CDIO电子技术创新实践与探索

0引言

实践教学环节是高等院校工科类专业中的重要教学环节，直接影响到工科学生未来的就业及后继的研究生阶段学习。虽然工科专业中不同的实践教学环节具有各自的特点，但都是必要环节。随着社会经济的发展、科学技术的进步，电子技术迅速地发展并广泛应用于各个领域，几乎渗透到国民经济各个部门，电子技术已经成为决定各学科装备质量、性能、运行稳定性的重要因素。电子信息发展日新月异，新技术不断涌现，工科大学生掌握的知识和具备的能力必须跟上时展的步伐，必须增强工科专业学生的电子技术创新实践能力培养。非电类专业电子技术、电工与电子技术实习与后续专业课程设计、毕业设计存在脱节现象。电工电子技术实习课的教学内容以基础性和验证性为主，缺乏设计性和综合性，同时，专业课程设计、毕业设计对学生的电子技术综合实践能力要求较高，教学内容跨度大，存在衔接不上的问题。这就需要在课程之间架设工科专业学时能够选修的电子技术创新实践教学课程，尽量实现平稳过渡。在多数实践教学环节中包括电工电子实习，总体上还是以传统的教师教，学生学的方式为主，学生缺少个性发挥的空间，在教学过程中，难以持续有效的调动学生学习的自主性和激发他们主动参与教学过程。传统的填鸭式教学导致学生不会运用所学的知识，不会利用图书馆、互联网等手段收集资料，并有选择地将其应用到项目设计中。这对实践教学环节的教学效果产生不利影响。CDIO教育模式是当前国际工程教育最新发展方式，旨在创新教育模式下培养下一代优秀的工程师。这是一种将理论和实践有机联系的工程教育方式。CDIO强调扎实的基础和完成项目的综合能力，将工程毕业生的能力分为工程基础知识、个人能力、人际团队能力和工程系统能力四个层面，要求以综合的培养方式使学生在这四个层面达到预定目标。

1基于CDIO的电子技术创新实践

针对电子技术实习与后续专业课程设计、毕业设计存在脱节现象，我校为了增强工科专业学生的电子技术创新实践能力，从2013年上半年开始开设电子技术创新实践课程，该课程基于CDIO教学理念，理论联系实际，以实践为主，以“创”为主导思想，主要是从新颖、实用的角度出发，介绍电子制作的基本方法，各种单元电路的设计制作，单片机的编程与实践以及基于单片机的电子产品制作，并在教学中不断与时俱进。

1．1电子技术创新实践课程

电子技术创新实践是一门以单片机为主进行电子创新制作与实践的课程，单片机主要采用PSoC(ProgrammableSystemonChip)芯片(赛普拉斯(Cypress)半导体公司捐赠)。通过电子创新制作与实践加深同学对电子技术应用的能力，巩固了电子技术理论课堂学习的理论知识，使工科学生对专业基础理论有更深入的实践认识。通过本课程，使学生了解现代电子制作的基本方法，通过项目任务掌握电子单元电路的设计制作与调试，单片机的编程与软硬件调试等方面的知识。通过项目任务激发学生的兴趣，提高学生的独立操作、工程实践能力和创新能力。教学过程中做到因材施教，对于能力较强的学生团队，选择难度较高的的设计项目，另外，学生的设计项目也可以自己命题。通过电子技术创新项目实践有助于拓宽学生的电子技术实践背景，为专业课、课程设计、毕业设计以及创新项目的实践环节打下铺垫。该课程有效衔接电工电子实习，是电子技术应用的一门特色实践课程。

1．2课程开设

本课程采取实验室现场理论和实践教学相结合的方式，既包括理论知识的学习也包括动手实践。理论知识的学习主要是概述单片机原理、模拟电路、数字电路等内容。然后是以学生的自主学习和动手实践为主的创新实践，设置的任务根据学生已有的知识结构体系及自身动手能力、意愿来选题，项目任务难易适中，任务中应包含学生在动手实践中会遇到的困难，使得学生通过查阅资料及团队讨论以及分工合作解决困难，但是确保通过教师适当的讲解与启发帮助学生能够完成项目的设计与调试。实践过程中，实际电路的设计、调试与安装过程和传感器的应用以及和单片机的电路连接原理，对于虽然接触了电工电子技术课程，但是缺乏实践训练的学生而言，在实际制作过程中总会存在着不少困难，如传感器原理、调理电路原理，单片机程序和控制器件之间关系，以及电路中各元器件的选型，电源、电机及驱动、执行机构、元器件的总体安装、协调布置等问题。而对于这些具体的问题，学生是可以在制作过程中运用已有的知识，查阅资料，和教师、同学进行讨论，通过方案选择、电路设计、调试和安装各个环节，逐步解决。从而使得学生在学习和制作过程中，了解实际生产、实践、创新过程所需面对的各种具体问题，在克服困难的过程中，体验尝试、失败、再尝试、再失败到最终成功的整个过程。最后小组进行演示交流、答辩，完成项目设计报告。交流答辩锻炼学生语言表达能力，设计报告则让同学进行初步科技写作能力的培养。在实践中以学生的自主学习和创造为主，各小组成员获得多方面能力的锻炼。

