侯卫周　刘名果

摘  要 通过对河南大学物理与电子学院工科电类课程群现状进行分析，发现工科电类课程教学中基于CDIO工程项目的教学模式较为缺失，教师工程项目意识淡薄，教学大纲结合实际工程项目综合设计的涉及面偏少，学生考核方式较单一。为培养更高层次的工科人才，提出以CDIO工程教学模式为导向的电类课程群建设的一些优化策略，不仅能锻炼学生的CDIO工程项目设计思维，而且能挖掘并提升学生的创新能力和实践潜能。

关键词 CDIO;工程教育模式;电类课程群;工程素质;实验项目库

中图分类号：G642.3    文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2020）19-0045-03

1 前言

CDIO即构思（Conceive）、设计（Design）、实施（Imple-

ment）、运作（Operate）四个英语单词的首字母缩写，其教育理念和模式是国际工程教育与人才培养的一种创新模式。自2008年4月教育部高等教育司发文成立“CDIO工程教育模式研究与实践课题组”至今，国内已有100余所高校全面地接受了CDIO教育理念的培训，要求当前工程教育不仅使学生具备宽泛的专业知识，还应具有实践、设计、团队协作、批判性思考等能力等工程素质[1]，而河南大学多数工科专业的CDIO工程教育模式与上述存在较大差距。

为弥补这一缺陷，提升河南大学物理与电子学院工科专业学生创新性和实践能力，实现河南大学“双一流”建设目标，本文提出以CDIO工程教学模式为导向的电类课程群建设策略，对当前工科电类课程群的建设和探索具有指导意义。

2 以CDIO教育模式为导向的工科电类课程群建设的意义

CDIO这一创新模式不仅让河南大学物理与电子学院学生在学习过程中接触工程实践，培养学生自主创新能力，而且能填补学院CDIO工程教学模式这一空白，也为实现省级“一流”专业建设、专业认证、“金课”建设提供了一定的教学改革基础。河南大学物理与电子学院现有测控、通信、电子等三个工科专业，学生培养过程与实际工程项目息息相关。以CDIO工程项目教育理念为导向，通过构建电类课程群一体化教学大纲和项目实例，将基于实例的教学方法和多层次的实验穿插于教学，让学生的电类知识结合实际的工程项目，使所学专业知识更好地运用于实际工程项目中。

电路、模电和数电等课程作为工科部分电类课程群，若从大一下学期专业基础课程就引入CDIO工程教育模式和理念，則在后期的专业课学习中能直接助推学生接受良好的工程训练，进一步弥补传统课程教学中学生工程能力的不足[2-3]，从而增强工科专业学生的工程项目实践意识和未来就业的竞争力，扩大河南大学物理与电子学院工科类专业的社会影响力。

河南大学在2017年5月修订本科培养方案时，电子信息专业新增一门电子综合设计创新性课程。以CDIO工程项目理念为导向，对电子综合设计课程制定教学大纲，分别在教学内容、教学方法及考核评价等方面做了尝试，学生在专业知识、个人能力、团队协作等方面会受到一定的训练，教师在指导学生进行电子电路设计和竞赛中受益匪浅。因此，将CDIO工程项目的教学创新模式置于一个基于经验学习的持续过程中，能较好地解决学生工程教育理论知识与实践能力的均衡问题，有效提高二者的融合度。该模式符合学院工科创新型人才培养要求，且更有助于创新型人才的培养。

为利于河南大学物理与电子学院工科专业电类基础课程整合，提升学生的工程创新意识和实践能力，增强教师的工程分析能力[4]，填补电类课程群建设与改革这一空白，下面以CDIO工程教育模式为导向，结合学院工科类专业的电路分析、模拟电子技术（后简称模电）、数字电子技术（后简称数电）等课程群建设，进行教学改革和探索。

