王懷平 鄧文娟 馮林 管小明

摘? 要 數(shù)字電子技術(shù)是電子信息類(lèi)專(zhuān)業(yè)一門(mén)重要專(zhuān)業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課，具有很強(qiáng)的實(shí)踐性。該課程的傳統(tǒng)教學(xué)存在“重理論、輕實(shí)踐”的現(xiàn)象，其實(shí)驗(yàn)教學(xué)往往作為理論教學(xué)的附屬，難以滿足當(dāng)前工程教育的課程教學(xué)要求。面向當(dāng)前我國(guó)高等工程教育深化改革的時(shí)代背景，引入CDIO教育理念，按照“整體布局、興趣驅(qū)動(dòng)、項(xiàng)目導(dǎo)向、分層遞進(jìn)”的基本思路，對(duì)該課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行改革及探索，在深入分析CDIO標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，構(gòu)建滿足課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)需要的“一體化、多層次”實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系;整合并優(yōu)化實(shí)驗(yàn)室的資源配置，做好實(shí)驗(yàn)室平臺(tái)建設(shè);另外，對(duì)實(shí)驗(yàn)室的師資隊(duì)伍建設(shè)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)的考核方法進(jìn)行有益探索。

關(guān)鍵詞 數(shù)字電子技術(shù);實(shí)驗(yàn)教學(xué);工程教育;CDIO;實(shí)驗(yàn)室;教學(xué)改革

中圖分類(lèi)號(hào)：G642.423? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1671-489X（2020）02-0122-04

Experimental Teaching Reform and Exploration of Digital Elec-tronic Technology based on CDIO Education Concept//WANG Huaiping， DENG Wenjuan， FENG Lin， GUAN Xiaoming

Abstract Digital electronic technology is a significant technologic fundamental course for electronic information majors， which has strong practicality. The traditional teaching of this course has the phenomenon of “emphasizing theory and neglecting practice”. The experimental teaching is often regarded as the subsidiary of the theo-retical teaching， which is difficult to meet the current teaching require-ments of engineering education. Facing the background of deepe-ning the reform of Higher Engineering Education in our country， this paper introduces the concept of CDIO education， and according to the basic idea of “overall layout， interest driven， project oriented， hierarchical and progressive”， carries out the reform and exploration of the experimental teaching of this course. On the basis of in-depth?analysis of CDIO standards， it constructs the “integrated， multi-level”experimental teaching that meets the needs of the experimental tea-ching of the course. In addition， it also explores the construction of teaching staff and the evaluation standard of experimental teaching.

Key words digital electronic technology; experimental teaching; engineering education; CDIO; lab; teaching reform

1 引言

隨著半導(dǎo)體技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，“數(shù)字化”驅(qū)動(dòng)“信息化”和“智能化”，在社會(huì)的科研、生產(chǎn)等各個(gè)行業(yè)中，數(shù)字電子技術(shù)得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。數(shù)字電子技術(shù)課程是當(dāng)前電子信息類(lèi)專(zhuān)業(yè)的重要專(zhuān)業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課程之一，是學(xué)習(xí)電子技術(shù)的入門(mén)課程，具有很強(qiáng)的實(shí)踐性，因此，實(shí)驗(yàn)教學(xué)是該課程的重要教學(xué)環(huán)節(jié)。然而，該課程傳統(tǒng)教學(xué)存在“重理論、輕實(shí)踐”的現(xiàn)象，實(shí)驗(yàn)教學(xué)往往作為理論教學(xué)的附屬，導(dǎo)致出現(xiàn)課程建設(shè)相對(duì)落后、教學(xué)內(nèi)容更新緩慢、實(shí)驗(yàn)教學(xué)與實(shí)際工程應(yīng)用嚴(yán)重脫節(jié)等問(wèn)題[1]。

工程人才短缺和工程教育質(zhì)量問(wèn)題，是全世界面臨的共同問(wèn)題。對(duì)如何有效推進(jìn)工程教育改革，歐美國(guó)家展開(kāi)了一系列的探索與研究，其中以美國(guó)麻省理工學(xué)院（MIT）為首的世界幾十所大學(xué)進(jìn)行的CDIO工程教育模式改革，取得顯著的效果，深受學(xué)生歡迎，獲得產(chǎn)業(yè)界的高度評(píng)價(jià)。CDIO是構(gòu)思（Conceive）、設(shè)計(jì)（Design）、實(shí)現(xiàn)（Implement）、運(yùn)作（Operate）四個(gè)英文單詞的縮寫(xiě)，以工程項(xiàng)目（包括產(chǎn)品、生產(chǎn)流程和系統(tǒng)）從研發(fā)到運(yùn)行的生命周期為載體，讓學(xué)生以主動(dòng)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]。CDIO繼承和發(fā)展了歐美多年來(lái)工程教育大改革的理念，并提出系統(tǒng)的能力培養(yǎng)、全面的實(shí)施指導(dǎo)、完整的實(shí)施過(guò)程和嚴(yán)格的結(jié)果檢驗(yàn)等12條標(biāo)準(zhǔn)，具有很強(qiáng)的可操作性。

