基于CDIO的微機(jī)原理實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)改革研究

張典 莊克玉 朱桂新

摘 要：本文闡述了工程教育CDIO的基本概念，以微機(jī)原理實(shí)驗(yàn)課程為例，提出了基于CDIO模式的微機(jī)原理實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)改革探索，主要從基于CDIO模式的實(shí)驗(yàn)教學(xué)構(gòu)建思路、實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容和方法、實(shí)驗(yàn)考核等方面進(jìn)行了設(shè)置和實(shí)施。教學(xué)改革結(jié)果證明，基于CDIO的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法改革取得了良好的教學(xué)效果，達(dá)到了預(yù)定目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：CDIO模式；微機(jī)原理實(shí)驗(yàn)；教學(xué)改革

一、引言

CDIO是Conceive（構(gòu)思）、Design（設(shè)計(jì)）、Implement（實(shí)現(xiàn)）和Operate（運(yùn)作）四個(gè)英文單詞的首字母縮寫(xiě)。隨著我國(guó)高等教育的飛速發(fā)展，以及社會(huì)對(duì)高校畢業(yè)生在分析與解決實(shí)際問(wèn)題方面的要求不斷提升，越來(lái)越多的高校開(kāi)始注重培養(yǎng)在校學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力。迄今為止，已有眾多國(guó)內(nèi)外高校在機(jī)械類、電氣類和醫(yī)學(xué)類專業(yè)引入了CDIO工程教育改革，在教學(xué)中推廣CDIO工程教育理念和教學(xué)大綱，取得了良好的效果。

二、微機(jī)原理實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)現(xiàn)狀

微機(jī)原理實(shí)驗(yàn)課程是自動(dòng)化、測(cè)控、智能電網(wǎng)等專業(yè)的重要專業(yè)基礎(chǔ)課程。該課程培養(yǎng)學(xué)生從理論和實(shí)踐上掌握現(xiàn)代微機(jī)的基本組成、工作原理以及與外設(shè)的硬件連接等知識(shí)，為后續(xù)的專業(yè)課程奠定基礎(chǔ)。但目前課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)普遍存在以下問(wèn)題。

1.教師課堂以講授為主，學(xué)生被動(dòng)地接受知識(shí)，嚴(yán)重影響教學(xué)效果。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)較多，學(xué)生基本上是照搬實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)，按部就班地輸入指令和連線操作，在實(shí)驗(yàn)設(shè)備上觀察出現(xiàn)的特定現(xiàn)象，幾乎沒(méi)有獨(dú)立思考和設(shè)計(jì)創(chuàng)新的機(jī)會(huì)。

2.課程考核方式單一。按照以往的教學(xué)方法，本課程成績(jī)由兩部分組成：第一，學(xué)生參加實(shí)驗(yàn)課程閉卷考試，考試內(nèi)容基本圍繞實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行；第二，教師根據(jù)學(xué)生平時(shí)上課出勤情況給出平時(shí)分?jǐn)?shù)。這兩部分組成學(xué)生的總成績(jī)。這種考核方式單一，無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生綜合能力的評(píng)價(jià)。

從以上兩點(diǎn)可以看出，以往的微機(jī)原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在重理論、輕實(shí)踐的問(wèn)題，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中學(xué)生無(wú)法發(fā)揮主觀能動(dòng)性，團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力也無(wú)法得到提升，其僅僅驗(yàn)證了課堂講述的幾個(gè)知識(shí)點(diǎn)，這與CDIO教學(xué)理念有很大差距。本研究正是在以上幾點(diǎn)不足的基礎(chǔ)上提出的。

三、CDIO微機(jī)原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系建構(gòu)思路

基于CDIO教育模式的微機(jī)原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)構(gòu)建思路如圖1所示，通過(guò)構(gòu)思環(huán)節(jié)，形成對(duì)本課程教學(xué)體系以及評(píng)價(jià)的指導(dǎo)方案和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)；通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)和完善實(shí)驗(yàn)教學(xué)計(jì)劃，完成實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容；通過(guò)運(yùn)作環(huán)節(jié)改善實(shí)驗(yàn)環(huán)境和實(shí)驗(yàn)方式，最終形成創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)成果，達(dá)到CDIO模式的培養(yǎng)目的。

