基于CDIO電子類創(chuàng)新實(shí)踐課程體系的探析（二）

許宣偉 羅 凱

（電子科技大學(xué)成都學(xué)院 電子工程系 四川成都 611731）

基于CDIO電子類創(chuàng)新實(shí)踐課程體系的探析（二）

許宣偉 羅 凱

（電子科技大學(xué)成都學(xué)院 電子工程系 四川成都 611731）

當(dāng)前，電子信息科技的發(fā)展和革新對(duì)創(chuàng)新人才的需求越來越迫切，高校如何培養(yǎng)-具有創(chuàng)新能力的電子信息類人才成為重要的課題。本文創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)方法、探索多種培養(yǎng)方式。以國際工程教育理念CDIO為改革基礎(chǔ)，通過電子類創(chuàng)新實(shí)踐課程體系的設(shè)計(jì)與實(shí)施，以閉環(huán)式項(xiàng)目為中心，橫向引入模塊化新技能和知識(shí)，讓學(xué)生較早建立項(xiàng)目的系統(tǒng)工程意識(shí)和大局觀，有利于創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)型人才的培養(yǎng)。

一、研究的背景

我國要實(shí)施創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展戰(zhàn)略，強(qiáng)調(diào)創(chuàng)新是提高社會(huì)生產(chǎn)力和綜合國力的戰(zhàn)略支撐，必須擺在國家發(fā)展全局的核心位置。以創(chuàng)新的新成果為加快轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式、調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、提高社會(huì)生產(chǎn)力開辟新的空間，以科技改革發(fā)展的新突破實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的新躍升。要完成此發(fā)展戰(zhàn)略的根本出路在于科技創(chuàng)新、產(chǎn)品創(chuàng)新、產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新、商業(yè)模式創(chuàng)新和品牌創(chuàng)新。如果沒有創(chuàng)新能力，特別是創(chuàng)新能力的大幅提升，就難以真正完成經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)的調(diào)整和發(fā)展方式的轉(zhuǎn)變。

在此社會(huì)背景前提下，電子信息類科技的發(fā)展和革新，需要大量創(chuàng)新人才去推動(dòng)整個(gè)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展?？梢灶A(yù)見的是在不久的將來，大學(xué)生會(huì)是這一領(lǐng)域的創(chuàng)新主力軍。這既是社會(huì)帶給學(xué)生的發(fā)展機(jī)遇，也是給高校教育提出了嚴(yán)峻問題-具有創(chuàng)新能力的電子信息類人才如何培養(yǎng)。為了更好地解決此問題，需遵循教育規(guī)律和人才成長規(guī)律，深化教學(xué)實(shí)踐改革，創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)方法，探索多種培養(yǎng)方式，才能使電子信息人才輩出、拔尖創(chuàng)新人才不斷涌現(xiàn)的局面。

目前，我院對(duì)普通班級(jí)的教學(xué)方式，無法滿足我院特色班級(jí)“踐行班”（我院以創(chuàng)新培養(yǎng)為目建設(shè)的特色班級(jí)）電子類方向人才的培養(yǎng)，主要體現(xiàn)在如下幾個(gè)方面：

1.電子信息行業(yè)的創(chuàng)新和創(chuàng)業(yè)，目前呈現(xiàn)出跨多學(xué)科、多種技能融合的趨勢，與以前傳統(tǒng)單一的學(xué)科有著很大的區(qū)別。對(duì)于電子信息類創(chuàng)新人才提出了更高的要求，需要具備更加全面的技術(shù)和廣泛的知識(shí)。

2.針對(duì)普通班級(jí)的實(shí)踐改革很少有跨多個(gè)系、多學(xué)科的教師合作共同開發(fā)的實(shí)踐課程。以前學(xué)科之間分得比較嚴(yán)格，跨專業(yè)系統(tǒng)級(jí)的實(shí)踐項(xiàng)目設(shè)計(jì)較少，要么就會(huì)等到學(xué)生在大三下半學(xué)期或大四的時(shí)候才有課程出現(xiàn)，這樣的結(jié)果是讓創(chuàng)新的人才的培養(yǎng)永遠(yuǎn)只是看到專業(yè)方向的某一個(gè)局部，沒有一個(gè)整體概念的認(rèn)識(shí)，讓學(xué)生不能看到每種技術(shù)在項(xiàng)目當(dāng)中起到的作用，不能較早地為今后學(xué)習(xí)找準(zhǔn)學(xué)習(xí)方向；如果是作為創(chuàng)新型管理的人才，則無法較早建立大局觀。

