王荣杰，陈美谦, 周海峰

(集美大学 轮机工程学院，福建 厦门 361021)

基于CDIO教育理念的数字电子技术课程教学模式重构

王荣杰，陈美谦, 周海峰

(集美大学 轮机工程学院，福建 厦门 361021)

分析数字电子技术课程教学中存在的主要问题，以CDIO 工程教育理念为指导，从课堂授课策略、教学内容和考核评价体系等方面对数字电子技术课程教学模式进行重构，旨在通过CDIO教学理念的实施过程，充分发挥学生团队协作的精神，调动学习的积极性和主动性，培养学生的学习策略和自主学习能力，使学生在工程思维方式的指导下，逐步掌握数字逻辑电路设计的思想和基本方法。

CDIO工程教育理念; 数字电子技术; 教学模式

一、引言

高等教育肩负着培养面向生产、建设、管理、服务第一线具有创新精神和实践能力的高级专门人才的使命，要建立突出能力培养的课程标准，改革教学方法和手段，融“教、学、用”为一体，强化学生能力的培养。

CDIO代表构思(Conceive)、设计(Design)、实现(Implement)和运作(Operate)，它以引导学生以主动的、实践的、课程之间有机联系的方式学习工程为目的。CDIO教育理念是麻省理工学院、瑞典皇家工学院、瑞典哥德堡查尔姆斯技术学院和瑞典林克平大学等4所大学经历近4年的探索研究获得的工程教育改革的最新成果，是一整套符合工程科技人才成长规律和特点的教育模式，旨在培养全面发展的创新型工程科技人才。CDIO教育理念是“做中学”和“基于项目教育和学习”理念的集中概括和抽象表达，它有三个总体目标：教育学生能够更深层次地掌握技术基础知识，不是通过被动的听讲过程获取知识，而是自我构建知识体系，面对和纠正自身的错误理解；教育学生能够领导新产品、过程和系统的创造与运行，培养学生的个人能力和人际交往能力，个人能力包括工程推理和解决问题的能力、科学探索、系统思维和批判性及创造性思维，人际交往能力包括交流沟通和团队工作能力；教育学生能够理解和研究技术发展对社会的重要性和战略影响。[1-3]

我国于2005年开始进行CDIO模式的高校工程教育改革，改革目标是通过注重培养学生系统工程技术能力，尤其是项目的构思、设计、开发和实施能力以及较强的自学能力、组织沟通能力和协调能力，吸收世界先进的工程教育理念，建立符合国际工程教育共识的课程体系。目前，CDIO教育理念已应用于人才教育模式和课程体系建设等方面的教育或教学改革，而这些改革都是以使学生具有较强的设计和建造的能力、创新能力、较强的团队精神和领导能力为目标。

“数字电子技术”是电类专业一门核心主干基础课程，其教学内容抽象、理论性强、实践要求高。而本课程的教学效果不甚理想，体现在以下方面：学生普遍感觉比较枯燥，学习兴趣很难持久；学生了解逻辑门电路的功能和原理，却不清楚在现实生活中如何应用；学完课程后只会设计几个功能简单的数字逻辑电路，缺乏实际运用能力，无法完成一个完整实际电路的分析和设计。为了摆脱目前教与学的困境，本文借鉴CDIO教育理念，重构“数字电子技术”课程的教学模式。

二、基于CDIO教育理念的“数字电子技术”课程教学模式重构

1. 课堂授课策略的重构

目前，在多数高校中“数字电子技术”课程普遍采用的是“教师讲授+多媒体教学”的传统教学形式，主要以教师讲解为主，以帮助学生熟练掌握基础知识为指导思想，一般是先利用幻灯片向学生介绍本章节涉及的逻辑单元的内部结构、工作原理和逻辑功能等，然后通过例题给学生讲解组合逻辑电路或时序逻辑电路的工作原理及其实现过程。在整个课堂教学过程中，学生更多的是充当“听众”的角色，跟着教师的思路去理解、记忆相关的知识点，学生的“学”完全围绕教师的“教”来进行，这种传统的教师主动“教”的模式，只能带来学生被动“学”的困境。不可否认，这种教学方法对学生快速掌握课程知识点具有显著的效果，但是，也会导致学生在未来工作中面对实际的工程项目束手无策的尴尬局面。

根据CDIO“做中学，学中做”的理念，教师要改变原有的教学方法，采取能培养学生的自主学习能力和创新能力的基于问题的教学方法(Problem based Learning, PBL)。PBL教学方式是先由教师在课前提出根据教学目标精心设计的具有启发性的问题，再由学生通过查阅相关资料学习解决问题的 “教与学”紧密结合的过程。在这个教学过程中，作为课堂教学主体之一的教师是学习方法的引导者、基础知识的讲授者、创新教学模式的整体设计者、学习过程的监控者、学习质量的评价者和师生互动之间的协助者；而作为教学过程中心的学生，需要自己解决学习问题，承担自主学习的责任，成为学习过程的真正主体。“数字电路技术”课程中组合逻辑电路这部分教学内容，教师可以立足于生活引出“数字显示抢答器”的设计问题，由学生分组讨论并各抒己见，让学生的自主权得到尊重，让学生的学习兴趣得以激发，在学生完成设计后，教师在现场用电子电气设计自动化(Electronic Design Automation，EDA)软件Multisim搭接电路并仿真实效，对学生的设计做出评价，EDA软件具体可参考文献[4]。这样的教学模式，不仅能让学生在解决问题的过程中掌握相关的知识技术和学习策略，也有利于学生更好地适应未来职场上创新性的开发工作，而于教师本身而言，也是一个教学相长的过程，对教学水平的提高和职业技能的开拓都大有裨益。

