張桂鳳， 謝子殿， 郭明良， 劉丹丹

(黑龍江科技大學 電氣與控制工程學院， 黑龍江 哈爾濱 150022)

基于CDIO模式的電類基礎課程教學改革探索

張桂鳳， 謝子殿， 郭明良， 劉丹丹

(黑龍江科技大學 電氣與控制工程學院， 黑龍江 哈爾濱 150022)

電類基礎課程是本科生電氣信息及控制類各專業(yè)的重要基礎課程，在整個課程體系中處于極其重要的地位。在新的人才培養(yǎng)目標指導下，基于CDIO教育理論，打破理論課程之間、理論教學與實驗實踐教學的界限，合理建設課程體系和教學模式。當前電類基礎課程教學改革要求，不能單純?yōu)榱思ぐl(fā)學生的學習興趣提高本門課程的教學質(zhì)量和教學效果，更要為后續(xù)專業(yè)課程做好專業(yè)引導，培養(yǎng)學生的自主學習能力、實踐意識、創(chuàng)新思想、團隊協(xié)作和交流能力。

基礎課程； CDIO模式； 實驗與實踐

“電路原理”、“數(shù)字電子技術”和“模擬電子技術”是我校電氣信息及控制類各專業(yè)的三大重要專業(yè)基礎課，課程理論嚴密、邏輯性強、具有廣闊的工程背景，作為專業(yè)課程的導引基礎課程，電類基礎課程在整個課程體系中處于十分重要的地位[1]。傳統(tǒng)的電類基礎課程教學普遍存在以下幾個問題：(1)電類基礎課程間相互獨立，且理論教學作為孤立的理論知識，重理論學習、例題講解和習題練習等，通常以學生分數(shù)論教學效果和教學質(zhì)量的好壞;(2)基礎課程只注重課程自身的課程要求和教學效果，與專業(yè)課程和專業(yè)應用相脫節(jié)，對專業(yè)引導起到的作用甚少;(3)實驗與實踐教學相對于理論教學獨立存在，且實驗以驗證實驗為主，缺少設計性實驗，實踐課程以必修為主，缺少自主性內(nèi)容。針對以上問題，結合CDIO教育理念，我們大膽嘗試電類基礎課程理論教學和實驗實踐教學的整體改革[1-2]。

1 教學改革指導思想

CDIO模式包括構思(conceive)、設計(design)、實現(xiàn)(implement) 和運作(operate)，以產(chǎn)品研發(fā)到運行的生命周期為載體，讓學生主動地、實踐地、課程之間有機聯(lián)系地學習工程理論、技術與經(jīng)驗[3]。

結合“課程服務專業(yè)”的思想，引入CDIO教育理念，采取“理論結合專業(yè)”為主線，以“保證理論、加強專業(yè)、突出應用”為總方針，我們從教學體系、教學大綱、授課計劃、教學內(nèi)容、教學方法、教學手段和考核環(huán)節(jié)等幾個方面，對電類基礎課程理論教學與實驗實踐教學進行全面改革。

所謂“保證理論”是指在理論教學中，首先保證基本概念、基本定律及基本理論的全面講授，是必須要保證的基礎理論知識。“加強專業(yè)”是指在各個教學環(huán)節(jié)中，從專業(yè)角度出發(fā)，拓寬電類基礎課程的知識結構。“突出應用”是指在理論教學與實驗實踐過程中，突出教學在后續(xù)課程中的具體應用以及在生產(chǎn)實踐中的應用，以結合CDIO教育模式培養(yǎng)學生的應用能力和創(chuàng)新能力為重點。

“電路原理”、“數(shù)字電子技術”安排在第3學期，理論教學分別為72、52學時，實驗教學分別為20、12學時；“模擬電子技術”安排在第4學期，其中理論教學64學時、實驗教學12學時。電類基礎課程采取“理論+實驗+實踐”三位一體相互融合的新教學體系，利用統(tǒng)一上課的“第一課堂”開展理論教學和部分實驗實踐教學，通過業(yè)余時間的“第二課堂”進行部分實踐教學?！暗诙n堂”實踐基于CDIO工程理念，以項目形式完成教育學習和實踐鍛煉，培養(yǎng)學生的自主學習能力、實踐意識、動手能力、應用能力、創(chuàng)新思想、團隊協(xié)作和表達能力等。