面向當(dāng)前我國(guó)正在實(shí)施的“卓越工程師培養(yǎng)計(jì)劃”和“工程教育專(zhuān)業(yè)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)”時(shí)代背景，以電子信息類(lèi)專(zhuān)業(yè)工程實(shí)踐應(yīng)用能力培養(yǎng)為導(dǎo)向，以數(shù)字電子技術(shù)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革為突破口，引入CDIO教育理念，按照“整體布局、興趣驅(qū)動(dòng)、項(xiàng)目導(dǎo)向、分層遞進(jìn)”的基本思路，對(duì)數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行改革和探索，并取得顯著成效。

2 數(shù)字電子技術(shù)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的主要問(wèn)題

在傳統(tǒng)教學(xué)中，數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)往往作為理論課程的附屬，教學(xué)內(nèi)容單一、陳舊，實(shí)驗(yàn)手段落后，實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)偏少，存在的主要問(wèn)題有[3-5]：

1）實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容與實(shí)際工程應(yīng)用明顯脫節(jié)，實(shí)驗(yàn)所用電子元器件仍以中小規(guī)模數(shù)字集成芯片（SSI/MSI）為主;

2）由于政策導(dǎo)向原因，地方高等院校存在“重科研、輕教學(xué)”的實(shí)際傾向，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)室教師隊(duì)伍結(jié)構(gòu)欠合理，有工程實(shí)踐經(jīng)歷的“雙師型”實(shí)驗(yàn)教師偏少，嚴(yán)重影響實(shí)驗(yàn)室建設(shè)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量;

3）實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)欠缺、實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備老舊等問(wèn)題，給實(shí)驗(yàn)室的正常運(yùn)行、管理和維護(hù)帶來(lái)許多困難;

4）地方高等院校實(shí)驗(yàn)室信息化管理相對(duì)落后，影響了實(shí)驗(yàn)室的開(kāi)放程度，不利于學(xué)生自主性、個(gè)性化學(xué)習(xí);

5）考核方式過(guò)于簡(jiǎn)單，難以全面反映學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)、學(xué)習(xí)能力和學(xué)習(xí)效果，影響了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。

3 CDIO教育理念在數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革中的應(yīng)用

CDIO強(qiáng)調(diào)在真實(shí)的工程教育實(shí)踐環(huán)境中培養(yǎng)工程師的基本能力，并試圖創(chuàng)造真實(shí)的工程教育環(huán)境，使學(xué)生理解職業(yè)工程師所做的工作和所需的能力要求，通過(guò)改革課程體系、教學(xué)方法、教師實(shí)踐教學(xué)能力，讓學(xué)生以主動(dòng)的、實(shí)踐的、多學(xué)科之間有機(jī)聯(lián)系的方式掌握深厚的技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)，理解研究和技術(shù)發(fā)展對(duì)社會(huì)的重要性和戰(zhàn)略影響，培養(yǎng)所需的知識(shí)、能力和態(tài)度[6]。CDIO是“做中學(xué)”的一種模式，它繼承和發(fā)展了歐美多年來(lái)工程教育改革的理念，并提出系統(tǒng)的能力培養(yǎng)、全面的實(shí)施指導(dǎo)、完整的實(shí)施過(guò)程和嚴(yán)格的結(jié)果檢驗(yàn)等12條標(biāo)準(zhǔn)（如表1所示），具有很強(qiáng)的操作性。

課程是人才培養(yǎng)計(jì)劃得以實(shí)施的最基本的功能單元，對(duì)學(xué)生獲取知識(shí)、培養(yǎng)能力和提升素質(zhì)起直接作用。引入CDIO教育理念，遵循“興趣驅(qū)動(dòng)、項(xiàng)目導(dǎo)向、虛實(shí)結(jié)合、分層遞進(jìn)”的基本思路，對(duì)數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行改革，將直接促進(jìn)數(shù)字電子技術(shù)的課程建設(shè)，著力提升實(shí)驗(yàn)教師工程實(shí)踐能力，有效培養(yǎng)學(xué)生的設(shè)計(jì)—實(shí)現(xiàn)經(jīng)驗(yàn)與創(chuàng)新意識(shí)。其具體教學(xué)改革措施如下。

