基于CDIO的“微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)”課程教學(xué)改革探討

摘要：針對(duì)“微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)”課程教學(xué)中出現(xiàn)的實(shí)際動(dòng)手能力不強(qiáng)、知識(shí)面不廣等問題。提出基于CDIO工程教育模式的課程教學(xué)改革，通過讓學(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，增加學(xué)生的工程基礎(chǔ)知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的個(gè)人動(dòng)手能力、團(tuán)隊(duì)合作能力、工程系統(tǒng)能力和創(chuàng)新能力。

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)控制技術(shù)；教學(xué)改革；CDIO

作者簡(jiǎn)介：方志明（1978-），男，江蘇鎮(zhèn)江人，江蘇大學(xué)電氣信息工程學(xué)院，講師；高國琴（1965-），女，江蘇鎮(zhèn)江人，江蘇大學(xué)電氣信息工程學(xué)院，教授。（江蘇#8194;鎮(zhèn)江#8194;212013）

中圖分類號(hào)：G642#8195;#8195;#8195;#8195;#8195;文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A#8195;#8195;#8195;#8195;#8195;文章編號(hào)：1007-0079（2012）01-0066-01

隨著微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展，微型計(jì)算機(jī)已成為實(shí)現(xiàn)工業(yè)控制的重要工具。微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)是一門實(shí)用技術(shù)，它主要研究如何將計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)控制理論應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)過程，并設(shè)計(jì)出所需要的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。“微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)”是我國高等學(xué)校各類自動(dòng)化、電子與電氣工程、計(jì)算機(jī)應(yīng)用、機(jī)電一體化等專業(yè)的主干專業(yè)課程，同時(shí)也是用人單位十分關(guān)注、重點(diǎn)考核上述各專業(yè)學(xué)生的課程之一。

一、課程特點(diǎn)與課程教學(xué)中存在的問題

計(jì)算機(jī)控制技術(shù)是自動(dòng)控制技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，它融合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制理論、計(jì)算機(jī)通信技術(shù)等多種技術(shù)，以計(jì)算機(jī)在系統(tǒng)控制中的應(yīng)用為中心，以計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)為主線，設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)硬件、軟件、系統(tǒng)分析和應(yīng)用等方面的問題，是一門理論性和實(shí)踐性都很強(qiáng)的綜合型學(xué)科。

學(xué)生完成“計(jì)算機(jī)控制技術(shù)”課程學(xué)習(xí)后，一般應(yīng)該掌握該課程介紹的基本理論知識(shí)與計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，完成簡(jiǎn)單計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、編程和調(diào)試工作。但從課程設(shè)計(jì)的完成效果來看，絕大部分學(xué)生仍無法完成簡(jiǎn)單計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、編程和調(diào)試工作。究其原因，筆者認(rèn)為有以下幾個(gè)問題。

第一，“微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)”是一門多學(xué)科多課程交叉、涉及知識(shí)面廣、實(shí)踐性很強(qiáng)的課程。單純只是從理論上學(xué)習(xí)，一方面容易流于空泛，另一方面學(xué)生缺乏實(shí)際動(dòng)手處理實(shí)際工程問題的能力。由于缺乏處理實(shí)際問題的能力，在面對(duì)實(shí)際工程項(xiàng)目時(shí)，很多學(xué)生無從下手、手足無措。學(xué)生雖能學(xué)好課本內(nèi)容，考出好成績，但卻缺乏解決實(shí)際問題的綜合能力，學(xué)生往往只能夠向課程中學(xué)習(xí)過的內(nèi)容靠攏，受到書本的束縛，這種從書本出發(fā)而不是從實(shí)際問題本身出發(fā)的現(xiàn)象，不僅反映了學(xué)生綜合能力的欠缺，也反映了學(xué)生面對(duì)實(shí)際問題缺乏自信的問題。

第二，“微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)”涉及的內(nèi)容很多，絕大部分教材都不可能全面地介紹，只能以某一類計(jì)算機(jī)為背景機(jī)，以某種編程語言為例，介紹硬件接口和過程通道的設(shè)計(jì)與控制程序的設(shè)計(jì)。但是微型計(jì)算機(jī)硬件的種類太多，有各種總線的工控機(jī)，如PC總線、STD總線等，各種單片機(jī)，各種DSP等，不同的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，所用的編程方法、編程語言和工具又不盡相同，例如即使同為匯編語言，相互間語法和工具也無法通用。因此要在課堂上全面介紹很困難。

