CDIO電子技術創新實踐與探索

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0引言

實踐教學環節是高等院校工科類專業中的重要教學環節，直接影響到工科學生未來的就業及后繼的研究生階段學習。雖然工科專業中不同的實踐教學環節具有各自的特點，但都是必要環節。隨著社會經濟的發展、科學技術的進步，電子技術迅速地發展并廣泛應用于各個領域，幾乎滲透到國民經濟各個部門，電子技術已經成為決定各學科裝備質量、性能、運行穩定性的重要因素。電子信息發展日新月異，新技術不斷涌現，工科大學生掌握的知識和具備的能力必須跟上時展的步伐，必須增強工科專業學生的電子技術創新實踐能力培養。非電類專業電子技術、電工與電子技術實習與后續專業課程設計、畢業設計存在脫節現象。電工電子技術實習課的教學內容以基礎性和驗證性為主，缺乏設計性和綜合性，同時，專業課程設計、畢業設計對學生的電子技術綜合實踐能力要求較高，教學內容跨度大，存在銜接不上的問題。這就需要在課程之間架設工科專業學時能夠選修的電子技術創新實踐教學課程，盡量實現平穩過渡。在多數實踐教學環節中包括電工電子實習，總體上還是以傳統的教師教，學生學的方式為主，學生缺少個性發揮的空間，在教學過程中，難以持續有效的調動學生學習的自主性和激發他們主動參與教學過程。傳統的填鴨式教學導致學生不會運用所學的知識，不會利用圖書館、互聯網等手段收集資料，并有選擇地將其應用到項目設計中。這對實踐教學環節的教學效果產生不利影響。cdio教育模式是當前國際工程教育最新發展方式，旨在創新教育模式下培養下一代優秀的工程師。這是一種將理論和實踐有機聯系的工程教育方式。CDIO強調扎實的基礎和完成項目的綜合能力，將工程畢業生的能力分為工程基礎知識、個人能力、人際團隊能力和工程系統能力四個層面，要求以綜合的培養方式使學生在這四個層面達到預定目標。

1基于CDIO的電子技術創新實踐

針對電子技術實習與后續專業課程設計、畢業設計存在脫節現象，我校為了增強工科專業學生的電子技術創新實踐能力，從2013年上半年開始開設電子技術創新實踐課程，該課程基于CDIO教學理念，理論聯系實際，以實踐為主，以“創”為主導思想，主要是從新穎、實用的角度出發，介紹電子制作的基本方法，各種單元電路的設計制作，單片機的編程與實踐以及基于單片機的電子產品制作，并在教學中不斷與時俱進。

1．1電子技術創新實踐課程

電子技術創新實踐是一門以單片機為主進行電子創新制作與實踐的課程，單片機主要采用PSoC(ProgrammableSystemonChip)芯片(賽普拉斯(Cypress)半導體公司捐贈)。通過電子創新制作與實踐加深同學對電子技術應用的能力，鞏固了電子技術理論課堂學習的理論知識，使工科學生對專業基礎理論有更深入的實踐認識。通過本課程，使學生了解現代電子制作的基本方法，通過項目任務掌握電子單元電路的設計制作與調試，單片機的編程與軟硬件調試等方面的知識。通過項目任務激發學生的興趣，提高學生的獨立操作、工程實踐能力和創新能力。教學過程中做到因材施教，對于能力較強的學生團隊，選擇難度較高的的設計項目，另外，學生的設計項目也可以自己命題。通過電子技術創新項目實踐有助于拓寬學生的電子技術實踐背景，為專業課、課程設計、畢業設計以及創新項目的實踐環節打下鋪墊。該課程有效銜接電工電子實習，是電子技術應用的一門特色實踐課程。

1．2課程開設

本課程采取實驗室現場理論和實踐教學相結合的方式，既包括理論知識的學習也包括動手實踐。理論知識的學習主要是概述單片機原理、模擬電路、數字電路等內容。然后是以學生的自主學習和動手實踐為主的創新實踐，設置的任務根據學生已有的知識結構體系及自身動手能力、意愿來選題，項目任務難易適中，任務中應包含學生在動手實踐中會遇到的困難，使得學生通過查閱資料及團隊討論以及分工合作解決困難，但是確保通過教師適當的講解與啟發幫助學生能夠完成項目的設計與調試。實踐過程中，實際電路的設計、調試與安裝過程和傳感器的應用以及和單片機的電路連接原理，對于雖然接觸了電工電子技術課程，但是缺乏實踐訓練的學生而言，在實際制作過程中總會存在著不少困難，如傳感器原理、調理電路原理，單片機程序和控制器件之間關系，以及電路中各元器件的選型，電源、電機及驅動、執行機構、元器件的總體安裝、協調布置等問題。而對于這些具體的問題，學生是可以在制作過程中運用已有的知識，查閱資料，和教師、同學進行討論，通過方案選擇、電路設計、調試和安裝各個環節，逐步解決。從而使得學生在學習和制作過程中，了解實際生產、實踐、創新過程所需面對的各種具體問題，在克服困難的過程中，體驗嘗試、失敗、再嘗試、再失敗到最終成功的整個過程。最后小組進行演示交流、答辯，完成項目設計報告。交流答辯鍛煉學生語言表達能力，設計報告則讓同學進行初步科技寫作能力的培養。在實踐中以學生的自主學習和創造為主，各小組成員獲得多方面能力的鍛煉。

