的培養(yǎng)，培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計(jì)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(yàn)標(biāo)準(zhǔn)具有很強(qiáng)的可操作性，它們是：1)以CDIO為基本環(huán)境；2)學(xué)習(xí)目標(biāo)；3)一體化教學(xué)計(jì)劃；4)工程導(dǎo)論；5)設(shè)計(jì)—實(shí)現(xiàn)經(jīng)驗(yàn)；6)工程實(shí)踐場所；7)綜合性學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)；8)主動學(xué)習(xí)；9)教師能力的提升；10)教師教學(xué)能力的提高；11)學(xué)生考核；12)專業(yè)評估。

2.2任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法

任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法[8-11]是一種建立在建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論基礎(chǔ)上的教學(xué)法，它將以往以傳授知識為主的傳統(tǒng)教學(xué)理念，轉(zhuǎn)變?yōu)橐越鉀Q問題、完成任務(wù)為主的多維互動式的教學(xué)理念；將再現(xiàn)式教學(xué)轉(zhuǎn)變?yōu)樘骄渴綄W(xué)習(xí)，使學(xué)生處于積極的學(xué)習(xí)狀態(tài)，每一位學(xué)生都能根據(jù)自己對當(dāng)前問題的理解，運(yùn)用共有的知識和自己特有的經(jīng)驗(yàn)提出方案并解決問題。

2.3二者結(jié)合的可行性分析

CDIO一體化教育理念是以產(chǎn)品“構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)施和運(yùn)作”全過程為載體培養(yǎng)學(xué)生的工程能力，包括學(xué)生的終身學(xué)習(xí)、大系統(tǒng)調(diào)控、團(tuán)隊(duì)交流、個人工程技術(shù)和科學(xué)知識等方面的能力。

任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法是建立在建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論基礎(chǔ)上的教學(xué)法，以解決問題、完成任務(wù)為主的多維互動式的教學(xué)理念。

二者都有別于以傳授知識為主的傳統(tǒng)教學(xué)模式，都強(qiáng)調(diào)學(xué)生是學(xué)習(xí)的中心而非知識的被動接受者，學(xué)生主動、積極學(xué)習(xí)而非被動學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)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(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題的能力，提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)及與他人協(xié)作的能力等。二者在教學(xué)理念上有很多吻合之處，所以把二者有機(jī)結(jié)合運(yùn)用到模擬電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)環(huán)節(jié)中是非常合適的。

3　基于開放任務(wù)驅(qū)動法課程教學(xué)改革

開放任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法是引入CDIO教育理念的開放任務(wù)式的任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法，其基本指導(dǎo)思想是把具體實(shí)驗(yàn)教學(xué)任務(wù)看作“工程”進(jìn)行構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)和運(yùn)作：1)給學(xué)生指定目標(biāo)任務(wù)，學(xué)生根據(jù)已有知識和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行構(gòu)思；2)進(jìn)行方案設(shè)計(jì)，根據(jù)現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)條件篩選方案，設(shè)定子任務(wù)，運(yùn)用相關(guān)軟件進(jìn)行子任務(wù)仿真驗(yàn)證；3)確定設(shè)計(jì)方案進(jìn)行硬件實(shí)現(xiàn)，運(yùn)作。

開放任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法在運(yùn)用于模擬電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)時，必須充分考慮課程的實(shí)際教學(xué)背景。模擬電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)包括基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)和系統(tǒng)性實(shí)驗(yàn)[12]。實(shí)驗(yàn)性質(zhì)不同，目標(biāo)任務(wù)制定標(biāo)準(zhǔn)亦不同，任務(wù)的設(shè)定既要涵蓋各個階段的知識點(diǎn)，又要充分考慮學(xué)生的知識水平和實(shí)踐能力，任務(wù)設(shè)計(jì)盡量有多種方案選擇，具有一定的實(shí)際應(yīng)用背景。

3.1實(shí)驗(yàn)構(gòu)思

實(shí)驗(yàn)開課前由指導(dǎo)教師給學(xué)生發(fā)布教學(xué)目標(biāo)任務(wù)，目標(biāo)任務(wù)應(yīng)盡可能地簡單、明確。學(xué)生根據(jù)教師指定的任務(wù)、實(shí)驗(yàn)性質(zhì)及實(shí)際情況，按1～3名學(xué)生一組組成團(tuán)隊(duì)，根據(jù)已有知識和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行任務(wù)調(diào)研，構(gòu)思想法，團(tuán)隊(duì)成員之間可以相互探討、相互啟發(fā)、互相學(xué)習(xí)、互相補(bǔ)充，并確定設(shè)計(jì)方案。每個任務(wù)可以有不止1個設(shè)計(jì)方案。該環(huán)節(jié)主要培養(yǎng)學(xué)生的查閱資料能力和構(gòu)思能力。

3.2實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

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

3.3實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)

設(shè)計(jì)的電路通過仿真、論證后，在實(shí)驗(yàn)箱或面包板等硬件平臺上進(jìn)行搭建與調(diào)試。要求學(xué)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(diào)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(shí)驗(yàn)過程中的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象及相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄。

實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)過程中強(qiáng)調(diào)對學(xué)生“自主學(xué)習(xí)”和“協(xié)作學(xué)習(xí)”能力的培養(yǎng)，讓學(xué)生習(xí)慣“做中學(xué)”，在教師任務(wù)和自定子任務(wù)驅(qū)動下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，遇到問題不盲目依賴教師，教師亦不能主動幫助學(xué)生解決問題，鼓勵學(xué)生自我思考，倡導(dǎo)學(xué)生之間的討論和交流，使得學(xué)生在實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)運(yùn)作

