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CDIO工程教育模式是近年來國際工程教育改革的最新成果。從2000年起,由麻省理工學院和瑞典皇家工學院等四所大學創立了CDIO工程教育理念,并成立了以CDIO命名的國際合作組織。以工程項目設計為導向、工程能力培養為目標的CDIO高等工程教育模式以構思、設計、實施及運作全過程為載體培養學生的工程能力;調動學生學習的主動性、積極性和創造性,同時使學生在項目實踐中逐漸掌握思考問題、解決問題的方法,提高其創新實踐能力[1]。
全國大學生電子設計競賽是由教育部高等教育司和信息產業部人事司共同主辦,面向電類專業大學生的科技活動,目的在于推動全國高等學校信息與電子類學科的課程體系和課程內容的改革。引導高校在教學中強化培養大學生的應用能力、創新能力、團隊協作能力和理論聯系實際的學風,以及訓練動手能力和工程實踐能力,鼓勵廣大學生踴躍參與課外科技活動,把他們的主要精力吸引到學習和能力培養上來,同時為優秀人才的脫穎而出創造條件。競賽的特色是與高等學校相關專業的課程體系和課程內容改革密切結合,以推動其課程教學、教學改革和實驗室建設工作。競賽內容既有理論設計,又有實際制作,以全面檢驗和加強參賽學生的理論基礎和實踐創新能力[2-4]。
大學生電子設計競賽賽期為四天三夜,在競賽期間參賽學生要完成:選題立項、理論設計、器件選擇、方案比較、實際制作、調試、測試、技術報告寫作等諸多工程環節,在為參賽學生提供了綜合運用所學知識、充分發揮想象力和創造力的空間同時,尤其突出工程實踐中的自主性和創新性特點,填補了工程實踐教育的空白,使參賽學生的工程實踐能力得到了切實的提高[5]。我校是應用型本科院校,人才培養目標定位在以應用型人才培養為主,注重培養學生的綜合素質,在確保具備專業知識能力的同時,強調實踐、創新。自2001年第一次參加全國大學生電子設計競賽至今已10年了,學校和系里十分重視全國大學生電子設計競賽工作,在上下共同努力下取得了較好的成績,歷屆學生的工程實踐能力、創新實踐能力得到的很大的提高。而在電子設計競賽的集訓、參賽過程中對教學改革的促進,特別是cdio教育模式的改革起到了積極的作用。
1結合電子設計競賽,制定符合CDIO教育模式的專業培養計劃
大學生電子設計競賽于每年的九月份舉行,分為全國賽與省賽,其中奇數年是全國大學生電子設計競賽,偶數年是福建省大學生電子設計競賽,由于電子設計競賽的時間安排在每學年的期初舉行,使得參加競賽的學生主體是剛進入大四的學生,過去的培養計劃中四年級上學期才安排主要的專業方向課程,參加競賽的學生往往還沒有接受專業課程的學習和訓練,若是剛進入三年級的學生參加競賽,他們所學習的專業課程及受到的訓練就更少了,這種按部就班的培養模式無法適應電子競賽的要求,更不用說是以工程項目設計為導向的CDIO的教學模式了[7-8]。因此,針對電子設計競賽及應用型人才培養的要求,我系從人才培養方案的變革上做了大膽的嘗試,主要有以下幾個方面:
(1)專業基礎必修課中專業核心課程基本不變,只對部分課程中進行整合及增減,調整如下:①“電路”課程的授課內容進行整合,“電路(下)”中增加“復變函數與積分變換”的內容,課時由48學時增加到56學時,取消系級選修課“復變函數與積分變換”,增設針對電子設計競賽的“電子系統設計與實現”系級選修課,分別在三、五、七學期的暑假進行。②增設“電機及應用技術”課程,該課程與電氣專業的電機原理課程有很大的不同,電氣專業的電機原理課程,課時較多,但內容以交、直流電機為主要對象,電子信息工程專業所開設的電機及應用技術,課時少,但介紹的電機種類較多,以電機基本原理學習為主,將其作為電子控制的元件來學習,以擴大學生的知識面,提高競爭力。③“PIC單片機技術”課程提前至第四學期,和“電路(下)”、“模擬電子技術”同步開設,確保暑期參加電子設計競賽的二年級學生初步掌握單片機應用技術,為暑期集訓打下基礎,這門課程以CDIO模式進行教學,以工程項目設計為目的,引導學生自主學習相關知識,先建立工程概念,了解單片機的基本應用技術,邊做邊學。
(2)重視專項實踐能力的培養,實踐環節的設置做了如下調整:①原電子工藝與整機安裝的項目內容改為PIC單片機工藝及安裝,配合第4學期的PIC單片機技術課程,在PIC單片機技術課程中,可以直接使用學生自己安裝的單片機開發板進行實驗,通過自己安裝調試的單片機開發板學習單片機技術,可以激發學生的學習興趣,理論聯系實際。②近年來,DSP技術的應用越來越廣,具備DSP的應用能力是電子信息工程專業學生的必備能力之一,在實踐教學中,增設2周的DSP應用技術的實踐環節,希望通過實踐課程的訓練,提高學生應用該項技術的能力。
