張淑艷 田紀(jì)亞 肖萍萍 王超

摘 要 基于CDIO理念，學(xué)生是教學(xué)過程的主體，教師起過程的指導(dǎo)作用，逐步實(shí)現(xiàn)學(xué)生的學(xué)習(xí)過程就是工作過程。以單片機(jī)課程為例，將課程知識(shí)點(diǎn)融入若干個(gè)學(xué)習(xí)項(xiàng)目中，以CDIO工程教育模式指導(dǎo)學(xué)生完成項(xiàng)目。實(shí)踐證明，CDIO模式的項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)法有助于學(xué)生對(duì)課程所學(xué)知識(shí)的理解和掌握，有利于培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題與解決問題能力的提高，更有助于學(xué)生團(tuán)隊(duì)合作、實(shí)踐動(dòng)手技能力和綜合素質(zhì)的提高，實(shí)現(xiàn)卓越工程師能力培養(yǎng)。

關(guān)鍵詞 CDIO；物聯(lián)網(wǎng)；單片機(jī)課程；卓越工程師

中圖分類號(hào)：G645 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1671-489X（2018）12-0062-03

1 引言

大學(xué)教育要“回歸工程”由Massachusetts Institute of Technology在20世紀(jì)末提出，同時(shí)提出要建立“大工程觀”。2001年，一種全新工程教育理念CDIO（Conceive， Design， Implement， Operate）被Massachusetts Insti-tute of Technology與KTH Royal Institute of Techno-logy等高校共同提出，同時(shí)CDIO國際合作組織也成立了。CDIO以產(chǎn)品研發(fā)到產(chǎn)品運(yùn)行的生命周期為載體，讓高校學(xué)生以主動(dòng)的、實(shí)踐的、課程之間有機(jī)聯(lián)系的方式學(xué)習(xí)工程[1-2]。

截至2017年4月，全球共有104所高校自愿加入“CDIO工程教育聯(lián)盟”。

CDIO工程教育的目標(biāo)是學(xué)校培養(yǎng)出專業(yè)基礎(chǔ)扎實(shí)，職業(yè)素質(zhì)、能力水平優(yōu)秀的新一代卓越的工程師。將團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)與工程創(chuàng)新實(shí)踐訓(xùn)練貫穿到工程領(lǐng)域的具體情境中，也就是將整個(gè)人才培養(yǎng)過程都要與本專業(yè)的行業(yè)工作過程相結(jié)合，這樣才有利于學(xué)生掌握扎實(shí)的工程基礎(chǔ)理論與專業(yè)知識(shí)。CDIO工程教育理念為我國高等學(xué)校培養(yǎng)新一代卓越工程師提供了寶貴的參考依據(jù)，許多學(xué)校也將其運(yùn)用于單片機(jī)、嵌入式等技術(shù)應(yīng)用類課程的教學(xué)。

CDIO工程教育理念用以學(xué)生、筆記和考試為中心的“NEW三中心論”取代了以教師、教材與課堂為中心的“OLD三中心論”，教育時(shí)代向前邁進(jìn)了一大步。CDIO工程教育模式是一種開放式的教學(xué)模式，教師將教學(xué)內(nèi)容全都整合到工程項(xiàng)目中，逐步地引導(dǎo)學(xué)生參與工程項(xiàng)目，提高學(xué)生的工程實(shí)踐能力[3]。

2 基于CDIO的教學(xué)過程總體方案：以長春光華學(xué)院為例

物聯(lián)網(wǎng)及相關(guān)專業(yè)的教師（包括校企合作的相關(guān)企業(yè)工程師）組成課程改革小組，物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)負(fù)責(zé)人任組長，課程改革小組部分人員親自對(duì)大連、北京、上海及廣州的物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)企業(yè)進(jìn)行了調(diào)研，在調(diào)研過程中側(cè)重了解用人單位在相關(guān)崗位上對(duì)人才需求的能力、知識(shí)、素質(zhì)等方面的要求。

