基于CDIO 的單片機(jī)應(yīng)用課程項(xiàng)目驅(qū)動式教學(xué)方法研究

（喀什大學(xué)物理與電氣工程學(xué)院，新疆喀什 844000)

0 引言

CDIO 工程教育模式，是以培養(yǎng)國際化工程師為目標(biāo)的創(chuàng)新型工程人才培養(yǎng)模式.用國際先進(jìn)工程教育理念引領(lǐng)課程改革，在單片機(jī)課程教學(xué)過程中引進(jìn)CDIO 工程教育模式正是迎合教育改革的趨勢.單片機(jī)課程實(shí)踐性強(qiáng)，其系統(tǒng)開發(fā)融合了硬件和軟件的相關(guān)技術(shù)，與工程實(shí)踐有著密切的聯(lián)系，在應(yīng)用型人才培養(yǎng)計(jì)劃中有著至關(guān)重要的課程地位[1].本文基于CDIO工程教育模式，結(jié)合人才培養(yǎng)模式創(chuàng)新的要求，以項(xiàng)目式教學(xué)為切入點(diǎn)，將CDIO 工程教育模式落實(shí)在單片機(jī)課程具體教學(xué)實(shí)踐中，以對單片機(jī)課程教學(xué)進(jìn)行有益探索和實(shí)踐.

1 CDIO 工程教育模式在單片機(jī)應(yīng)用課程中教學(xué)現(xiàn)狀

（1）聚焦國內(nèi)外工程教育改革的發(fā)展現(xiàn)狀，CDIO 工程教育模式引入我國以后，很多高校開展了試點(diǎn)，但由于任務(wù)艱巨，目前只有較少的學(xué)校初步實(shí)現(xiàn)將人才培養(yǎng)目標(biāo)分解到課程和教學(xué)環(huán)節(jié)中[2].

（2）基于新工科的實(shí)踐教育體系，CDIO工程教育模式在全面提升培養(yǎng)工程技術(shù)人才能力方面存在以下主要問題：工程教育中不同程度存在著以理科教育的方式培養(yǎng)工程師的現(xiàn)象[2]；工科學(xué)生在實(shí)踐過程中，注重個(gè)人學(xué)習(xí)能力培養(yǎng)和知識學(xué)習(xí)，而忽視協(xié)作能力、開拓創(chuàng)新能力等的培養(yǎng)；教學(xué)處于轉(zhuǎn)型期，不能滿足產(chǎn)業(yè)形態(tài)和商業(yè)模式的要求；工科教師缺乏工程背景，行業(yè)企業(yè)對人才培養(yǎng)過程參與不夠等問題普通存在[3].

（3）缺乏理論和教學(xué)實(shí)踐的有機(jī)結(jié)合.配套實(shí)驗(yàn)內(nèi)容多為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，缺乏自主創(chuàng)新，不能滿足綜合性和設(shè)計(jì)性的實(shí)踐環(huán)節(jié)要求，學(xué)生在產(chǎn)品實(shí)際開發(fā)過程中不能靈活運(yùn)用理論知識；傳統(tǒng)教學(xué)模式強(qiáng)調(diào)理論知識體系的完整性，缺乏對單片機(jī)系統(tǒng)性把握.

（4）缺乏對學(xué)生典型單片機(jī)系統(tǒng)工程的培養(yǎng).學(xué)生在今后所從事的實(shí)際項(xiàng)目開發(fā)中，需要了解整個(gè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程，這就要求學(xué)生有較高的綜合設(shè)計(jì)能力，并不斷深入研究單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)，不斷積累應(yīng)用行業(yè)的專業(yè)知識，但這一目標(biāo)是傳統(tǒng)教學(xué)模式中不能達(dá)到的[4].

（5）工程能力培養(yǎng)缺失在課程教學(xué)方面較為突出.在新的經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型過程當(dāng)中，需要大量的復(fù)合型創(chuàng)新人才，要求學(xué)生在學(xué)校就能接觸和掌握實(shí)際工程中所掌握的知識和技能.