1．3電子技術創新實踐的CDIO實踐

本課程設置為20學時，10周內完成，由于是創新實踐課程，允許來自不同專業的同學選修，班級人數上限20人。在開課之初，布置項目任務，講解基于單片機的電子制作所涉及的基礎知識，結合一個具體項目任務的實施與實踐演示。隨后學生實踐自己的項目任務，深入學習各單元模塊的工作原理及相互關系，要求同學對碰到的問題，自行查閱資料，和教師、同學進行討論，設計電路圖，焊接電路，編寫程序，進行軟件和硬件調試與測試。通過深入的探索和研究，可以自由發揮同學的創新和想象能力，提高知識拓展能力。課程內容主要分為以下幾步進行:首先，通過最初的課堂，講解電子技術創新實踐課程目的及基礎知識，布置項目任務，在這一部分的學習中，同學需要對老師教授的知識(包括涉及到的其他學科相關知識)充分理解并接受。在是CDIO中“C”(Conceiving構思)的基礎。第二部分的工作為CDIO中的“D”(Design設計)做準備。在第一部分工作的基礎上，學生對實踐項目的基本目的和意義有一定的了解。同學形成項目小組并選題，開始研究項目任務的要求和實踐方法或實踐思路，進行自己的研究及設計工作。通過這一環節的實踐鍛煉學生的獨立思考能力以及解決簡單問題的能力。這一部分包括構思(Conceiving，“C”)和設計(Design，“D”)部分的工作。小組同學分工合作，查閱資料，并與指導教師討論，進行獨立完整的設計。在設計及實現過程中通常會遇到各種常見的問題，如調試不通過時，在執行過程中需要反復修改之前的硬件電路和程序等，這時要求學生善于發現問題和解決問題的能力。最后，通過教師的提示及點評和同學自己的思考，能夠理解整個實踐過程，并思考自己設計中有待提高的部分和擴展的可能性。要求小組成員既要團隊協作，又要分工合作完成整個設計實驗過程，最后，完成項目任務的實踐制作報告，制作ppt，向同學及老師講解整個制作過程的思路、遇到的問題及解決方法。這一部分的工作體現了實現(Implement)和運作(Operate)的思想。設計任務分配給同學，允許自由組合成團隊，分工合作來完成這一系列復雜的實驗任務。在團隊中每個人要完成自己的任務，并且學會與他人一起溝通協商才能使整個團隊完成任務。這一部分的工作中團隊協作精神得到鍛煉和提高，溝通協調能力是團隊協作的必要條件。因此在整個實踐過程中，學生的獨立思考能力，設計能力，實踐動手能力，溝通交流能力以及遇到問題解決問題的能力，團隊協作能力均得到了提高，體現了CDIO的教育理念，構思(Conceiving)→設計(Designing)→實現(Implementing)→運作(Operating)。

1．4電子技術創新實踐效果

課程結束時，從學生的最后總結中可以看到，在主動學習和動手創作的過程中，學生進行實踐研究的能力和與他人協作的團隊精神得到了一定的培養。在實踐過程中，學生不斷的學習新知識，主動運用理論知識指導實踐過程，充分發揮個人與團隊的主動性和創造性，進而克服了實踐過程中的各種困難，最終完成課程布置的任務，從而切身體驗到科學研究實踐活動的真實過程，獲得了一定的成就感。以學生主動學習和動手創作為主的教學過程給學生傳統的學習方式帶來了新的學習感受。課程結束后，引導學生參加學科競賽，到目前為止，參加課程的同學中已有5名同學獲得校級以上“飛思卡爾杯”智能車競賽和“TI”杯大學生電子設計競賽獎項。

2結語

綜上所述，在電子技術創新實踐課程中，以CDIO教育模式為指導，學生根據自己的知識結構能力，自主選題，并在教學實踐過程中，以學生自主學習和動手創作為主，以教師指導為輔的教學模式。有效解決了電子工藝實習與課程設計、畢業設計以及創新項目的脫節問題，實現了實踐教學內容的平穩過渡。引導學生參加學科競賽，為我校學科競賽的普及添磚加瓦。教學實踐結果表明，學生在電子技術創新實踐中能真正得到創新實踐項目的初步體驗，在動手實踐過程中主動去思考問題，查閱相關資料，理解團隊合作的重要意義，鍛煉了工程實踐能力與創新能力。

作者：趙春鋒 王艷新 汪敬華 單位：上海工程技術大學 東華大學