四、CDIO實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)施

通過(guò)本次教學(xué)改革，徹底改變傳統(tǒng)“填鴨式”教學(xué)模式。方法是在每節(jié)課前，根據(jù)課程各部分的知識(shí)點(diǎn)提出問(wèn)題，將學(xué)生分成幾個(gè)討論小組，讓學(xué)生查閱資料，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性。實(shí)驗(yàn)教學(xué)可以分為兩部分：一部分開(kāi)展驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，一部分以項(xiàng)目開(kāi)發(fā)的形式開(kāi)展綜合實(shí)驗(yàn)。

1.驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)教學(xué)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)設(shè)置實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)要求，學(xué)生做好預(yù)習(xí)工作，并在實(shí)驗(yàn)課上進(jìn)行驗(yàn)證。教師應(yīng)在實(shí)驗(yàn)課上與學(xué)生分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和實(shí)驗(yàn)結(jié)果，解決實(shí)驗(yàn)過(guò)程中遇到的問(wèn)題，讓學(xué)生掌握借助實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證理論的分析過(guò)程和方法。

2.項(xiàng)目式開(kāi)發(fā)實(shí)驗(yàn)教學(xué)。經(jīng)歷過(guò)項(xiàng)目式開(kāi)發(fā)實(shí)驗(yàn)后，學(xué)生能夠進(jìn)一步加深對(duì)本課程的認(rèn)知和理解，增強(qiáng)創(chuàng)新熱情和自信心。在此環(huán)節(jié)中，可以組織2～3名學(xué)生一組，通過(guò)一起討論題目、自行查詢相關(guān)資料完成本次實(shí)驗(yàn)。例如：在利用8255實(shí)現(xiàn)LED顯示實(shí)驗(yàn)中（如圖2所示），8255的A口工作通過(guò)簡(jiǎn)單輸出方式輸出數(shù)據(jù)。如圖3所示，學(xué)生可以先做驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，掌握動(dòng)態(tài)LED數(shù)碼管顯示原理后，可以深入到LED靜態(tài)顯示存放在顯示緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)和0—9999十進(jìn)制加/減計(jì)數(shù)，或者更換8255口線，將A口和B口功能互換，利用軟件或硬件跳線實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目開(kāi)發(fā)式實(shí)驗(yàn)。

五、實(shí)驗(yàn)課考核方式

學(xué)生的最終成績(jī)由平時(shí)成績(jī)和期末考試成績(jī)構(gòu)成。具體分配如下：實(shí)驗(yàn)課程分為8個(gè)實(shí)驗(yàn)（6個(gè)驗(yàn)證性和2個(gè)項(xiàng)目式開(kāi)發(fā)實(shí)驗(yàn)），每個(gè)實(shí)驗(yàn)滿分10分，8個(gè)實(shí)驗(yàn)共80分，實(shí)驗(yàn)報(bào)告占20分，這兩項(xiàng)成績(jī)占總成績(jī)的60%。期末考試成績(jī)滿分100分，占總成績(jī)的40%。具體公式如下：

實(shí)驗(yàn)總成績(jī)=■m■+M×60%+N×40%

式中mi表示每個(gè)實(shí)驗(yàn)成績(jī)（0～10分），M表示實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績(jī)（0～20分），N表示期末考試試卷成績(jī)（0～100分）。

六、教改心得體會(huì)

微機(jī)原理實(shí)驗(yàn)課程教與學(xué)的難度都比較大，如何更好地實(shí)現(xiàn)教學(xué)相長(zhǎng)是任課教師需要經(jīng)常思考的問(wèn)題。筆者選取此門(mén)實(shí)驗(yàn)課程作為CDIO模式的試驗(yàn)田，可在將來(lái)推廣到微機(jī)原理和單片機(jī)原理及應(yīng)用課程中。通過(guò)實(shí)驗(yàn)課程改革發(fā)現(xiàn)，學(xué)生動(dòng)手實(shí)驗(yàn)的積極性有很大提高，變“要我學(xué)”為“我要學(xué)”，出勤率比以往有很大提高。同時(shí)，教師要清醒地認(rèn)識(shí)到，CDIO的教育理念和模式改革是一個(gè)復(fù)雜而龐大的系統(tǒng)工程。在今后的推廣工作中，還必須系統(tǒng)地關(guān)注以下問(wèn)題：第一，盡量縮短與國(guó)外工程教育的差距；第二，教學(xué)質(zhì)量的提高需要教師和學(xué)生的合作；第三，高等院校應(yīng)該在有限的實(shí)驗(yàn)室教學(xué)條件下，為學(xué)生提供更好的工程實(shí)驗(yàn)環(huán)境；第四，CDIO教學(xué)模式需要教師、學(xué)校、用人單位等多方面的全力配合和支持，才能使工程教育得到廣泛開(kāi)展。

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