2 新工科對人才培養(yǎng)的要求

當(dāng)前高校多以工科教育替代工程教育，而采用專業(yè)設(shè)置按學(xué)科劃分的工科教育，主要培養(yǎng)的是工科科研型人才，教育模式傾向于解決確定的、線性的、靜止封閉問題的科學(xué)模式[5].在信息科技不斷進(jìn)步的背景下，要求單片機(jī)從業(yè)人員需具備運(yùn)用學(xué)科知識解決問題的能力、終身學(xué)習(xí)和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力以及創(chuàng)新能力，成為具備可持續(xù)發(fā)展和創(chuàng)新能力的高素質(zhì)技術(shù)技能型人才.

基于CDIO 工程教育模式，以產(chǎn)品研發(fā)到產(chǎn)品運(yùn)行的生命周期為載體培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力，在課程中進(jìn)行知識點(diǎn)植入，實(shí)施產(chǎn)教研融合、校企合作，是我國高等教育專業(yè)人才培養(yǎng)的發(fā)展趨勢.各類產(chǎn)學(xué)合作協(xié)調(diào)育人項(xiàng)目，要求學(xué)生應(yīng)該具備一定的綜合分析、設(shè)計(jì)、制作與應(yīng)用能力，了解新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢.在課程中引入實(shí)踐項(xiàng)目，注重用人單位普遍重視的項(xiàng)目意識、系統(tǒng)思維、團(tuán)隊(duì)協(xié)作交流等能力的培養(yǎng)，使學(xué)生能較快適應(yīng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)和開發(fā)工作.

3 基于CDIO 的單片機(jī)應(yīng)用課程項(xiàng)目驅(qū)動式教學(xué)模式及內(nèi)涵

3.1 CDIO 工程教育模式的優(yōu)勢

CDIO 工程教育模式（conceive -design -implement-opperate），分別代表構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)和運(yùn)行，其核心是以實(shí)際產(chǎn)品、過程、系統(tǒng)的全生命周期過程為背景，結(jié)合以能力培養(yǎng)為導(dǎo)向，采用一體化教學(xué)體系，促進(jìn)學(xué)生的知識、能力和態(tài)度的培養(yǎng).在單片機(jī)應(yīng)用課程中運(yùn)用CDIO 教學(xué)模式，關(guān)鍵是構(gòu)建能激發(fā)學(xué)生主動性學(xué)習(xí)的過程.

3.2 基于CDIO 的單片機(jī)應(yīng)用課程項(xiàng)目驅(qū)動式教學(xué)模式的理論內(nèi)涵

本文提出“項(xiàng)目驅(qū)動式”教學(xué)方法，其核心是將完整的項(xiàng)目貫穿于單片機(jī)應(yīng)用課程教學(xué)中，對項(xiàng)目所涉及知識點(diǎn)進(jìn)行梳理和凝煉，將項(xiàng)目分解成若干子項(xiàng)目，學(xué)生在項(xiàng)目實(shí)踐過程中掌握各知識點(diǎn)，有助于形成完整的單片機(jī)設(shè)計(jì)與應(yīng)用思想.

在實(shí)施過程中，采取項(xiàng)目驅(qū)動式教學(xué)方法，將CDIO 的教學(xué)模式落實(shí)在每個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)，將其理念滲透到項(xiàng)目完成的各個(gè)環(huán)節(jié)，通過在四個(gè)階段展開實(shí)踐項(xiàng)目任務(wù)的學(xué)習(xí)活動，重新構(gòu)建教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)過程，強(qiáng)調(diào)學(xué)科知識體系的系統(tǒng)性和完備性，將需要掌握的理論知識融合在項(xiàng)目任務(wù)的分析和實(shí)施過程中.

4 基于CDIO 的單片機(jī)應(yīng)用課程項(xiàng)目驅(qū)動式教學(xué)過程的構(gòu)建

4.1 項(xiàng)目任務(wù)的構(gòu)建

構(gòu)建項(xiàng)目任務(wù)要緊扣單片機(jī)應(yīng)用和能力培養(yǎng)目標(biāo)，主要以能夠解決項(xiàng)目復(fù)雜工程問題為目的進(jìn)行項(xiàng)目設(shè)計(jì)，典型實(shí)例可來自實(shí)際工程應(yīng)用，力求理論和實(shí)踐相結(jié)合.