3 河南大学物理与电子学院以CDIO工程教育为导向的电类课程群建设现状分析

2017年9月，河南大学被评为“双一流”高校;2019年6月，河南大学物理与电子学院的电子信息科学与技术专业被评为省级一流专业。虽然河南大学在近年的课程建设中取得一些可喜成就，但在以CDIO工程教育为导向的电类课程群建设中与其他知名高校差距仍然较大，仍存在一些亟待解决的问题。

CDIO工程项目的教育模式缺失  由于河南大学物理与电子学院三个工科类专业建立时间不足20年，师资力量较为薄弱，校企合作项目极少，涉及的工程项目很少，因此对于实际电子信息工程行业的项目认知也很少。平时教学中多采用分组讨论、网络化教学、多媒体等，但基于学院工科专业的性质，CDIO工程教学模式缺失，尤其电子信息工程项目的构思、设计、实施和运作在教学中基本见不到。

教师工程项目教学模式的观念  部分教师仍然采用理论讲授法，由于职业性质和客观因素等导致教师的CDIO工程教育理念较为滞后，除了讲授课本课程理论外，最多补充个别实验内容，授课内容与实际电子工程项目严重脱节，导致学生所学知识转化为项目设计的环节较薄弱，无法建立工程项目的全套思维，更谈不上工程项目意识的建立。

电路分析课程  多数工科教师对电类课程的教学，除强化学生电路分析计算能力外，在自主创新以及工程实践应用能力等方面培养力度较小，如与实际电子电路工程联系紧密的高压线阻抗测量、直流电流源设计、利用电路原理设计数字万用表等实践操作基本没有，使学生无法建立分析再设计的思维。即使与实际结合较紧密的部分电路内容在应用中也没概念，导致学生无法形成CDIO工程项目思维。

模拟电子技术课程  随着新型半导体器件、新技术发展和实验设备的更新换代，部分模电教学内容已无法满足学生的需求。河南大学物理与电子学院模电教学主要存在下面一些问题：

1）过于注重课程的理论分析，而忽略课程的工程性和实践性;

2）部分教学内容陈旧，滞后于新技术和器件的发展;

3）课程学时少，基本概念抽象，电路形式多样且较为抽象等，学生普遍反映入门难，知识得不到应用，与实际结合疏远，学习效果差、积极性不高等。

能将所学模拟电子技术的理论与实际结合，可将实例运用于教学中。如对智能机器人、飞行器、智能小车等电子产品设计过程中涉及的模拟电子技术进行剖析，必能加深学生对模电知识的理解和融会。

数字电子技术课程  虽然河南大学物理与电子学院工科类学生基本掌握了数电课程的理论知识，但学生和教师仍缺乏CDIO工程项目理念。尤其结合数字逻辑电路实际运用，如多变量卡诺图立体思维的建立、逻辑门电路的即时转换、双重加密验证的逻辑门设计验证以及逻辑电路的综合设计等，这些结合实际逻辑电路的工程项目训练和培养意识特别缺乏。因此，培养学生的CDIO工程意识和创新意识是教学改革中的当务之急。

社会进步和科技发展使得当代大学生的认知观和世界观多样化发展，若仍采用传统灌输式、照本宣科式的教学手段和模式，不注重培养学生的CDIO工程项目理念，很难培养出符合时代需求的高层次人才。另外，河南大学物理与电子学院电类课程在实验和实训教学方面，一直不变的6～8个电类项目，验证性实验比重高达90%以上，拓展性、综合性和创新性实验不到10%，这也造成难以激发学生的创新意识。而国内部分知名高校的教学实践证明，工科电类课程的CDIO教学模式比传统教学模式适应面更宽，更有助于提高教学质量[5]，因此，基于CDIO工程项目的新评测标准，必能为河南大学物理与电子学院工科电子信息工程教育的系统化发展奠定坚实基础。