第三，是教學(xué)方法與教學(xué)手段仍存在不足。目前本課程的教學(xué)活動(dòng)仍是以教師為中心，通過教師在課堂上的講解，輔以PPT電子教案和少量的實(shí)驗(yàn)來達(dá)到傳播知識(shí)的目的。學(xué)生在教與學(xué)的過程中仍是一種被動(dòng)的認(rèn)知信息的接受者。這種通過課堂教學(xué)來傳授理論知識(shí)，少量實(shí)驗(yàn)來幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)、提高應(yīng)用能力的方法，已遠(yuǎn)不能滿足提高當(dāng)前對(duì)學(xué)生解決實(shí)際問題的綜合能力的要求。

因此，一些教育工作者已經(jīng)提出以實(shí)際工程項(xiàng)目為教學(xué)基礎(chǔ)，讓學(xué)生介入到實(shí)際工程項(xiàng)目中，通過動(dòng)手解決實(shí)際問題，培養(yǎng)學(xué)生以理論為學(xué)習(xí)框架和學(xué)習(xí)脈絡(luò)，清晰完整地把握基本知識(shí)，靈活運(yùn)用理論知識(shí)解決實(shí)際問題的綜合能力。

二、基于CDIO的課程教學(xué)改革

現(xiàn)有的以實(shí)際工程項(xiàng)目為教學(xué)基礎(chǔ)的教學(xué)方法，雖然可以提高學(xué)生解決實(shí)際問題的個(gè)人能力，但對(duì)于團(tuán)隊(duì)合作和工程系統(tǒng)能力的培養(yǎng)還有不足之處。因此，可以建立一個(gè)基于CDIO工程教育模式，以學(xué)生為主體，以教師為輔助的相對(duì)獨(dú)立的課程實(shí)踐教學(xué)體系。

CDIO工程教育模式是近年來國際工程教育改革的最新成果。CDIO代表構(gòu)思（Conceive）、設(shè)計(jì)（Design）、實(shí)現(xiàn)（Implement）和運(yùn)作（Operate），它以產(chǎn)品研發(fā)到產(chǎn)品運(yùn)行的生命周期為載體，讓學(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。CDIO培養(yǎng)大綱將工程畢業(yè)生的能力分為工程基礎(chǔ)知識(shí)、個(gè)人能力、人際團(tuán)隊(duì)能力和工程系統(tǒng)能力四個(gè)層面，大綱要求以綜合的培養(yǎng)方式使學(xué)生在這四個(gè)層面達(dá)到預(yù)定目標(biāo)。

以CDIO標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)，進(jìn)行如下“微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)”課程的實(shí)踐教學(xué)體系改革的探討。

第一，要確定技術(shù)知識(shí)和能力的教學(xué)實(shí)踐在多大程度上以產(chǎn)品、過程或系統(tǒng)的生產(chǎn)周期作為工程教育的框架或環(huán)境。以衛(wèi)星跟蹤天線伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì)為例，計(jì)劃工作時(shí)間為20周，先進(jìn)行課堂教育，主要教授一些基礎(chǔ)理論知識(shí)和所需要注意的問題，提出設(shè)計(jì)任務(wù)，主要給出所需要的性能指標(biāo)和預(yù)算，將學(xué)生分成幾個(gè)團(tuán)隊(duì)。然后進(jìn)行系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)，確定微型計(jì)算機(jī)的任務(wù)，需要設(shè)計(jì)哪些輸入輸出通道等。接下來進(jìn)行硬件、軟件功能分配與協(xié)調(diào)，選擇微型計(jì)算機(jī)，輸入輸出通道與接口的硬件設(shè)計(jì)與元器件的選擇，控制系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)和最后系統(tǒng)的調(diào)試。完成整個(gè)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工作。

第二，整個(gè)教學(xué)過程必須以學(xué)生為主體，教師只能輔助參與。鼓勵(lì)學(xué)生積極討論，積極進(jìn)行思維創(chuàng)新，勇于提出新想法新觀念。同時(shí)鼓勵(lì)和促進(jìn)學(xué)生之間的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力發(fā)展與學(xué)生個(gè)人能力的進(jìn)步。讓學(xué)生充分發(fā)揮自主學(xué)習(xí)的能力，在教師的輔助下，將學(xué)生已學(xué)過的計(jì)算機(jī)技術(shù)與自動(dòng)控制技術(shù)的相關(guān)知識(shí)有機(jī)、和諧的結(jié)合在一起。將學(xué)習(xí)的主動(dòng)權(quán)交給學(xué)生，從查閱資料開始，進(jìn)行總體方案設(shè)計(jì)，控制系統(tǒng)硬件的選擇與設(shè)計(jì)，控制軟件的編寫以及最后的系統(tǒng)調(diào)試。在這種創(chuàng)造性的工作過程中，給他們提供一個(gè)自由想象與大膽創(chuàng)新的空間，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新欲望。把動(dòng)腦和動(dòng)手有機(jī)地結(jié)合起來，培養(yǎng)他們的創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力。在這一過程中，教師必須充分發(fā)揮輔助與引導(dǎo)的作用。