引入CDIO教育理念，構(gòu)建“一體化、多層次”課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系? 鑒于傳統(tǒng)數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在諸多問(wèn)題，難以滿足當(dāng)前工程教育的課程教學(xué)要求，根據(jù)我國(guó)高校正在實(shí)施的“卓越工程師培養(yǎng)計(jì)劃”和電子信息類(lèi)工程教育專(zhuān)業(yè)評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)數(shù)字電子技術(shù)課程教學(xué)進(jìn)行系統(tǒng)的、深層次的思考，按照工程教育專(zhuān)業(yè)評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)中課程達(dá)成度的要求，重新制定課程的教學(xué)大綱，將實(shí)驗(yàn)單獨(dú)設(shè)課，合理增加實(shí)驗(yàn)教學(xué)學(xué)時(shí)，構(gòu)建一體化、多層次的數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系（如圖1所示）。

其中基礎(chǔ)原理型實(shí)驗(yàn)，內(nèi)容主要包括常用實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備的使用和中小規(guī)模數(shù)字集成芯片（SSI/MSI）的應(yīng)用，驗(yàn)證理論課程中數(shù)字電路分析和綜合方法，強(qiáng)化理論知識(shí)的理解和實(shí)驗(yàn)基本操作。其目的是著重培養(yǎng)學(xué)生的基本實(shí)驗(yàn)技能，使學(xué)生初步掌握科學(xué)實(shí)驗(yàn)的基本方法和設(shè)計(jì)思想，要求所有學(xué)生在指導(dǎo)教師的幫助下能夠獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的任務(wù)要求。

綜合應(yīng)用型實(shí)驗(yàn)，內(nèi)容側(cè)重?cái)?shù)字電路基本知識(shí)和基本理論的綜合應(yīng)用，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目經(jīng)過(guò)精心挑選或悉心設(shè)計(jì)，要求學(xué)生在給定的實(shí)驗(yàn)條件下（主要是實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備、集成芯片等）完成實(shí)驗(yàn)的任務(wù)要求，目的是培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力和對(duì)知識(shí)的綜合應(yīng)用能力。

創(chuàng)新設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的選題力求實(shí)用性、趣味性和多樣性，要求學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行需求分析，查閱文獻(xiàn)資料，擬定實(shí)驗(yàn)方案，在電腦上完成實(shí)驗(yàn)電路仿真，自行購(gòu)買(mǎi)電子元器件，最終實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的任務(wù)要求，目的是更加系統(tǒng)地培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新意識(shí)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

整合并優(yōu)化資源配置，搞好實(shí)驗(yàn)教學(xué)的平臺(tái)建設(shè)? 實(shí)驗(yàn)條件是保障課程實(shí)驗(yàn)的教學(xué)效果、培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)技能的有力支柱。長(zhǎng)期以來(lái)，地方高校的實(shí)驗(yàn)室在建設(shè)和管理上存在資源分散、配置不合理等現(xiàn)象，課程的實(shí)驗(yàn)室往往依托相關(guān)系部或院系實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心，實(shí)驗(yàn)室小而全，對(duì)實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)缺乏長(zhǎng)遠(yuǎn)規(guī)劃，造成實(shí)驗(yàn)室的人、財(cái)、物得不到有效利用。為了徹底改變這種不利局面，東華理工大學(xué)自2007年起成立電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心，對(duì)電工電子類(lèi)實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)進(jìn)行系統(tǒng)的、全面的規(guī)劃，整合并優(yōu)化了實(shí)驗(yàn)資源配置。電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)主要由電工電子類(lèi)課程實(shí)驗(yàn)室、實(shí)驗(yàn)室信息管理系統(tǒng)、產(chǎn)學(xué)研協(xié)同創(chuàng)新基地三個(gè)部分組成（如圖2所示）。對(duì)數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行改建，配置新型數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)箱、萬(wàn)用表、信號(hào)發(fā)生器和示波器72（臺(tái)）套，2018年再次增添計(jì)算機(jī)和FPGA實(shí)驗(yàn)箱70（臺(tái)）套，極大地改善了實(shí)驗(yàn)條件。加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)室的信息化管理，利用校園網(wǎng)實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室的限時(shí)開(kāi)放預(yù)約，提高實(shí)驗(yàn)設(shè)備的利用率，增強(qiáng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)的積極性。

