基于CDIO理念的“电子技术基础”课程教学探讨

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  摘要:“电子技术基础”是一门应用性较强的课程,将CDIO理念运用于该课程教学中,以项目产品为载体,学生为主导的创新教学模式,对课程的理论教学、实验教学和课程考核等进行课程教学改革探讨。实践证明,这种教学模式对学生的理论知识、个人能力和创新能力等各方面都有很大提高。
  关键词:CDIO;电子技术;教学探讨
  作者简介:田敬北(1975-),男,壮族,广西上林人,广西科技大学工程训练中心,讲师;刘胜永(1976-),男,土家族,重庆人,广西科技大学电气与信息工程学院,副教授。(广西 柳州 545006)
  基金项目:本文系广西区教育厅新世纪教改工程项目(项目编号:2012JGA180)的研究成果。
  中图分类号:G642 文献标识码:A 文章编号:1007-0079(2013)28-0126-02
  “电子技术基础”是工科电气电子类专业一门重要的课程,是进一步学习“微机原理”、“单片机”等课程的基础,[1]主要分为模拟电子技术和数字电子技术两大部分内容。课程教学活动主要有理论教学和实验教学。课程的培养目标是让学生掌握基本电子电路的工作原理、主要特性以及各电路之间的互连匹配等基础知识,学会通过阅读器件产品手册,能够设计出满足技术要求、性能可靠、成本低廉的应用电子电路,最终培养出能够设计某种功能完善的电子系统工程型、应用型人才。
  随着现代科技和人类社会的快速发展,电子技术应用已成为人类发展中必不可少的部分。传统的教学方法已无法满足现代社会人才培养的需求,更无法提高课程教学质量,甚至严重束缚了学生学习的主动性和积极性。要培养出与现代化社会建设要求相适应的,且具备一定专业级别的高素质创新型人才,必须对目前的教学现状实施改革。本文介绍了笔者基于CDIO理念的“电子技术基础”课程教学探讨。
  一、CDIO理念的教学模式
  CDIO工程教育理念是近年来国际工程教育改革的最新成果,已逐步得到国内外高等院校认可和推广,CDIO分别代表构思(Conceive)、设计(Design)、实现(Implement)和运作(Operate),[2]它以项目产品的开发到运行的全过程为载体,不仅培养学生掌握科学的理论知识,还培养学生的个人能力、团队协作能力和工程系统能力。实践证明,[3-5]与传统教学模式相比,CDIO理念教学模式更有助于提高学生学习主动性、积极性,有助于提高教学质量。
  从内涵来看,CDIO理念可以将项目产品生产的开发到运行的全过程映射至课程教学活动的全过程,如图1所示。项目产品的生产过程一般是:先对项目产品提出要求,分析项目产品的要求并提出实施设计方案,再将项目产品设计方案转化为产品,最后对项目产品进行不断调试并将产品量产等。CDIO理念下的课程教学过程是:教师提出任务要求,学生分析教师任务要求并设计实施方案,将设计方案转化为产品,并对产品不断调试、修改和完善,最终形成产品,形成一体化教学体系。[2]引入CDIO理念课程教学模式,试图探讨如何培养学生应用科学理论知识对电子电路进行分析、设计,打造系统工程实践能力的教学过程。
  二、基于CDIO理念的教学模式探讨
  依据CDIO理念的内涵,在“电子技术基础”的教学活动中,建立基于CDIO理念的教学模式,主要从以下三个方面进行探讨:
  1.基于CDIO理念的课程理论教学探讨
  依据CDIO的教学理念,教学过程中,改变传统(以课堂为中心、以教师为中心、以教材为中心)的教学方法和教学手段,采用“以项目为引导,学生为主导”的创新教学方法和教学模式,并对课程的教学内容重新设计。“以项目为引导”就是实现教学内容与实际电子产品内容知识相结合的教学方法,教师结合课程章节的内容要求,引入实际电子工程的电子产品项目并加以教学。如在模拟电子技术课程中“基本共射极放大电路”的内容教学时,可引入话筒放大器电子产品进行教学,在数字电子技术课程中“时序逻辑电路”的内容教学时,引入数字钟等电子产品教学。在教学内容方面,重点分析外部电路元件及其外部特性,淡化元件的内部原理,注重分析基本电子电路的工作原理其及主要特性,强化定性分析,淡化定量推导,并充分利用多媒体技术教学,提高教学质量和效果。对于课程内容抽象,且难以用文字和图表概念说明的原理,可利用PowerPoint、Flash等多媒体软件或结合Multisim等辅助软件,给学生进行生动讲解和演示。例如:分析基本放大电路的非线性失真,通过利用PowerPoint、Flash等多媒体技术运用形象直观的动画演示,并结合Multisim运行电路,改变电路参数,用模拟电子示波器观察各输入输出的电流电压波形,直接观察波形失真情况,让学生更容易理解和掌握。“以学生为主导”是教学过程中充分调动学生学习主动性和积极性,注重学生的主体地位,让学生参与到教学中来,通过给出任务和提问问题,引发学生进行思考和辩论。例如在讲授稳压二极管应用时,引导学生利用稳压二极管的反向特性进行分析和讨论,并利用稳压二极管实现某功能的电路。