第三，教師在教學(xué)過程中應(yīng)采用互動(dòng)式、啟發(fā)式的教學(xué)方法，以啟發(fā)、引導(dǎo)學(xué)生的學(xué)習(xí)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情與積極性，促進(jìn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力。必須尊重學(xué)生在教學(xué)過程中的主體地位，引導(dǎo)學(xué)生的思維。本科的教學(xué)就是重在應(yīng)用，貴在創(chuàng)新，在教學(xué)改革中，結(jié)合人才培養(yǎng)目標(biāo)，延伸擴(kuò)展實(shí)踐動(dòng)手的內(nèi)容。提高學(xué)生對(duì)知識(shí)的應(yīng)用和創(chuàng)新，堅(jiān)持素質(zhì)教育、工程教育和創(chuàng)新教育相結(jié)合，與課程建設(shè)進(jìn)行整合形成良性互動(dòng)。同時(shí)教師也要提升基本個(gè)人能力和人際交往能力，增加教師一體化學(xué)習(xí)的經(jīng)驗(yàn)，掌握運(yùn)用主動(dòng)和經(jīng)驗(yàn)學(xué)習(xí)方法以及學(xué)生考核等方面的能力。

第四，考核成績是評(píng)價(jià)學(xué)生學(xué)習(xí)能力和教師教學(xué)效果的一個(gè)重要標(biāo)桿。以前的卷面考試僅能考查學(xué)生對(duì)書本知識(shí)的理解與掌握，缺乏應(yīng)用性與綜合性，不僅不能反映學(xué)生實(shí)際的能力，也不利于學(xué)生綜合素質(zhì)與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。因此需要完善學(xué)生成績?cè)u(píng)定措施，將學(xué)生的基本個(gè)人能力和人際交往能力，產(chǎn)品、過程和系統(tǒng)構(gòu)建能力以及學(xué)科知識(shí)都要融入專業(yè)考核之中。除了要進(jìn)行基本理論知識(shí)的考核，確保課程基本要求的教學(xué)質(zhì)量。還要考查學(xué)生靈活運(yùn)用基本概念、基礎(chǔ)理論的能力，分析和解決問題的綜合能力，以及創(chuàng)新思維的能力。然后根據(jù)實(shí)際計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)任務(wù)的完成情況，以及對(duì)各項(xiàng)性能指標(biāo)的符合情況進(jìn)行考核，通過這一考核來考查學(xué)生對(duì)于實(shí)際問題的動(dòng)手能力與解決實(shí)際問題的綜合素質(zhì)。最后對(duì)學(xué)生的平時(shí)情況進(jìn)行考核，主要包括對(duì)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力的評(píng)價(jià)，鼓勵(lì)學(xué)生參與教學(xué)、參與討論、積極地進(jìn)行創(chuàng)新思維，能夠提出自己的獨(dú)到見解。除了考查學(xué)生的個(gè)人能力，還要考查學(xué)生平時(shí)的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，能否積極地參與團(tuán)隊(duì)合作，與團(tuán)隊(duì)成員及其他人員的人際交往能力，團(tuán)隊(duì)成員之間的相互合作、相互幫助。通過以上各項(xiàng)的綜合考查，對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)成績進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。通過這種考核方式，一方面可以對(duì)學(xué)生的綜合素質(zhì)給予客觀的評(píng)價(jià)，激勵(lì)學(xué)生的學(xué)習(xí)，另一方面也可以加強(qiáng)學(xué)風(fēng)建設(shè)，對(duì)學(xué)生起到約束與鞭策的作用。

三、結(jié)束語

通過以上基于CDIO的教學(xué)改革，可以實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)際應(yīng)用的結(jié)合，減輕學(xué)生的學(xué)業(yè)負(fù)擔(dān)，提高學(xué)習(xí)效率。有利于培養(yǎng)學(xué)生的責(zé)任意識(shí)，降低學(xué)生之間的相互依賴性，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，增強(qiáng)學(xué)生的責(zé)任心，讓學(xué)生能較早地了解到工作崗位的壓力和責(zé)任，為學(xué)生以后能更好地適應(yīng)工作環(huán)境打下良好基礎(chǔ)；有利于學(xué)生獨(dú)立工作能力的形成；有利于學(xué)生協(xié)調(diào)能力的形成；有利于學(xué)生綜合職業(yè)能力的形成；有利于學(xué)生創(chuàng)新能力的提高。從工程實(shí)踐出發(fā)，自主學(xué)習(xí)自主鉆研，增強(qiáng)學(xué)生面對(duì)實(shí)際問題的自信心。為學(xué)生提供更寬松的學(xué)習(xí)環(huán)境，更大的自由柔性空間，以便讓學(xué)生走得更遠(yuǎn)更深。

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（責(zé)任編輯：孫晴）