3.未實(shí)現(xiàn)實(shí)踐課程之間的深度整合和實(shí)踐課程之間的內(nèi)在聯(lián)系的研究，造成實(shí)踐課程本身的設(shè)置的目地性不明確。

4.如何以項(xiàng)目為中心，實(shí)現(xiàn)多種實(shí)踐技術(shù)的融合，并且各技術(shù)的側(cè)重點(diǎn)和掌握的程度都沒有進(jìn)行深入研究。

6.目前缺少創(chuàng)新性實(shí)踐教學(xué)的配套教學(xué)資源，如實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書、教學(xué)視頻和教學(xué)PPT等。

7.目前缺乏創(chuàng)新人才技術(shù)交流的信息化平臺(tái)，不便于指引學(xué)生的學(xué)習(xí)方向和分享學(xué)習(xí)成果，等等。

因此，為了我院能培養(yǎng)出更多符合社會(huì)需求的創(chuàng)新型電子類人才，需要結(jié)合CDIO和我院學(xué)生的實(shí)際情況，深入研究創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)體系。

二、改革理念

改革理念：通過創(chuàng)新實(shí)踐課程體系的設(shè)計(jì)與實(shí)施，讓學(xué)生初步能達(dá)到多種技術(shù)的融合，建立整體的概念，以模塊化的思維引領(lǐng)創(chuàng)新。改革進(jìn)入第二階段，以CDIO為改革基礎(chǔ)，以閉環(huán)式項(xiàng)目為中心，在第一階段電子積木的基礎(chǔ)上，橫向引入模塊化新技能和知識(shí)，讓學(xué)生較早建立項(xiàng)目的大局關(guān)，拓展技術(shù)創(chuàng)新思維，找準(zhǔn)學(xué)習(xí)方向。在具體實(shí)施局部實(shí)踐課程內(nèi)容時(shí)注重以項(xiàng)目為中心，充分體現(xiàn)學(xué)生“做中學(xué)”，實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)踐的融合。

三、改革的主要內(nèi)容

本次改革的主要內(nèi)容是創(chuàng)新實(shí)踐課程體系的建設(shè)，此部分實(shí)踐課程貫穿第三學(xué)期和第四學(xué)期，即將投入到我院特色班級(jí)“踐行班”的教學(xué)當(dāng)中。這部分要做的主要內(nèi)容如下：

1.改革小組，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)實(shí)際應(yīng)用場景，設(shè)計(jì)一個(gè)較為完整的閉環(huán)項(xiàng)目，利用第一階段已經(jīng)學(xué)習(xí)到的控制技術(shù)和傳感技術(shù)，橫向引入短距離通信技術(shù)、上位機(jī)編程應(yīng)用技術(shù)、app開發(fā)技術(shù)和云計(jì)算應(yīng)用技術(shù)、產(chǎn)品外觀設(shè)計(jì)應(yīng)用技術(shù)、3D打印使用技術(shù)等共同實(shí)現(xiàn)。

2.控制技術(shù)和傳感器技術(shù)

在第一階段，學(xué)生初步掌握了控制和傳感器的使用。但沒有具體都運(yùn)用的實(shí)際的項(xiàng)目中去，并且所使用的傳感器較為簡單。因此，在第二階段需要解決的問題是，以真實(shí)項(xiàng)目為中心，提高對(duì)主控技術(shù)的深入應(yīng)用。而傳感器方面給是從第一階段的數(shù)字型升級(jí)到模擬采樣型傳感器，比如指紋傳感器、土壤傳感器等。

3.短距離通信技術(shù)