4 以CDIO教育理念为导向的电类课程群建设对策分析

基于河南大学2017年修订的电子信息类学科培养方案，工科电类课程更需注重实践环节，加强培养学生主动性和创新性。而CDIO工程项目教育理念不失为一种提升学生实践能力的培养模式，以理论知识与工程能力并重为原则，以此来强化培养学生工程实践和创新能力。为助推学校“双一流”建设和省级“一流”专业（注：电子信息科学与技术）建设，加快工科专业认证步伐，以下将对工科专业电类课程群的教学大纲进行重构和细化，探索以学生为主体，知识、能力和素质协调发展的CDIO教学模式，以此推进课程群的建设和发展。

教师教学理念的转变  首先以CDIO工程项目教育理念为导向，鼓励教师采用项目驱动教学法，使教师在传授理论知识中兼做工程项目的设计者和先驱，尤其在电子信息综合设计中重视选题并强调电类课程群中各课程的内在联系。其次，加强学生的学科专业知识、工程创新能力与实践能力等综合素质培养。最后，教师用CDIO教育理念对课程内容进行知识体系结构设计，创新改进教学方法，促进教学过程的开发与管理，完善教学效果评价体系，积极探索基于CDIO工程项目教育理念的创新模式，借此推动课程群的建设和发展。

电类课程群一体化教学大纲的构建  为促进工科电类课程群整合，需从课程知识结构一体化和知识与能力一体化两方面着手。由于篇幅有限，下面着重从电类课程群一体化的角度出发，结合CDIO工程项目对具体电类课程大纲进行整合和优化。

1）电路分析。应适当弱化和信号与系统课程重复的线性电路频域分析、冲激响应等内容，补充二端口网络化电路，加大信号处理电路的比例，兼顾电路能量处理与信号处理两方面;适当引入一些模电与数电的信号的概念，拓展电路分析范围;从电路分析的角度引入集成运放，适当建立门电路的概念;强化非线性电路分析的要求;部分章节结束后应引入工程项目典型电路的分析及设计仿真，借此强化CDIO的设计、实施和运作的理念。

2）模电课程。總体上应相对削弱对电子技术基础理论的要求，加强模电CDIO工程项目的构思、设计等能力要求，特别是集成电路应用能力的要求;弱化以运算放大器构成的测量放大器、隔离放大器、温度测量电路;应重点突出信息处理运算电路和滤波电路等;引入采样保持电路和简化的模—数转换电路，以CDIO工程项目教学模式为导向，强化模电的工程性应用;增强学生的频率响应分析要求以及部分模电的故障排查及分析与设计能力。

3）数电课程。可适当减少先修课程已学过的基本概念及简单元器件内容，强调基于CDIO理念的数字逻辑电路工程项目设计的能力要求;在逻辑电路实验中，适当将一些原来以实验为主的项目向以设计为主的项目进行转变;拓展与实际逻辑电路设计紧密的序列信号检测、迭代电路等知识;增加项目分组讨论、计算机仿真分析、团队合作等多样化教学方式，进而建立学生CDIO工程项目的设计思维和理念。

实践证明，基于CDIO工程项目的工科电类课程的大纲修订，有助于实现工科电类课程的知识结构一体化，在教学中能使学生将所学运用到实际工程项目的分析和设计中，进一步实现学生的知识与能力一体化。

工科类电学基础课程实验项目库的建立  通过筛选与当前电子工程项目设计相近的课程知识点相匹配的实验项目，建立多层次的实验项目库，将其分布在电类课程教学的各个阶段[6]。以CDIO教学模式为导向的实践项目包括课内外实验项目、课程综合项目和课程群综合项目等。

1）电类实验要减少验证性实验的比重，适当增加设计性和创新性实验项目的比例。为弥补电路实验课程的缺失，可适当增加与CDIO工程项目设计相关的或与大学生电子类竞赛相关的课外实践项目或综合类的实验项目。

2）电类课程的综合项目是在多门相关课程理论内容授课结束后才进行的一项以设计和分析为主的教学活动，专业性比课程设计强。将典型的电子工程项目设计融入该项目中，从而灵活运用和掌握多个知识点，着力培养工科学生的电子信息综合设计和创新技能。