調(diào)研結(jié)束后，課程改革小組多次開會(huì)探討分析物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)領(lǐng)域核心課程的教學(xué)模式，最后一致認(rèn)為要基于CDIO理念，面向行業(yè)崗位需求，按工作過程進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)，以工程項(xiàng)目為載體，以提升物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)學(xué)生崗位能力和培養(yǎng)新一代卓越的物聯(lián)網(wǎng)工程師為目標(biāo)，全面推進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)核心課程的教學(xué)改革。在深度校企合作的基礎(chǔ)上，充分利用校內(nèi)外生產(chǎn)實(shí)習(xí)基地、理實(shí)一體化實(shí)驗(yàn)室，從分析企業(yè)實(shí)際崗位所需的職業(yè)能力和工作內(nèi)容入手，得出所需的知識(shí)和技能要求，以此為依據(jù)，開發(fā)設(shè)計(jì)出各學(xué)習(xí)領(lǐng)域課程的教學(xué)項(xiàng)目；打破以教材章節(jié)順序授課模式，把教學(xué)內(nèi)容重新融合到各個(gè)教學(xué)項(xiàng)目中；課程改革小組任課教師精心進(jìn)行課程教學(xué)設(shè)計(jì)，以項(xiàng)目為導(dǎo)向，讓學(xué)生置身工作過程之中，按照具體項(xiàng)目的六個(gè)工作過程來開展教學(xué)（資訊、計(jì)劃、決策、實(shí)施、檢查、評(píng)估）[4]。

3 基于CDIO的具體實(shí)施過程

總體教學(xué)設(shè)計(jì) 以“單片機(jī)系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用”課程為例，該課程的教學(xué)設(shè)計(jì)見表1。根據(jù)崗位職業(yè)能力需求，在“單片機(jī)系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用”課程教學(xué)中，教學(xué)小組共同討論、設(shè)計(jì)開發(fā)出八個(gè)教學(xué)項(xiàng)目，具體為節(jié)日彩燈控制、電機(jī)控制器、雙機(jī)通信、簡易計(jì)算器、數(shù)字電壓表、路燈控制器、停車場(chǎng)車位管理器及智能家居控制器[5]。

教學(xué)設(shè)計(jì)舉例 以單片機(jī)課程中的單元4“簡易計(jì)算器”為例，對(duì)每個(gè)教學(xué)項(xiàng)目進(jìn)行具體的學(xué)習(xí)情境設(shè)計(jì)，具體內(nèi)容如下。

學(xué)習(xí)項(xiàng)目名稱：簡易計(jì)算器。

實(shí)施場(chǎng)地：單片機(jī)理實(shí)一體化實(shí)驗(yàn)室。

學(xué)時(shí)安排：6學(xué)時(shí)。

指導(dǎo)教師：單片機(jī)任課教師，實(shí)驗(yàn)員。

成績?cè)u(píng)定小組成員：單片機(jī)任課教師、實(shí)驗(yàn)員、各小組組長。

教學(xué)目標(biāo)：使學(xué)生掌握單片機(jī)、鍵盤與數(shù)碼管顯示器的接口技術(shù)與編程方法，具備使用輸入/輸出設(shè)備的能力。

學(xué)習(xí)任務(wù)：設(shè)計(jì)一款計(jì)算器，能夠進(jìn)行加減乘除運(yùn)算，并顯示計(jì)算結(jié)果（小數(shù)點(diǎn)后第三位）。

根據(jù)項(xiàng)目要求進(jìn)行方案設(shè)計(jì)，并按計(jì)劃進(jìn)行軟硬件的設(shè)計(jì)、調(diào)試，制作出樣機(jī)，達(dá)到項(xiàng)目驗(yàn)收要求。

學(xué)生基礎(chǔ)：經(jīng)過“C語言程序設(shè)計(jì)”課程的學(xué)習(xí)，掌握C程序基本開發(fā)知識(shí)，了解程序調(diào)試的方法。

