基于CDIO的电类基础课程群实践教学体系构建与实施
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摘要：电类基础课程群实践教学是电类专业的专业基础实践环节，基础性和知识的逻辑性强，具有广阔的工程背景。为提高学生学习主动性和团队合作意识，培养学生创新意识与工程实践能力，引入CDIO教育理念，对该课程群实践教学体系进行改革与探索，通过课程群实践环节的实施，使学生认识到产品与专业课程之间的有机联系，使得学生得到了CDIO所要求的四大能力的初步训练，取得了良好的教学效果。
关键词：CDIO；课程群；实践教学；教学体系
中图分类号：G642.41 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2019）06-0193-02
一、引言
电类基础实践课程技能的掌握程度直接决定了电类专业毕业生作为电子设计人员在技术上能达到的高度。CDIO教育模式将理论落到实处，各个教学环节都围绕“项目设计”，强调学生作为主体参与整个项目设计过程，能够有效激发学生对学科领域知识的学习兴趣，对于培养学生的创新意识和研究能力具有重要的意义。
二、CDIO工程教育模式下电类基础实践课程改革的必要性
我国高校电子信息与电气工程类专业培养方案中一般都设有电路和电子技术及相关的实验、课程设计和实习等实践教学环节，其中实践教学环节主要进行的是课程原理的分析与验证，大多为单一知识点的应用。大多数同学修完相应学分后还是不了解行业背景、实际电子产品的设计过程，以及对所学基础知识对后续专业学习的影响。基于CDIO工程教育理念从低年级入手让学生初步了解完成一件产品，从需求分析、经济决策、设计构思、制作调试等方面感受产品研发过程，为后续工程实践打下基础，通过分阶段的工程教育使学生主动综合所学知识，分析和探究遇到的工程问题，培养初步的工程意识。
三、基于CDIO的电类基础实践课程目标
现代工程教育理论表明，工程师必须具备广泛的个人能力、人际沟通能力以及产品、过程及系统的构建能力，这些能力保证学生在实际社会和企业背景环境下的团队工作中发挥重要作用。由此，根据社会和企业对人才的需求，结合CDIO能力大纲，我校在低年级电类基础课程群实践环节针对学生工程基础知识、个人能力、人际沟通能力和工程系统构建能力四个层面，综合培养达成学生预定能力目标。
课程建设目标从三个方面考虑，首先是让学生了解工程实践的背景环境，如经济、历史、环境、顾客和社会的需求等，了解现代企业期待的工科毕业生的个人能力，认识社会和企业的需求和问题，明确学习目标，提高主动学习意识。其次通过产品需求分析、经济决策、设计制作及调试等实践环节，初步构建电子系统的基本框架，基于探究和解决问题的学习方式提取产品的关键技术，为后续课程的学习和工程能力的培养打下基础。最后通过工程实践体会工程师在工作中最重要的能力：搜集和分析信息，在团队中有效地工作，进行有效沟通，自主学习等。
四、电类基础课实践课程体系建设
根据CDIO教学大纲建立层次性电类基础课程群实践教学体系，如基本操作技能训练层、验证实验层、模块设计与综合应用层、系统设计与创新实践层等，即含有电子产品基本技能训练、基本原理的实验验证、产品的构思、设计及制作等，形成基本技能训练→实践应用→创新研究的三阶段实践教学体系，并细分为阶梯状的4个不同层次实践教学模块，构建如图1所示的实验教学体系，这些教学活动分别在课程群中各实践环节中落实，使学生掌握学科基础知识的同时，强调个人能力、人际协调能力、产品及系统构建能力的基本训练。其中，第一层次掌握正确使用各类电子仪器仪表、基本测量和研究方法、工程中常用的电气控制设备和装置的使用等，激发学生的实践兴趣并使其意识到实践环节的重要性；第二层次是验证实验层，即验证专业基础理论的实验，从理论到实践，掌握实践操作和仿真分析的初步技能；第三层次是学生从基础到综合的一个过渡阶段，通过某些简单功能系统的分析和设计，掌握系统设计的基本方法；第四层次是系统性实验，主要是通过前三个阶段的训练，进一步培养学生的综合和系统设计能力，在实践层面上，初步形成工程推理與问题解决技能、实验与知识发现技能、系统思维能力等。
五、CDIO工程教育模式与电类基础课实践环节的具体结合
本次研究以电工电子工艺实习“收音机的安装与调试”项目为例，具体介绍电类基础课实践教学环节的CDIO工程教育模式。（1）构思阶段。学生分组通过搜集和分析资料提出问题，如收音机是什么？收音机的使用需求有哪些？收听广播电台需要什么条件？收音机的工作原理是什么？电路的设计需求有哪些？有哪些方法能实现收音机功能等。通过各种渠道了解该项目的理论基础，然后每个小组学生将搜集掌握的知识汇总整理，讨论交流，提出实验设计思路及解决方案，分析实验中的种种关键因素。（2）设计阶段。学生根据已掌握的理论知识，确定采用哪种方法实现收音机功能；电路各功能模块的设计；成本核算，培养学生将技术与成本、经济相结合的能力；确定测试的方案等，根据设计方案分模块进行仿真实验，对实验结果进行验证。（3）实施阶段。根据设计方案选择合适的电子元器件，制作PCB电路板，实现硬件电路的搭建以及电路的调试。首先学生要查阅相关的电子器件资料，熟悉常用电子器件的类别、型号、规格、性能及其使用范围，掌握识别和测试元器件的能力；其次要掌握基本的焊接技术，熟悉电子产品的装配流程；最后要掌握查找和排除电子电路故障的方法，整个实验过程中各小组成员积极配合完成任务，遇到问题时先从原理上分析原因，培养理论与实际相结合的能力；分析并讨论解决办法，重新构思设计等。这种模式培养了学生团队协作与交流，以及分析解决问题的能力。（4）运行阶段。对前三个阶段做出的电路，对比市场收音机的功能，进行优化，重新审视设计过程中各种实验现象，分析问题出处及原因，尝试解决问题。作品完成后每个小组制作PPT讲解整个项目的设计思路及产品制作过程中出现的问题及解决方案，由小组自评、互评和老师综合评价设计成绩。这种方式有利于学生理论知识的互补，也利于提高学生的沟通能力。此外，通过各小组学生对收音机制作与调试的亲身体验，引导学生学会将理论知识进行拓展，找出生活和工作中的相关实例，进一步加深对电类基础理论的理解，有利于知识的巩固。整个项目过程按照构思、设计、实现、运行的步骤，以项目为指导，学生为主体，教师引导的工程教育新模式，使学生由被动学习变为主动学习，遇到问题积极寻找分析和解决方案，团队协作，勇于质疑与创新，达到了工程教育的教学效果。
六、结束语
总之，通过以上实践环节的训练，学生基本克服了电类专业大学生早期专业学习中常有的一些缺点，初步培养和提高了个人能力、团队交流及创新思维的能力，达到了预期要求。由于电类基础实践环节在整个电类CDIO教学环节中起着承前启后的作用，因此我们在实践过程中要不断完善训练模式，使学生不断得到构思、设计、实施与运行的训练机会。同时，我们注意到此时学生尚未掌握太多的专业知识，因此在实践过程中主要侧重考查学生的学习主动性、构思与设计能力、团队协作与沟通交流能力以及创新思维能力等，使学生了解产品的制作过程，加深感性认识，从而有目的、有系统地规划未来的专业学习。
参考文献：
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