2.教学内容的重构

“数字电子技术”原有课程教学内容以数字逻辑电路的基础知识和原理为主线，教学目标主要是让学生了解或验证相关的知识点。在现有教学内容和目标的框架下，学生虽然能够掌握单一的知识点及其应用技巧，但不清楚如何在整个项目中合理地使用各类技术，形成“只见树木，不见森林”的认知习惯，造成学生知识结构的单一性和浅薄性。笔者在教学过程中，经常遇到学生反映教学内容枯燥难懂，在未来工作中又没有实际意义，由此形成了教学主客体的双重尴尬局面。

在CDIO特色的教学内容体系下，通过项目设计将整个课程体系有机、系统地融合起来，所有的教学内容都围绕该项目展开；符合CDIO模式思想的“数字电子技术”教学内容，需要教师能从较高层次把握这些内容各自的地位和作用，帮助学生理清课程中各种内容之间的关系，从而凸显设计和应用，改变过去重视原理、忽视设计、忽视应用的状况。“数字电子技术”课程教学内容以原理、设计和应用为主线，将课程教学内容划分成与之对应的三个部分：(1) 数字电子技术原理部分，涉及逻辑门电路和触发器等；(2) 数字逻辑电子电路设计部分，涉及组合逻辑电路和有记忆功能的时序逻辑电路等；(3) 数字电子技术应用部分，涉及硬件描述语言、EDA电子仿真实验和硬件电路调试实验等。笔者拟建立基于CDIO特色的“数字电子技术”教学内容体系，如图1所示，虚线框的内容代表教学内容，实线框的内容代表教学内容相应教学的作用。

3.教学评价模式的重构

在传统教学评价模式中，理论考试和实践考试分离，课程考核基本采用单一笔试的考评方式，像大部分课程仍采用“期末成绩(70%)+平时成绩(30%，包括出勤和作业两个部分)”的评价模式，该模式简单公正，但注重的是理论知识的考核。这种考核方式仅仅反映出学生对理论知识的掌握程度，很难体现学生的实践能力和工作态度；此外，这种只关注结果的考核评价具有较浓的功利色彩，学生也仅仅为考试而学习，没有主动参与学习过程的热情，根本体会不到学习的乐趣，更谈不到创新能力的提高。

CDIO创新教学模式的愿景是要为工科学生提供一种强调工程基础、建立在实际工程上产品的C—D—I—O过程的环境基础上的工程教育；而基于CDIO的教育理念构建的课程考核评价方式，应将培养符合产业界的工程师需要具备的各种能力和素质变为学生考核的主要目标。因此，我们拟建立以教师、实验师和学生三方为主体，结合学习过程、项目结果和考试三方面的综合评价模式，在这种评价模式下课程的成绩评定，采用“结果性”考核与关注学生在学习过程中体现出的态度、素养、人际团队能力和工程系统能力等“过程性”考核相结合的模式来决定。减少“结果性”期末理论考核在总评中所占比例，设定比例为35%，重点考查学生的知识和技术。加强“过程性”考核的力度，提高平时考核所占比例，学习过程和项目结果占的比例为65%，重点考查学生的能力和态度。学习过程考核主要由课堂表现16 分和协作成绩14分组成，教师评课堂表现，学生互评协作成绩；项目结果考核中项目质量和创新占20 分，项目答辩占10分，这两部分成绩是教师和实验师针对项目团队打出的，互评成绩5 分是根据项目组内根据对项目的贡献程度由学生互评得出，既能使成绩总体上取决于团队成绩，使学生重视团队协作，又能衡量在一个项目组内各学生对项目贡献的大小。然而，项目设计的结果往往不是唯一答案，因此，要重点关注有特点、亮点的设计方案，并给予大力鼓励与表扬。总之，“结果性”和“过程性”课程的考核评价不仅注重知识和技术的评价，而且要注重能力和态度的评价。

图1 “数字电子技术”课程教学内容体系

三、结语

“数字电子技术”是一门非常重要的电类专业技术基础课程，是研究数字逻辑电路及其应用的重要学科，本课程的教学目的是培养高素质的电子类学科的应用性复合型人才。CDIO教学理念是工程教育领域的系统化教育模式，它将专业基础知识、个人能力、团队协作能力及系统构建能力“四位一体”的能力培养整合在同一课程体系。在“数字电子技术”课程的教学中，引入CDIO工程教育模式，旨在激发学生学习的积极性和主动性，使学生在工程思维方式的指导下，逐步掌握数字逻辑电路设计的思想和基本方法，同时通过CDIO教学理念的实施过程，充分发挥学生团队协作的精神，调动学习的积极性和主动性，培养学生的学习策略和自主学习能力，是为社会培养合格的创新型工程人才的一种有益尝试。

[1] EDWARD F C. The CDIO Syllabus—A Statement of Goals for Undergraduate Engineering Education [D]. Cambridge: Massachusetts Institute of Technology, 2001.

[2] EMILY M, LALEH B. Integrating creativity into elementary electrical engineering education using CDIO and project-based learning [C]. Austin: MSE 2013, 2013：44-47.

[3] SMAILL C R. The implementation and evaluation of a university-based outreach laboratory program in electrical engineering [J]. IEEE Transactions on Education, 2010, 53(1)：12-17.

[4] 康华光.电子技术基础——数字部分[M].北京: 高等教育出版社, 2013.

2014-06-30

集美大学教育教学改革项目(JY12156, JY12029)

王荣杰 (1981-)，男，博士，副教授，主要从事智能信息处理和电力系统故障诊断教学与研究。

G642.0 < class="emphasis_bold">文献标识码：A

A

1006-8724(2015)01-0058-03