項(xiàng)目來源分為指定項(xiàng)目或自擬設(shè)計(jì)項(xiàng)目.其中，指定實(shí)踐項(xiàng)目可以采用競賽項(xiàng)目、產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人項(xiàng)目和橫向項(xiàng)目等.競賽項(xiàng)目重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)創(chuàng)意，在此階段可以將創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽、專業(yè)學(xué)科競賽、產(chǎn)品設(shè)計(jì)競賽等作為主題.產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人項(xiàng)目，是企業(yè)與高校展開的資金與技術(shù)合作，關(guān)注創(chuàng)新理念的提出，以及研究成果轉(zhuǎn)化.橫向項(xiàng)目來源較廣，研究內(nèi)容更貼近社會需要，學(xué)生在了解客戶需求后策劃項(xiàng)目，參與從設(shè)計(jì)概念到產(chǎn)品落地全過程.上述項(xiàng)目能縮短教的內(nèi)容與企業(yè)用的內(nèi)容的差距，使得人才培養(yǎng)更加符合產(chǎn)業(yè)的需要，是以產(chǎn)業(yè)和技術(shù)發(fā)展的需求來提升人才培養(yǎng)質(zhì)量.

4.2 任務(wù)小組的構(gòu)建

學(xué)生以小組形式組建，項(xiàng)目組長負(fù)責(zé)工作的分配和組織協(xié)調(diào).學(xué)生之間開展合作互助活動，發(fā)揮教學(xué)中學(xué)生認(rèn)知主體作用，提升其工程素養(yǎng)和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力.

4.3 基于CDIO 的課程項(xiàng)目驅(qū)動式教學(xué)過程構(gòu)建

采取項(xiàng)目驅(qū)動式教學(xué)方法，以CDIO 工程教育模式為指導(dǎo)，通過在四個(gè)階段展開實(shí)踐項(xiàng)目任務(wù)的學(xué)習(xí)活動，重新構(gòu)建教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)過程.

（1）分析該項(xiàng)目在市場上有沒有空間，確定產(chǎn)品定位、設(shè)計(jì)方案、環(huán)境需求、性能指標(biāo)等.教師依據(jù)能力集成和課程綜合的教學(xué)需要，組建一體化教學(xué)團(tuán)隊(duì)，制定CDIO理念和與之相適應(yīng)的學(xué)習(xí)目標(biāo)、實(shí)現(xiàn)與評估標(biāo)準(zhǔn)以及一系列的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、實(shí)施評估理論和實(shí)踐資源.通過組織開展專家技術(shù)講座，提供行業(yè)前沿知識以及單片機(jī)技術(shù)發(fā)展最新情況，提高學(xué)生對單片機(jī)的整體性認(rèn)識，及時(shí)更新知識儲備.

（2）設(shè)計(jì)作為一個(gè)綜合性的實(shí)踐環(huán)節(jié)，要突出對學(xué)生查詢紙質(zhì)和電子文獻(xiàn)能力、系統(tǒng)構(gòu)思與工程化能力、學(xué)生分析問題和解決問題的能力培養(yǎng).根據(jù)設(shè)計(jì)方案對整個(gè)實(shí)現(xiàn)流程進(jìn)行策劃，可增強(qiáng)對產(chǎn)品的宏觀掌控意識.通過教師適當(dāng)引導(dǎo)學(xué)生實(shí)現(xiàn)構(gòu)建個(gè)人知識體系，最終學(xué)生完成自主建構(gòu).以單片機(jī)的典型工程應(yīng)用為案例，注重引導(dǎo)學(xué)生思考、自學(xué)和討論，使學(xué)生在掌握單片機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、制作、調(diào)試、維護(hù)等工程應(yīng)用技能的同時(shí)，學(xué)習(xí)掌握利用單片機(jī)技術(shù)解決工程實(shí)際問題的思路及方法.

