基于CDIO的物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)卓越工程師能力培養(yǎng)研究

張淑艷 田紀亞 肖萍萍 王超

摘 要 基于CDIO理念，學生是教學過程的主體，教師起過程的指導作用，逐步實現(xiàn)學生的學習過程就是工作過程。以單片機課程為例，將課程知識點融入若干個學習項目中，以CDIO工程教育模式指導學生完成項目。實踐證明，CDIO模式的項目驅(qū)動教學法有助于學生對課程所學知識的理解和掌握，有利于培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題與解決問題能力的提高，更有助于學生團隊合作、實踐動手技能力和綜合素質(zhì)的提高，實現(xiàn)卓越工程師能力培養(yǎng)。

關鍵詞 CDIO；物聯(lián)網(wǎng)；單片機課程；卓越工程師

中圖分類號：G645 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2018）12-0062-03

1 引言

大學教育要“回歸工程”由Massachusetts Institute of Technology在20世紀末提出，同時提出要建立“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CDIO國際合作組織也成立了。CDIO以產(chǎn)品研發(fā)到產(chǎn)品運行的生命周期為載體，讓高校學生以主動的、實踐的、課程之間有機聯(lián)系的方式學習工程[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工程教育的目標是學校培養(yǎng)出專業(yè)基礎扎實，職業(yè)素質(zhì)、能力水平優(yōu)秀的新一代卓越的工程師。將團隊設計與工程創(chuàng)新實踐訓練貫穿到工程領域的具體情境中，也就是將整個人才培養(yǎng)過程都要與本專業(yè)的行業(yè)工作過程相結(jié)合，這樣才有利于學生掌握扎實的工程基礎理論與專業(yè)知識。CDIO工程教育理念為我國高等學校培養(yǎng)新一代卓越工程師提供了寶貴的參考依據(jù)，許多學校也將其運用于單片機、嵌入式等技術應用類課程的教學。

CDIO工程教育理念用以學生、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”，教育時代向前邁進了一大步。CDIO工程教育模式是一種開放式的教學模式，教師將教學內(nèi)容全都整合到工程項目中，逐步地引導學生參與工程項目，提高學生的工程實踐能力[3]。

2 基于CDIO的教學過程總體方案：以長春光華學院為例

物聯(lián)網(wǎng)及相關專業(yè)的教師（包括校企合作的相關企業(yè)工程師）組成課程改革小組，物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)負責人任組長，課程改革小組部分人員親自對大連、北京、上海及廣州的物聯(lián)網(wǎng)相關企業(yè)進行了調(diào)研，在調(diào)研過程中側(cè)重了解用人單位在相關崗位上對人才需求的能力、知識、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探討分析物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)領域核心課程的教學模式，最后一致認為要基于CDIO理念，面向行業(yè)崗位需求，按工作過程進行教學設計，以工程項目為載體，以提升物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)學生崗位能力和培養(yǎng)新一代卓越的物聯(lián)網(wǎng)工程師為目標，全面推進物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)核心課程的教學改革。在深度校企合作的基礎上，充分利用校內(nèi)外生產(chǎn)實習基地、理實一體化實驗室，從分析企業(yè)實際崗位所需的職業(yè)能力和工作內(nèi)容入手，得出所需的知識和技能要求，以此為依據(jù)，開發(fā)設計出各學習領域課程的教學項目；打破以教材章節(jié)順序授課模式，把教學內(nèi)容重新融合到各個教學項目中；課程改革小組任課教師精心進行課程教學設計，以項目為導向，讓學生置身工作過程之中，按照具體項目的六個工作過程來開展教學（資訊、計劃、決策、實施、檢查、評估）[4]。

3 基于CDIO的具體實施過程

總體教學設計 以“單片機系統(tǒng)開發(fā)與應用”課程為例，該課程的教學設計見表1。根據(jù)崗位職業(yè)能力需求，在“單片機系統(tǒng)開發(fā)與應用”課程教學中，教學小組共同討論、設計開發(fā)出八個教學項目，具體為節(jié)日彩燈控制、電機控制器、雙機通信、簡易計算器、數(shù)字電壓表、路燈控制器、停車場車位管理器及智能家居控制器[5]。

教學設計舉例 以單片機課程中的單元4“簡易計算器”為例，對每個教學項目進行具體的學習情境設計，具體內(nèi)容如下。

學習項目名稱：簡易計算器。

實施場地：單片機理實一體化實驗室。

學時安排：6學時。

指導教師：單片機任課教師，實驗員。

成績評定小組成員：單片機任課教師、實驗員、各小組組長。

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

學習任務：設計一款計算器，能夠進行加減乘除運算，并顯示計算結(jié)果（小數(shù)點后第三位）。

根據(jù)項目要求進行方案設計，并按計劃進行軟硬件的設計、調(diào)試，制作出樣機，達到項目驗收要求。

學生基礎：經(jīng)過“C語言程序設計”課程的學習，掌握C程序基本開發(fā)知識，了解程序調(diào)試的方法。

項目教學過程：將學生按學號分組，每組3～4人，每人分別扮演不同角色，如項目總經(jīng)理、硬件工程師、軟件工程師與調(diào)試師等，并且每個項目都要輪換角色；每組一個實驗平臺，按照下面六個工作過程邊做邊學，理實一體化，提高工程能力、創(chuàng)新能力與團隊協(xié)作能力。

1）資訊：任課教師下發(fā)簡易計算器項目說明書，學生閱讀說明書，教師分析項目所涉及的知識點及注意事項，使學生明確本項目要完成的任務。

2）計劃：組長組織小組成員對項目任務進行討論、分

析，學習其中涉及的知識點。

3）決策：制訂出計算器實現(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，明確項目開發(fā)的步驟及完成的時間。

4）實施：小組成員完成軟硬件設計、制作及調(diào)試。

5）檢查：制作出樣機后，小組成員對計算器樣機進行測試，分析、排查問題，達到任務要求，并記錄問題解決過程。

6）評估：樣機提交給考核小組進行驗收，考核小組按照項目要求測試各種指標、評分，并收集、整理小組提交的所有的項目過程材料。

考核標準 “單片機系統(tǒng)開發(fā)與應用”課程強調(diào)實踐技能的考核，通過引入企業(yè)考核標準，建立項目實施過程考核與項目成果評價相結(jié)合的考核方法。每個項目的具體考核如表2所示。

4 結(jié)語

為了培養(yǎng)物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)學生的工程實踐能力，基于CDIO理念，推行任務驅(qū)動、項目導向、案例分析等教學做一體的教學模式改革，校企合作專兼職教師組成教學改革小組，共同開發(fā)教學項目，完成教學及技能指導。在教學安排上，以專任教師為主導；教學執(zhí)行上，任務明確。學生的工程實踐能力、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生電子設計競賽、嵌入式大賽、物聯(lián)網(wǎng)設計大賽等比賽中，長春光華學院物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)學生共獲得一等獎10項、二等獎14項與三等獎12項的好成績。

參考文獻

[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：美國麻省理工學院工程教育的經(jīng)典模式：基于對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目驅(qū)動教學法研究[J].實驗技術與管理，2012（11）：159-162.

[4]福建信息職業(yè)技術學院培育方案[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)教學模式的探索與實踐：以單片機課程為例[J].教育教學論壇，2014（15）：201-203.