1．3电子技术创新实践的CDIO实践

本课程设置为20学时，10周内完成，由于是创新实践课程，允许来自不同专业的同学选修，班级人数上限20人。在开课之初，布置项目任务，讲解基于单片机的电子制作所涉及的基础知识，结合一个具体项目任务的实施与实践演示。随后学生实践自己的项目任务，深入学习各单元模块的工作原理及相互关系，要求同学对碰到的问题，自行查阅资料，和教师、同学进行讨论，设计电路图，焊接电路，编写程序，进行软件和硬件调试与测试。通过深入的探索和研究，可以自由发挥同学的创新和想象能力，提高知识拓展能力。课程内容主要分为以下几步进行:首先，通过最初的课堂，讲解电子技术创新实践课程目的及基础知识，布置项目任务，在这一部分的学习中，同学需要对老师教授的知识(包括涉及到的其他学科相关知识)充分理解并接受。在是CDIO中“C”(Conceiving构思)的基础。第二部分的工作为CDIO中的“D”(Design设计)做准备。在第一部分工作的基础上，学生对实践项目的基本目的和意义有一定的了解。同学形成项目小组并选题，开始研究项目任务的要求和实践方法或实践思路，进行自己的研究及设计工作。通过这一环节的实践锻炼学生的独立思考能力以及解决简单问题的能力。这一部分包括构思(Conceiving，“C”)和设计(Design，“D”)部分的工作。小组同学分工合作，查阅资料，并与指导教师讨论，进行独立完整的设计。在设计及实现过程中通常会遇到各种常见的问题，如调试不通过时，在执行过程中需要反复修改之前的硬件电路和程序等，这时要求学生善于发现问题和解决问题的能力。最后，通过教师的提示及点评和同学自己的思考，能够理解整个实践过程，并思考自己设计中有待提高的部分和扩展的可能性。要求小组成员既要团队协作，又要分工合作完成整个设计实验过程，最后，完成项目任务的实践制作报告，制作ppt，向同学及老师讲解整个制作过程的思路、遇到的问题及解决方法。这一部分的工作体现了实现(Implement)和运作(Operate)的思想。设计任务分配给同学，允许自由组合成团队，分工合作来完成这一系列复杂的实验任务。在团队中每个人要完成自己的任务，并且学会与他人一起沟通协商才能使整个团队完成任务。这一部分的工作中团队协作精神得到锻炼和提高，沟通协调能力是团队协作的必要条件。因此在整个实践过程中，学生的独立思考能力，设计能力，实践动手能力，沟通交流能力以及遇到问题解决问题的能力，团队协作能力均得到了提高，体现了CDIO的教育理念，构思(Conceiving)→设计(Designing)→实现(Implementing)→运作(Operating)。

1．4电子技术创新实践效果

课程结束时，从学生的最后总结中可以看到，在主动学习和动手创作的过程中，学生进行实践研究的能力和与他人协作的团队精神得到了一定的培养。在实践过程中，学生不断的学习新知识，主动运用理论知识指导实践过程，充分发挥个人与团队的主动性和创造性，进而克服了实践过程中的各种困难，最终完成课程布置的任务，从而切身体验到科学研究实践活动的真实过程，获得了一定的成就感。以学生主动学习和动手创作为主的教学过程给学生传统的学习方式带来了新的学习感受。课程结束后，引导学生参加学科竞赛，到目前为止，参加课程的同学中已有5名同学获得校级以上“飞思卡尔杯”智能车竞赛和“TI”杯大学生电子设计竞赛奖项。

2结语

综上所述，在电子技术创新实践课程中，以CDIO教育模式为指导，学生根据自己的知识结构能力，自主选题，并在教学实践过程中，以学生自主学习和动手创作为主，以教师指导为辅的教学模式。有效解决了电子工艺实习与课程设计、毕业设计以及创新项目的脱节问题，实现了实践教学内容的平稳过渡。引导学生参加学科竞赛，为我校学科竞赛的普及添砖加瓦。教学实践结果表明，学生在电子技术创新实践中能真正得到创新实践项目的初步体验，在动手实践过程中主动去思考问题，查阅相关资料，理解团队合作的重要意义，锻炼了工程实践能力与创新能力。

作者：赵春锋 王艳新 汪敬华 单位：上海工程技术大学 东华大学