采取多種激勵(lì)措施，不斷提升實(shí)驗(yàn)教師的業(yè)務(wù)能力和綜合素質(zhì)? 實(shí)驗(yàn)教師是根據(jù)課程的教學(xué)大綱有效地組織并開(kāi)展實(shí)驗(yàn)教學(xué)、培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)實(shí)驗(yàn)方法的根本保證，毫不夸張地說(shuō)，實(shí)驗(yàn)教師的教學(xué)能力與課堂施教水平直接決定著實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)效果，最終反映在學(xué)生學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)和綜合素質(zhì)的提高方面。長(zhǎng)期以來(lái)，地方高等院校的實(shí)驗(yàn)教師隊(duì)伍存在人員不足、整體業(yè)務(wù)能力和管理水平欠缺等情況。近年來(lái)，電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心采取多種激勵(lì)措施，引導(dǎo)實(shí)驗(yàn)教師不斷提升業(yè)務(wù)能力和綜合素質(zhì)，主要采用以下方法：

1）鼓勵(lì)實(shí)驗(yàn)教師通過(guò)鉆研，努力提升學(xué)歷，增強(qiáng)專(zhuān)業(yè)素質(zhì);

2）充分利用教育部實(shí)施開(kāi)展的校企合作“產(chǎn)學(xué)研協(xié)同創(chuàng)新”項(xiàng)目，加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教師的工程實(shí)踐技能培訓(xùn)，通過(guò)企業(yè)

提供的工程項(xiàng)目不斷提高實(shí)驗(yàn)教師的CDIO工程實(shí)踐能力;

3）積極組織參加各級(jí)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽，及時(shí)總結(jié)參賽經(jīng)驗(yàn)，培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)教師分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。

注重過(guò)程，量化結(jié)果，完善數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的考核方法? 實(shí)驗(yàn)課程的考核方法是能否有效達(dá)成實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)的“指揮棒”。數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的傳統(tǒng)考核方法，主要是由課堂考勤（20%）+實(shí)驗(yàn)操作（50%）+實(shí)驗(yàn)報(bào)告（30%）組成，這樣的考核形式在實(shí)際操作上比較方便，但存在考核指標(biāo)不夠細(xì)，難以量化學(xué)生的學(xué)習(xí)效果和實(shí)際操作能力，造成部分學(xué)生在實(shí)驗(yàn)時(shí)偷懶，難以滿足工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)的要求等問(wèn)題。

為更加有效地評(píng)價(jià)學(xué)習(xí)效果和CDIO能力，在數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)施過(guò)程中應(yīng)注重實(shí)驗(yàn)教學(xué)各個(gè)環(huán)節(jié)的過(guò)程考核，并給出量化的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)。CDIO教育理念注重的是能力本位的培養(yǎng)模式，本質(zhì)上有別于知識(shí)本位的培養(yǎng)模式，其重點(diǎn)在于幫助學(xué)生獲得產(chǎn)業(yè)界所需的各種能力和素質(zhì)。將CDIO教育理念融入數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的考核方式，采取不同的方法來(lái)衡量學(xué)生的專(zhuān)業(yè)知識(shí)、個(gè)人自身能力、團(tuán)隊(duì)合作能力、建造產(chǎn)品和系統(tǒng)的能力。這些方法包括筆試、口試、學(xué)生表現(xiàn)的考查、評(píng)分、學(xué)生反映、論文、學(xué)生互評(píng)和自評(píng)等。

4 結(jié)語(yǔ)

本文以當(dāng)前的工程教育專(zhuān)業(yè)認(rèn)證和高等工程教育改革為背景，引入CDIO教育理念，以課程的教學(xué)改革為突破口，對(duì)數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行改革和探索，分析該課程傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的主要問(wèn)題，提出實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的具體措施。實(shí)踐證明，這些改革措施的實(shí)施，極大地提升了實(shí)驗(yàn)教師的業(yè)務(wù)能力和綜合素質(zhì)，有效地培養(yǎng)了學(xué)生的CDIO工程實(shí)踐能力，能滿足電子信息類(lèi)工程教育專(zhuān)業(yè)認(rèn)證對(duì)課程達(dá)成度的目標(biāo)要求。

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