（3）堅(jiān)持以學(xué)生為中心，融通線上線下，著力創(chuàng)新教學(xué)新模式.利用精品在線開放課程靈活組織教學(xué)、自主搭建課程、輔助教學(xué)實(shí)施，通過對相關(guān)在線課程的學(xué)習(xí)，完成與項(xiàng)目相關(guān)知識點(diǎn)的學(xué)習(xí).可采取階段性項(xiàng)目匯報(bào)，加強(qiáng)過程監(jiān)控.通過研討項(xiàng)目，教師與學(xué)生之間、學(xué)生相互之間的交流，學(xué)生的口頭表達(dá)和人際交流能力、電子及多媒體交流能力、書面交流等能力得到鍛煉提高.

對于實(shí)踐技能部分，可利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、研究基地和科研機(jī)構(gòu)輔助教學(xué)等，使學(xué)生實(shí)踐能力在校內(nèi)外平臺得到充分培養(yǎng).可通過校企合作和產(chǎn)教融合的形式開展實(shí)踐教學(xué)活動，運(yùn)用雙方的優(yōu)勢資源.在課程實(shí)踐技能部分深度推進(jìn)校企合作，引入企業(yè)實(shí)際案例，內(nèi)容覆蓋從用戶需求、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、研發(fā)到生產(chǎn)制造等關(guān)鍵性環(huán)節(jié)，將課程實(shí)踐作品轉(zhuǎn)化成實(shí)際中的專業(yè)成果[6].

（4）每個(gè)團(tuán)隊(duì)在項(xiàng)目完成后需提交完整的項(xiàng)目報(bào)告書，成果形式可以是視頻、模型、交互原型等.經(jīng)過后期考核評估，對作品進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化.對于企業(yè)實(shí)踐項(xiàng)目完成后的優(yōu)秀作品，可以通過企業(yè)的設(shè)計(jì)銜接進(jìn)入后期的制造環(huán)節(jié)，不僅可增強(qiáng)學(xué)生自信心，而且可促進(jìn)成果效益化.

4.4 課后成效評估

通過對學(xué)生的有效考核來促進(jìn)教與學(xué)，CDIO 教育模式對學(xué)生能力的評價(jià)方式不同于傳統(tǒng)教育模式，對學(xué)生的評價(jià)應(yīng)來自于教師和行業(yè)專家.

采用過程性考核與形成性測試相結(jié)合的方式.對于過程性考核，注重學(xué)生在課堂討論、流程策劃、案例討論和在項(xiàng)目實(shí)踐過程中表現(xiàn)出來的技術(shù)、思維、工程和協(xié)作等綜合能力進(jìn)行評價(jià)，制定科學(xué)合理的考核標(biāo)準(zhǔn).這不僅能了解學(xué)生將實(shí)踐和知識結(jié)合的情況，也有利于教師通過不斷改進(jìn)過程性考核的科學(xué)性和有效性來加強(qiáng)相關(guān)課程教學(xué)改革.CDIO 模式的改進(jìn)體系是建立在監(jiān)控機(jī)制上，將各方的評價(jià)作為改進(jìn)依據(jù)，重新梳理實(shí)踐各環(huán)節(jié)以及成果，不斷在實(shí)踐環(huán)節(jié)中完善個(gè)人能力.

5 結(jié)語

在新工科建設(shè)背景下，基于CDIO 教學(xué)指導(dǎo)思想與項(xiàng)目驅(qū)動式教學(xué)模式對課程進(jìn)行設(shè)計(jì)，可解決工科教育實(shí)踐中重理論輕實(shí)踐問題，改善學(xué)生重視知識學(xué)習(xí)而輕開拓創(chuàng)新的問題.在后續(xù)課程建設(shè)過程中，應(yīng)及時(shí)了解專業(yè)最新成果應(yīng)用情況，及時(shí)對項(xiàng)目內(nèi)容進(jìn)行更新與提煉，可在項(xiàng)目設(shè)置中融入對學(xué)生思維和能力的加強(qiáng)，引入創(chuàng)客教育理念，通過再實(shí)踐的方法不斷強(qiáng)化學(xué)生對單片機(jī)技術(shù)的應(yīng)用能力，以期培養(yǎng)適應(yīng)社會需求的工程師.