項(xiàng)目教學(xué)過程：將學(xué)生按學(xué)號(hào)分組，每組3～4人，每人分別扮演不同角色，如項(xiàng)目總經(jīng)理、硬件工程師、軟件工程師與調(diào)試師等，并且每個(gè)項(xiàng)目都要輪換角色；每組一個(gè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，按照下面六個(gè)工作過程邊做邊學(xué)，理實(shí)一體化，提高工程能力、創(chuàng)新能力與團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。

1）資訊：任課教師下發(fā)簡易計(jì)算器項(xiàng)目說明書，學(xué)生閱讀說明書，教師分析項(xiàng)目所涉及的知識(shí)點(diǎn)及注意事項(xiàng)，使學(xué)生明確本項(xiàng)目要完成的任務(wù)。

2）計(jì)劃：組長組織小組成員對(duì)項(xiàng)目任務(wù)進(jìn)行討論、分

析，學(xué)習(xí)其中涉及的知識(shí)點(diǎn)。

3）決策：制訂出計(jì)算器實(shí)現(xiàn)的總方案，畫出硬件系統(tǒng)框圖與程序流程圖，并由小組長并分配組員角色，明確項(xiàng)目開發(fā)的步驟及完成的時(shí)間。

4）實(shí)施：小組成員完成軟硬件設(shè)計(jì)、制作及調(diào)試。

5）檢查：制作出樣機(jī)后，小組成員對(duì)計(jì)算器樣機(jī)進(jìn)行測(cè)試，分析、排查問題，達(dá)到任務(wù)要求，并記錄問題解決過程。

6）評(píng)估：樣機(jī)提交給考核小組進(jìn)行驗(yàn)收，考核小組按照項(xiàng)目要求測(cè)試各種指標(biāo)、評(píng)分，并收集、整理小組提交的所有的項(xiàng)目過程材料。

考核標(biāo)準(zhǔn) “單片機(jī)系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用”課程強(qiáng)調(diào)實(shí)踐技能的考核，通過引入企業(yè)考核標(biāo)準(zhǔn)，建立項(xiàng)目實(shí)施過程考核與項(xiàng)目成果評(píng)價(jià)相結(jié)合的考核方法。每個(gè)項(xiàng)目的具體考核如表2所示。

4 結(jié)語

為了培養(yǎng)物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)學(xué)生的工程實(shí)踐能力，基于CDIO理念，推行任務(wù)驅(qū)動(dòng)、項(xiàng)目導(dǎo)向、案例分析等教學(xué)做一體的教學(xué)模式改革，校企合作專兼職教師組成教學(xué)改革小組，共同開發(fā)教學(xué)項(xiàng)目，完成教學(xué)及技能指導(dǎo)。在教學(xué)安排上，以專任教師為主導(dǎo)；教學(xué)執(zhí)行上，任務(wù)明確。學(xué)生的工程實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力得到提升，有利于培養(yǎng)卓越工程師能力。在近三年的全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽、嵌入式大賽、物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)大賽等比賽中，長春光華學(xué)院物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)學(xué)生共獲得一等獎(jiǎng)10項(xiàng)、二等獎(jiǎng)14項(xiàng)與三等獎(jiǎng)12項(xiàng)的好成績。

參考文獻(xiàn)

[1]The CDIO Initiative. The CDIO？ Standards[EB/OI].[2012-05-14].http：//www.cdio.org/files/u6/cdio_standards.doc.

[2]王碩旺，洪成文.CDIO：美國麻省理工學(xué)院工程教育的經(jīng)典模式：基于對(duì)CDIO課程大綱的解讀[J].理工高教研究，2009（4）：116-119.

[3]朱向慶，胡均萬，曾輝，等.CDIO工程教育模式的微型項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)法研究[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2012（11）：159-162.

[4]福建信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院培育方案[DB/OL].https：//wenku.baidu.com/view/10970e4dcf84b9d528ea7a93.html？from=search.

[5]張淑艷，朱娟，王金莉，等.民辦高校電子信息工程專業(yè)教學(xué)模式的探索與實(shí)踐：以單片機(jī)課程為例[J].教育教學(xué)論壇，2014（15）：201-203.