2 改革實施具體方案

2.1 理論教學改革

理論教學是教學的第一個環(huán)節(jié)，是學生實踐的前提條件，也是培養(yǎng)學生質(zhì)量的基礎，所以首先要抓好理論教學。

教研室采取集體備課的辦法，探討如何講好每一部分理論知識，如何將基礎課程的共同知識更好地講解、融合和銜接，使理論知識循序漸進地分層次地講解，讓基礎理論的“第一課堂”知識內(nèi)容最大化，以及與實際應用聯(lián)系和專業(yè)知識銜接最大化。

(1) 教學方法改革。改變傳統(tǒng)“板書+多媒體”單一教學模式，采用多模式的教學方法，主要有類比法、啟發(fā)式教學、討論式教學、充分利用仿真軟件等方法，并加強教學環(huán)節(jié)教師的語言藝術。相同知識內(nèi)容平鋪直敘和運用語言藝術相比較，顯然后者會使枯燥理論變得生動活潑起來。教學方法改革是理論教學改革的重點內(nèi)容之一。

(2) 基礎課程之間融合?；贑DIO理念，改革電類基礎課程理論教學體系，重新制訂教學大綱和授課計劃，整合電類基礎課程資源，打造“模塊化”教學內(nèi)容。例如“電路原理”教材采用邱關源、羅先覺編寫的《電路》[4]，電路理論具體劃分為4個模塊：直流電阻電路、線性動態(tài)電路、正弦穩(wěn)態(tài)電路和其他電路理論等?！澳K化”教學考慮理論教學內(nèi)容的整體性，改變章節(jié)順序按模塊進行，避免知識零散增加學生學習的心理壓力。

(3) 與專業(yè)課程相配合。涉及專業(yè)課程的知識內(nèi)容與專業(yè)課程主講教師交流，討論基礎課程內(nèi)容講授的程度和與專業(yè)課程相結合的方法。例如，“自動控制原理”和“電路理論”相同且重要的知識點有傳遞函數(shù)、頻率特性、頻譜及濾波等。

2.2 實驗教學改革

電類基礎課程理論性、實踐性和工程性都很強。學生的實踐能力、應用能力和工程能力則是教學的根本目標。所以，實驗與實踐教學改革是電類基礎課程教學改革的重頭戲[5-6]。

(1) 精煉基礎驗證實驗?；A課程的驗證實驗是必不可少的。精煉基礎驗證實驗，使實驗不僅要驗證理論，更要使學生掌握實驗的技能、方法和技巧等，還要引導學生如何發(fā)現(xiàn)問題和解決問題，可以提高學生分析問題和解決問題的能力[7]。

(2) 加強綜合設計實驗。綜合設計實驗有利于提高學生應用能力和設計能力，為學生今后參與實踐活動埋下伏筆。針對各教學模塊，教師給出一定數(shù)量從簡到難的階梯式綜合設計實驗題目，也鼓勵學生自擬解決實際問題或具有創(chuàng)新性的題目。為了確保自擬題目的可行性，自擬題目需要經(jīng)過教師審核。綜合設計實驗題目可以在教學環(huán)節(jié)中布置，實驗內(nèi)容學生可以在“第二課堂”的開放實驗室完成。

(3) 開設虛擬仿真實驗。仿真實驗通常是運用軟件提供的虛擬儀器和虛擬元件，模擬出自己設計的電路并測試電路運行效果。虛擬電路實驗比實物實驗更靈活，能更直觀地觀察電路實驗現(xiàn)象，易于分析和設計電路，因此引入現(xiàn)代感的虛擬仿真實驗。教師可以選擇Pspice、Multisim、EWB、Saber、Matlab /Simulink等仿真軟件，可以在理論教學中面置仿真實驗作業(yè)，學生利用“第二課堂”進行實驗訓練，教師在“第一課堂”指導和總結。