此部分內(nèi)容，主要是以藍(lán)牙和zigbee技術(shù)學(xué)習(xí)為主。此部分內(nèi)容也是第二階段的訓(xùn)練重點(diǎn)。把藍(lán)牙作為整體項(xiàng)目中子項(xiàng)目的通信手段，讓學(xué)生以藍(lán)牙串口的使用為突破口，使學(xué)生迅速上手，完成子項(xiàng)目的通信功能，激發(fā)學(xué)生的興趣。而zigbee的使用的目的，是把每個(gè)子項(xiàng)目的通信進(jìn)行組網(wǎng)管理，是整個(gè)項(xiàng)目的難點(diǎn)所在。因?yàn)閦igbee技術(shù)所包含的內(nèi)容較多，包含：短距離通信技術(shù)基礎(chǔ)、zigbee芯片的主控技術(shù)、zigbee協(xié)議棧的使用。但是在有效的項(xiàng)目整體規(guī)劃較好的情況下，能讓學(xué)生把較難的知識(shí)運(yùn)用的實(shí)際當(dāng)中，并且達(dá)到較好的掌握目的。

4.上位機(jī)編程應(yīng)用技術(shù)

此部分內(nèi)容，主要是學(xué)習(xí)C#編程，完成項(xiàng)目PC上位機(jī)操作界面的設(shè)計(jì)，并能實(shí)現(xiàn)串口雙向通信。主要是把第一階段所學(xué)到的知識(shí)運(yùn)用到實(shí)際的項(xiàng)目當(dāng)中。

5.APP技術(shù)開發(fā)和云計(jì)算應(yīng)用技術(shù)

此部分內(nèi)容，按照以前的劃分應(yīng)該是軟件專業(yè)和云計(jì)算專業(yè)的內(nèi)容。但是從電子類學(xué)科的發(fā)展，跨專業(yè)和跨學(xué)科已經(jīng)成為目前的趨勢，APP技術(shù)開發(fā)和云計(jì)算應(yīng)用技術(shù)已經(jīng)成為了電子類專業(yè)密不可分的一部分，缺少了這兩部分的內(nèi)容的電子類項(xiàng)目，也不能算是真正意義的閉環(huán)項(xiàng)目。但對(duì)于大二非軟件或云計(jì)算專業(yè)的學(xué)生，要在基礎(chǔ)較弱的情況下，如何把這兩種技術(shù)運(yùn)用到具體的項(xiàng)目中去，也是此次改革研究的重點(diǎn)之一。通過大量的調(diào)研和實(shí)際測試，最終找到了解決辦法。在App技術(shù)方面讓學(xué)生使用美國麻神理工大學(xué)研發(fā)的App inventor軟件做對(duì)應(yīng)的App，而云技術(shù)開發(fā)方面的訓(xùn)練主要是集中在對(duì)公有云API的開發(fā)。這樣既可以保證學(xué)生能制作一個(gè)閉環(huán)的項(xiàng)目，另一方面避免由于內(nèi)容太難而使得學(xué)生中途放棄。

6.產(chǎn)品外觀設(shè)計(jì)應(yīng)用技術(shù)以及打印

此部分內(nèi)容，主要是學(xué)習(xí)利用soliworks設(shè)計(jì)軟件對(duì)本硬件電路外觀進(jìn)行設(shè)計(jì)，并生成3D打印文件，再利用3D打印機(jī)，打印本項(xiàng)目硬件的外觀。把產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)的加入，讓項(xiàng)目的完整度更高，也讓學(xué)生到了下一階段有了創(chuàng)新項(xiàng)目想法后，自己可以完成產(chǎn)品的展示DEMO。

7.系統(tǒng)集成與調(diào)試

此部分內(nèi)容，主要是把每種技術(shù)設(shè)計(jì)部分進(jìn)行集成和調(diào)試，并對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行總結(jié)和分析。

8.各種課程后期深入學(xué)習(xí)的規(guī)劃

此部分內(nèi)容，主要是讓學(xué)生在做完項(xiàng)目以后，增加一個(gè)環(huán)節(jié)是，對(duì)學(xué)生感興趣的方向做專業(yè)規(guī)劃和指導(dǎo)。整個(gè)課程提倡技術(shù)的融合和整體的概念，尤其是模塊化的新技術(shù)的應(yīng)用，更是詮釋了整個(gè)課程體系的精髓：有針對(duì)性和引導(dǎo)性的培養(yǎng)和鍛煉學(xué)生的創(chuàng)新能力。