2以課題項目為基礎的競賽培訓,培養學生的工程能力
每年暑期的競賽培訓階段,根據歷年來全國大學生電子設計競賽的課題方向,如:電源類、電路類、無線電類、機電一體化類等,設計一些綜合性項目供學生選擇,要求學生自行組隊,在規定的時間內完成軟硬件設計,制作作品,并提交報告。在暑期培訓過程中根據學生年級的高低采取不同的培養方法,一年級的學生以基本技能培訓為主,指導教師提供基礎技能的講義,引導學生學習相關專業知識及技能,掌握手工印刷電路板的制作工藝,自主學習protel等EDA工具,要求學生在集訓中掌握簡單電子系統設計的硬件設計及制作能力。二、三年級的學生以項目培訓為主,按照電子競賽模式引導學生根據歷屆電子競賽的課題方向,自主選項,完成立項、方案論證、電路設計與實現、安裝調試、測試,到最終的總結報告等過程。在培訓過程中,教師起指導作用,不直接參與項目設計,而是培養學生正確地查找資料、分析問題、解決問題的綜合能力,鼓勵學生小組獨立討論,互相交流,充分激發學生學習的主動性、積極性和創造性,同時在項目實踐中逐漸掌握思考問題、解決問題的方法,提高其創新實踐能力。
3電子設計競賽為工程教育改革打下良好基礎
(1)促進教師業務水平提高,為CDIO的項目管理積累經驗在電子設計競賽指導過程中需要指導教師具有扎實的理論知識和豐富的實踐經驗,通過指導競賽,對教師業務水平的提高也有很大的促進作用。由于競賽命題范圍廣,涉及多門課程內容,并且與新技術的應用緊密結合,要求指導教師要有很寬的知識面。剛走上工作崗位不久的青年教師往往只承擔一兩門課程教學,知識結構較單一,動手能力較薄弱,實踐經驗比較缺乏,但對新技術、前沿技術的接觸較多;老教師經驗豐富,但新技術的掌握上又略有不足。為發揮特長實現互補,指導教師隊伍也進行整合,在指導小組中考慮學科互補,年齡和特長互補,教師在指導學生競賽過程中相互學習,共同提高,知識和經驗的相互滲透補充使指導教師的業務素質有了很大的提高。通過承擔學生的電子設計競賽培訓任務,指導教師隊伍特別是青年教師們在新技術新方法的應用上得到了很快的提高,動手能力得到了鍛煉,知識結構和專業技術水平也更加全面[9]。另一方面,電子設計競賽是一個系統工程,教師不僅僅要指導競賽項目,四天三夜的競賽時間中,還涉及到后勤保障、元器件采購、學生管理等方面工作,這些都為教師參與CDIO的項目管理積累了寶貴經驗。
(2)促進實驗室、實訓中心硬件條件的改善為滿足電子競賽需要,實驗室、實訓中心設立了開放的電子設計競賽專用實踐基地,并提供相關儀器設備。近年來,陸續購置了PCB制版設備、頻譜分析儀、數字掃頻儀、數字電橋、功率開關電源、失真度測試儀等儀器,為拓寬學生的知識面,增強其動手能力和運用知識的能力提供了良好的條件。
(3)電子競賽促進了人才綜合能力的培養電子設計競賽要求3人組隊參賽,集體計算成績,參賽同學在四天三夜中要完成一個課題項目,從選題、立項、方案論證、實施、設備調試、測試直至最后的論文總結,這對學生提出了相當高的要求,參賽的3名學生必須互相信任、互相配合、分工合作,對學生的協作組織能力提出了考驗。只有相互提醒、相互鼓勵、共度難關,出現問題時不互相埋怨,才有可能取得最后的成功。比賽過程中,作品不可能一次完成,很多作品都是在一次又一次的失敗中,經過多次調試、查找故障并予以排除后才最終完成,只有具有鍥而不舍的精神,才能在遇到困難時決不放棄,才能取得最后的成功,這也培養了學生肯吃苦、迎難而上的品質。同時電子設計競賽時間緊迫,4天競賽期間往往會出現各種意想不到的結果,對學生應變能力也是很好的鍛煉和提高[10]。每年的競賽的課題都是電子技術發展中較為先進的項目,在競賽中時常要用到新的芯片、新的應用理論,這就要求學生查閱大量的文獻資料,在競賽培訓中,加強了相關能力的訓練,適當提供原版外文器件使用手冊給學生閱讀,提高專業閱讀水平。同時競賽的時間是有限的,這就要求參賽者要有較強的分析判斷能力,必須在較短的時間內迅速、準確地找到自己所需的信息。通過培訓和競賽,學生查閱資料、獲取信息的能力也得到了很大的提高。
4結束語
以大學生電子競賽活動為依托,以工程項目設計為導向、工程能力培養為目標的CDIO工程教育模式與我校應用型人才培養的辦學方向不謀而合,為滿足社會對具有較強實踐能力工程技術人才的需求,我校多年來在電類專業積極開展電子競賽學生科技活動,在宣傳動員、培訓項目指導管理、系統培訓等方面積累了經驗,取得了了良好的效果。在該項競賽引導下,我校電類專業不斷優化基礎知識、進行相關課程教學改革及試驗室和學生創新基地的建設,為我校CDIO改革打下了良好基礎,也取得了豐碩的成果,在近年的福建省大學生電子設計競賽,全國大學生電子設計競賽中取得優異成績,參加過電子設計競賽的學生在畢業后的就業中也給用人單位留下很好的影響,大大提高了我校的知名度。