  2.基于CDIO理念的课程实验教学探讨
  理论教学是让学生了解和掌握电子技术基本知识,实验教学是对理论知识的理解和应用。充分发挥实验教学不仅有利于培养学生动手能力、创新思维能力,还可以培养学生人际团队能力和工程系统能力。现阶段理论教学学时较长,实验教学学时较短,而且实验教学内容是以验证性实验为主,与实际生产中相应的电子产品相差较远,不能激发学生学习兴趣。为了体现实验教学的重要性,需要增加实验教学课时的比重,理论学时与实验学时比例为3∶2。
  同时,在实验教学内容上也做调整,就是在完成课程的基础实验前提下,增加真实产品、典型电路以及其它创新性项目等扩展实验内容部分。例如:OTL功率放大器电路实验教学,除了让学生熟悉OTL功率放大器的工作原理以及电路的调试及主要性能指标参数的测试方法外,还要增加LM368集成OTL电路应用的设计实验内容。学生通过完成基础实验后,可较系统地掌握基础知识和实验操作规范,有能力进一步对具有创新性的扩展内容进行设计性实验。扩展实验内容采用分组实验,要求学生自主分析、设计、焊接以及电路调试,这样不仅大大提高学生的主动性、积极性和动手能力,还可以锻炼学生的电路调试能力、团队能力和工程系统能力。   3.基于CDIO理念的课程考核探讨
  课程考核在课程教学活动中往往具有导向和监控作用,能够有效地推动教师基于CDIO的理念教学方式的顺利开展。课程考核要注重多层次、多目标考核,着重考核学生的基础知识、个人能力、团队能力、实际工程能力和创新意识等。该课程的考核体系包括三部分:
  (1)平时考核占30%,主要以平时表现和课堂纪律表现为主。平时表现主要是课外作业和课外项目完成情况。课外作业是以理论学习内容为主,课外项目(如:利用二极管实现某功能的电路)是以分组实现产品的分析和设计方案的完成情况。课堂纪律主要是出勤情况、学习态度、课堂问题回答讨论等方面。平时考核主要对学生的基础知识、个人能力、团队能力进行考核。
  (2)实验考核占30%,主要是对实验内容的完成情况进行考核。实验内容主要分为基础实验内容和扩展实验内容两部分。基础实验内容是以个人完成为主,要求独立完成。扩展实验内容是以团队协作完成为主,要求组内成员相互讨论方案,设计电路,并提供电路原理说明,在通过仿真软件完成基础上,对电路进行焊接和调试,并提出可改进的方案。实验考核不仅对个人能力、团队能力进行考核,还对他们的工程系统能力和创新意识进行考核。
  (3)理论考核占40%,主要是对学生基本理论知识掌握情况进行考核。理论考试主要采用笔试方式,以填空、判断、选择、电路分析以及设计题的形式考核。
  三、结束语
  近几年,广西科技大学经过基于CDIO理念的“电子技术基础”课程教学改革探讨,不仅极大地提高了电子技术课程的教学质量,还转变学生的学习态度,激发学习兴趣,更好培养学生的团队协作意识,改善职业素养。但因对CDIO理念教学仍处于初探阶段,因此在教学中会遇到一些困难,比如教学理论教材和电子工程实际项目的选择,以及课程考核的目标和权重选取等方面,今后将对这方面进一步进行探讨。
  参考文献:
  [1]习聪玲.基于EDA的“电子技术基础”课堂教学改革探讨[J].中国电力教育,2012,(12):95-96.
  [2]韩雁,冯兴杰,梁志星,等.CDIO工程教育模式下的教学效果分析[J].中国民航大学学报,2012,30(4):38-41.
  [3]王晓茹,高标.浅谈CDIO工程教育模式与创新能力培养[J].企业导报,2012,(7):232.
  [4]冯勇,张杰,薛小强.基于CDIO的机械设计类课程质量评价体系及方法研究[J].中国现代教育装备,2012,(15):35-38.
  [5]林菲,孙勇.基于CDIO工程教育模式的Web开发课程教学改革[J].中国教育信息化,2012,(3):72-74.
  (责任编辑:王意琴)
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