四、改革的特色與創(chuàng)新

1.教學(xué)理念的特色與創(chuàng)新

以CDIO為改革基礎(chǔ)，構(gòu)建以系統(tǒng)級(jí)閉環(huán)項(xiàng)目為中心，多種模塊化技術(shù)的融合，引導(dǎo)學(xué)生的技術(shù)橫向延展，建立項(xiàng)目整體概念，拓展學(xué)生的技術(shù)創(chuàng)新思維，讓學(xué)生較早明確學(xué)習(xí)方向。在具體實(shí)施局部實(shí)踐課程內(nèi)容時(shí)注重以項(xiàng)目為中心，充分體現(xiàn)學(xué)生“做中學(xué)”，實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)踐的融合。最終本項(xiàng)目的改革達(dá)到學(xué)練思三者的相結(jié)合。

2.教學(xué)內(nèi)容的特色與創(chuàng)新

結(jié)合一個(gè)系統(tǒng)級(jí)閉環(huán)項(xiàng)目并結(jié)合學(xué)生的實(shí)際情況，對(duì)短距離通信技術(shù)、上位機(jī)編程技術(shù)、微信應(yīng)用技術(shù)、產(chǎn)品外形設(shè)計(jì)技術(shù)、云技術(shù)應(yīng)用等課程進(jìn)行有機(jī)的整合形成圍繞項(xiàng)目的實(shí)踐和理論融合，既包含技能又注重培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立思考能力、探索能力和創(chuàng)新能力的創(chuàng)新型課程。

3.考核辦法的特色與創(chuàng)新

創(chuàng)新實(shí)踐課程教學(xué)實(shí)現(xiàn)模塊化教學(xué)方式，考核方法以分段形式考核，每個(gè)階段學(xué)生自己都有屬于自己的作品，并且每個(gè)階段以“實(shí)物作品+相關(guān)報(bào)告或論文+現(xiàn)場答辯”相結(jié)合的方式進(jìn)行考核。

4.教學(xué)手段的特色與創(chuàng)新

采用“先實(shí)驗(yàn)再分析，興趣引導(dǎo)，勤思考親探索”的引探教學(xué)法，以實(shí)例為引導(dǎo)，注重培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力、表達(dá)能力、協(xié)作能力、自學(xué)探索能力及創(chuàng)新能力。教學(xué)過程中可以采用實(shí)際案例驅(qū)動(dòng)、實(shí)際項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)、團(tuán)隊(duì)教學(xué)、分組教學(xué)、互動(dòng)式、討究式、分階段、分層次教學(xué)等多種教學(xué)手段。

5.改革團(tuán)隊(duì)的特色與創(chuàng)新

第二階段創(chuàng)新實(shí)踐課程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)，改革團(tuán)隊(duì)依據(jù)項(xiàng)目相關(guān)技術(shù)對(duì)相關(guān)專業(yè)教師的需求，團(tuán)隊(duì)成員由電子信息工程、計(jì)算機(jī)技術(shù)、云計(jì)算技術(shù)和通信技術(shù)等專業(yè)的教師構(gòu)成，體現(xiàn)了跨學(xué)科的合作。教學(xué)內(nèi)容也是模塊化的。因此，教學(xué)不是由一名教師完成，而是由教師團(tuán)隊(duì)共同完成，每位教師可根據(jù)自己的特長，完成相對(duì)應(yīng)的實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容。

五、結(jié)束語

將CDIO工程教育模式引入到電子綜合教學(xué)實(shí)踐課程的改革當(dāng)中，既適應(yīng)現(xiàn)代教學(xué)模式的要求，也符合電子類學(xué)生對(duì)本綜合系列課程的需求。成功地實(shí)施教學(xué)改革，不僅能夠達(dá)到本課程的教學(xué)目標(biāo)和滿足學(xué)生對(duì)知識(shí)的需求，還能提高學(xué)生的綜合素質(zhì)和整體能力，為他們以后的人生之路打下良好的基礎(chǔ)。本次改革的教學(xué)內(nèi)容在具體實(shí)施過程中，也發(fā)現(xiàn)不足之處，我們將進(jìn)一步深化課程教學(xué)改革，完成全面電子類實(shí)踐教學(xué)課程改革，建立以CDIO教學(xué)理念的實(shí)踐課程體系，以培養(yǎng)更多具有工程實(shí)踐能力的電子信息專業(yè)人才。