2.3 實踐教學改革

(1) 完善基礎實踐課程。基礎工程實踐以電氣工程實踐基地(被評為省級示范中心)為平臺，安排在第5學期進行，包括電子工藝實踐、電子工程實踐、應用電子工程實踐和EDA工程實踐等。教師指導實踐需具備一定理論功底和工程實踐經(jīng)驗。電氣工程實踐是國家級精品課程，實踐教師需要經(jīng)過實踐學習、考核合格獲得結業(yè)證書，才具備指導本門工程實踐課程的資格。

(2) 增設“第二課堂”實踐。開設基于CDIO理念的“第二課堂”實踐，實踐以項目形式進行，是學生自主性實踐內(nèi)容，分為選題、指導和答辯等環(huán)節(jié)。每個項目組由3～5名學生組成，項目題目由項目組成員商討和教師參與共同確定?！半娐吩怼表椖恐饕源笳撐男问?；“數(shù)字電子技術”和“模擬電子技術”主要采取仿真實驗和制作實物等形式，要求書寫簡要文字說明。教師利用理論課程固定的答疑時間進行項目指導、答辯和考核[8-9]。項目實踐教學完成了CDIO模式的整個過程。項目實踐有效地提高學生分析問題、解決問題的能力，以及動手能力、應用能力和團結協(xié)作能力。指導和答辯環(huán)節(jié)鍛煉了CDIO教學大綱中強調(diào)的語言表達和人際交流，要求學生盡量使用專業(yè)術語、注意語言的藝術性?！暗诙n堂”實踐是學生今后參加各項實踐活動的“熱身”，是學生主體性的表現(xiàn)和創(chuàng)造力的釋放，是學生實踐應用能力的最佳鍛煉機會[3]。

(3) 課外實踐活動。我們積極開展大學生實踐活動，實踐活動相當于專業(yè)工作的“實戰(zhàn)演習”。實踐活動主要有大學生科研立項(創(chuàng)新訓練項目)、電子設計競賽和“電之光”大學生科技文化節(jié)等。大學生實踐活動由學生管理部門、科技科、各教學單位以及大學生科技協(xié)會等團體共同組織，形成“管理助教學、教學促管理”的良好新局面。例如，大學生科研立項，鼓勵學生自擬創(chuàng)新性的題目或積極參與教師的科研項目，每個項目設有指導教師和學生項目負責人，分為上交開題報告、開題答辯、中期檢查、上交結題報告、結題答辯和評優(yōu)評獎等環(huán)節(jié)。自然科學類項目結題要有實物，且功能完備并現(xiàn)場展示。大學生科研項目在開題時由評審教師評定等級，分為重要項目、一般項目和指導項目，對已經(jīng)結題的項目按照級別予以一定資金獎勵[10]。

(4) 教師是教學活動的主導。我們注重提升教師的業(yè)務素質(zhì)、科研能力和水平，例如，全國大學生電子設計大賽，以前每組學生有2～3名指導教師，后改為由1名教師指導，督促教師提高獨立指導實踐活動的能力。

2.4 考核改革

傳統(tǒng)教學考核方式是固定統(tǒng)一的，現(xiàn)采取“平時+考試+實驗+實踐”多方位的彈性考核辦法。電類基礎課程總成績由期末考試(60%)、平時成績(10%)、實驗成績(20%)和“第二課堂”實踐成績(10%)等4部分組成，其中實驗成績由基礎驗證實驗(50%)、綜合設計實驗(25%)和仿真實驗3部分組成(25%)，平時成績組成由任課教師自行決定，需要制定詳細的學生成績考核表[11-12]。

為鼓勵學生參加課外實踐活動，根據(jù)本班參加活動的人數(shù)及實際情況，任課教師可以將實踐活動考核計入“模擬電子技術”平時成績或“第二課堂”實踐成績內(nèi)。學校制訂激勵政策鼓勵學生參加實踐活動。省級及以上比賽獲獎或者參加指定實踐應用培訓課程并結業(yè)的學生，可以免修3門相關基礎工程實踐。