實(shí)驗(yàn)完成后，對基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)和一般設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，要求學(xué)生進(jìn)行報(bào)告總結(jié)。報(bào)告總結(jié)不再是像傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)報(bào)告那樣僅僅進(jìn)行數(shù)據(jù)的簡單處理和思考題解答，應(yīng)該是對實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和結(jié)果進(jìn)行詳細(xì)的分析、總結(jié)及提出改進(jìn)措施、方案。

對系統(tǒng)性的實(shí)驗(yàn)，要求進(jìn)行實(shí)驗(yàn)總結(jié)工作，展示系統(tǒng)設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)的成果。首先以團(tuán)隊(duì)為單位對系統(tǒng)性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、設(shè)計(jì)思想、技術(shù)路線、具體方案實(shí)施和存在問題及展望進(jìn)行匯報(bào)；然后由教師或其他同學(xué)進(jìn)行相應(yīng)的提問；最后課題組中成員進(jìn)行相應(yīng)的思考和反思。

3.5實(shí)驗(yàn)評價(jià)

實(shí)驗(yàn)評價(jià)是對教學(xué)成果的一種衡量，是促進(jìn)教學(xué)培養(yǎng)目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的一種手段，也是激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的有效方法。評價(jià)既要包含學(xué)生的考核，也要融入教師的自我評價(jià)。傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中對學(xué)生的考核往往重結(jié)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(jià)，缺乏量化準(zhǔn)則，難免帶來成績評定的不公平性。教師的自我評價(jià)通常以課程教學(xué)小結(jié)形式呈現(xiàn)。

根據(jù)CDIO的標(biāo)準(zhǔn)11，考核機(jī)制對學(xué)習(xí)有直接的導(dǎo)向作用，多元(知識+能力)考核項(xiàng)目達(dá)到多元的培養(yǎng)目標(biāo)，應(yīng)將學(xué)生在構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)和報(bào)告(系統(tǒng)性實(shí)驗(yàn)包括運(yùn)作)4個環(huán)節(jié)的表現(xiàn)相結(jié)合進(jìn)行綜合評定。為使考核機(jī)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(biāo)，定性定量相結(jié)合進(jìn)行成績評定，對學(xué)生各個環(huán)節(jié)的能力給予充分肯定，引入附加分——構(gòu)思附加分、設(shè)計(jì)附加分、實(shí)現(xiàn)附加分和運(yùn)作附加分，最大限度地激發(fā)學(xué)生的潛力和學(xué)習(xí)興趣。構(gòu)思評價(jià)指標(biāo)包括調(diào)研能力、任務(wù)認(rèn)知度和學(xué)習(xí)態(tài)度；設(shè)計(jì)評價(jià)指標(biāo)包括設(shè)計(jì)能力、子任務(wù)設(shè)定及測試；實(shí)現(xiàn)評價(jià)指標(biāo)包括器件認(rèn)知、電路布局及連接、個人及協(xié)作能力；運(yùn)作評價(jià)指標(biāo)包括實(shí)驗(yàn)結(jié)果、成果匯報(bào)(系統(tǒng)性實(shí)驗(yàn))和報(bào)告撰寫。

根據(jù)CDIO的標(biāo)準(zhǔn)9、10和標(biāo)準(zhǔn)12，通過實(shí)踐教學(xué)教師的教學(xué)能力得到提高，教師的能力得到提升，進(jìn)行專業(yè)評估。教師的自我評價(jià)包括對自己知識結(jié)構(gòu)的反思、能力水平的反思、教育理念的反思、教學(xué)設(shè)計(jì)的反思、課題的組織與管理、學(xué)習(xí)活動的促進(jìn)、語言和非語言的溝通，評價(jià)學(xué)習(xí)行為，教學(xué)后反省等內(nèi)容；它不僅是教學(xué)的總結(jié)和反饋，也是自身能力提升的總結(jié)與反饋。把評估結(jié)果反饋給學(xué)生及其他利益相關(guān)者，促進(jìn)持續(xù)改進(jìn)，提高教學(xué)質(zhì)量。

4　結(jié)束語

CDIO教育理念下開放任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法在模擬電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用，打破了傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，較好地融合了“構(gòu)思—設(shè)計(jì)—實(shí)現(xiàn)—運(yùn)作”的指導(dǎo)思想。通過開放任務(wù)式教學(xué)方法，學(xué)生能夠經(jīng)歷從查閱資料，分析任務(wù)，自設(shè)任務(wù)，電路設(shè)計(jì)、分析，到進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)問題，解決問題這樣一個系統(tǒng)的、完整的實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)過程。

通過系統(tǒng)的學(xué)習(xí)，不僅可以提高學(xué)生運(yùn)用知識和自身經(jīng)驗(yàn)分析、研究和解決實(shí)際問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力、表述能力、寫作能力，而且能夠激發(fā)學(xué)生的主觀能動性和創(chuàng)新思維，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和科學(xué)的工作作風(fēng)。

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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(xué)教改課題(2013B082)；南通大學(xué)杏林學(xué)院教育教學(xué)項(xiàng)目(2013J215)。

劉明(1981-)，男，碩士，講師，主要從事電工電子類實(shí)驗(yàn)教學(xué)及應(yīng)用研究。

G642.423；TN710.4

Adoi:10.3969/j.issn.1672-4550.2016.04.045