3）电类课程群的综合项目是一个小型的“设计—实现”项目，通过综合项目将多门电类课程知识融会和贯通起来，锻炼和提升学生的CDIO综合思维能力，这正是CDIO工程项目教育理念的一种具体体现。

因此，通过多类型实验项目式教学实践活动，为工科学生提供强有力的参与机会和平台，通过实验项目库使学生置身于电子信息工程项目中，锻炼学生的CDIO理性思维，从而逐步获取电子信息工程项目的设计能力，不断启发学生的工程项目创新灵感。

CDIO工程项目实例课堂教学模式的构建  采用工程项目实例教学法，能将工科电类课程阶段性内容的问题提出并转化成CDIO工程项目的设计和实施理念。在部分相关章节内容结束后，运用章节所学一些电子电路原理或分析方法对实例项目进行适当描述和抽象，利用定性分析和定量计算来解决遇到的电类问题。

CDIO工程项目教学模式的课程考核  课程考核包含理论内容与过程性实践能力两部分[7]。理论考核除了期中测试、期末考试等外，适当增加工科学生的过程性实践能力的考核，通过学生参与的电子综合设计或竞赛或实习实训等手段，鼓励学生重在参与。过程性实践考核是学生极早进入学习状态的一种手段，有利于工科学生及时发现并纠正所碰到的实践性问题，有利于学生CDIO工程项目理念的持续培养。

校企合作的强化  以CDIO教育理念为导向，进一步强化校企合作，使工科电类课程群改革产生效果;通过不同手段和措施引导社会资金参与设立大学生创新创业项目，鼓励社会组织、企事业单位和个人设立大学生创新创业基金，以多种形式为创新和自主创业的大学生提供支持，从而加速以CDIO为导向的电子信息类项目转化落地。

5 结语

通过对河南大学物理与电子学院工科电类课程进行分析研究，发现电类课程大纲仍存在一些缺陷，尤其是与当前电子信息工程项目发展相关的知识点综合运用有着不小的漏洞;教师的CDIO工程教育理念较为滞后，90%以上的教师的工程教学理念较为淡薄，造成在相当长一段时间内电类课程群建设较为滞后，学生所学理论和实践工程项目无法有机融合;加之学院工科专业师资薄弱，校企合作项目很少，导致学生的CDIO工程思维比较落后。基于此，提出以CDIO工程项目教学模式为导向的课程群建设的一些优化策略，从而将CDIO工程项目设计、实施的教学理念等引入实际教学中，以此推动工科电类课程群建设，更好地培养学生分析、设计和创新的能力，增强学生的社会竞争力，推动实现河南大学“双一流”建设目标。

参考文献

[1]熊禄金.CDIO视野下STEM課程教师的角色定位[J].教育信息技术，2019（6）：26-29.

[2]申东，李强，杨桂芹.基于CDIO的微机原理与接口技术课程改革[J].中国教育技术装备，2019（22）：96-97.

[3]蔡小庆，陈晓芳.信号类课程群CDIO模式的教学实践[J].科技创新导报，2018（6）：216-217.

[4]胡冬青.基于CDIO理念的半导体器件设计课程教学研究[J].教育教学论坛，2020（18）：282-283.

[5]林艺真.CDIO高等工程教育模式探析[J].哈尔滨学院学报，2008（4）：137-140.

[6]谭跃，邓曙光，李稳国，等.基于CDIO理念改革电子信息类专业实践教学环节[J].大学教育，2015（3）：104-105.

[7]潘晓苹，但果，陈昕，等.基于CDIO理念的数字电路实验教学改革[J].实验室研究与探索，2013（8）：400-402，429.

项目来源：河南大学2019年本科教学改革研究与实践项目（项目编号：HDXJJG2019-133）;2015年度河南省高等学校“电子信息科学与技术”省级教学团队项目。

作者：侯卫周，河南大学物理与电子学院，副教授，研究方向为电子电路设计与研究;刘名果，河南大学物理与电子学院（475001）。