3 結束語

電類基礎課程教學改革遵循“學生為主體，教師為主導”的現(xiàn)代教學指導思想，首先加強理論教學，使學生打好堅實的“理論地基”，從理論教學到實驗和實踐教學，教師多方面多角度地盡最大可能引導學生思考，發(fā)揮學生的主觀能動性，培養(yǎng)學生的應用能力和創(chuàng)新思想。教學改革已在測控11級、12級學生中進行試點，取得了一定成效。

參與試點的學生學習興趣濃厚，參加實踐活動較早、人數(shù)增多。專業(yè)教師對他們的基礎理論掌握程度、學習自主性等給予高度評價。2013年，測控12級1班姜文罡同學，主持完成“冒式化學氧自救器”大學生科研立項(創(chuàng)新項目)；同年全國大學生電子設計競賽中，測控12級1班吳方石同學獲得省級二等獎。理論扎實、動手能力強的優(yōu)秀學生在班級起到良好的模范帶頭作用，帶動班級的學習風氣，逐漸形成從“點到面、老生帶新生”的良好學習氛圍。

References)

[1] 鄭君里, 龔紹文.電路原理課程改革之路[J].電氣電子教學學報，2007，29(3):1-7.

[2] 謝子殿，張桂鳳，沈顯慶，等.“電路原理”課程教學方法改革[J].電氣電子教學學報，2013，29(6):1-7.

[3] 曹海平，管圖華. 基于CDIO理念的電工電子實訓教學改革與實踐[J].實驗室研究與探索 ，2013，32(1):140-142.

[4] 邱關源，羅先覺. 電路[M]. 5版.北京: 高等教育出版社，2006.

[5] 丁守成. 理工科電工電子實驗教學改革的研究與實踐[J].實驗技術與管理，2008，25(3):114-117.

[6] 毛新宇，李斗，王志軍. 電路基礎實驗中自主式教學方法的探索與實踐[J].實驗技術與管理，2009，26(5):127-128.

[7] 趙珂，汪月華，鄧洪峰. 電類基礎實驗教學模式的改革與探索[J].實驗室研究與探索 ，2010，29(10):323-325.

[8] 韓紹程,羅長杰. 基于CDIO工程教育理念的電類基礎實驗教學改革探索[J].實驗室科學，2011，14(4):46-47.

[9] 張桂鳳. 項目教學法在“電工學”課程中的研究與實踐[J].高教論壇，2010(5): 67-69.

[10] 姚有峰，趙江東，汪明珠. 從電子設計競賽談電子類實踐教學改革[J].實驗技術與管理 ，2009，26(7):131-133.

[11] 鄭貴金. 電路分析實驗教學的創(chuàng)新探索與實踐[J].中小企業(yè)管理與科技，2010(9) :210-211.

[12] 張冬至，劉潤華，王平，等. 電類課程研究型教學模式與學生創(chuàng)新能力培養(yǎng)研究[J].實驗技術與管理 ，2014，31(3):17-20.

Exploration on teaching reform of basic electrical courses based on CDIO

Zhang Guifeng, Xie Zidian,Guo Mingliang, Liu Dandan

(Faculty of Electrical and Control Engineering，Heilongjiang University ofScience and Technology，Harbin 150022，China)

The basic electrical courses are vitally important for EE and CS undergraduate students. Under the direction of talents cultivation pattern, the teaching reform introduces the CDIO education philosophy. It is necessary to break the borderline among the courses, and between the theoretical teaching and the practical teaching. The whole teaching pattern is reformed logically. At present, the teaching requirements of the basic electronic courses are not only to increase the students’ learning interest, but also to improve teaching quality and efficiency, and to make good preparations for the follow-up professional courses. Furthermore, the total teaching can cultivate the students’ independent learning capability, engineering ability, innovative diathesis, team spirit, communication skills, and so on.

basic courses; CDIO mode; experiment and practice

2014- 12- 15 修改日期：2015- 01- 30

黑龍江省新世紀教育教學改革項目(JG2012010556)；黑龍江省教育科學規(guī)劃課題

張桂鳳(1976—)，女，內(nèi)蒙古牙克石，碩士，副教授，主要從事電工電子教學與研究.

E-mail：zgfzgf99@126.com

TN86; G642.0

B

1002-4956(2015)5- 0219- 03