基于CDIO 的單片機應用課程項目驅動式教學方法研究

（喀什大學物理與電氣工程學院，新疆喀什 844000)

0 引言

CDIO 工程教育模式，是以培養國際化工程師為目標的創新型工程人才培養模式.用國際先進工程教育理念引領課程改革，在單片機課程教學過程中引進CDIO 工程教育模式正是迎合教育改革的趨勢.單片機課程實踐性強，其系統開發融合了硬件和軟件的相關技術，與工程實踐有著密切的聯系，在應用型人才培養計劃中有著至關重要的課程地位[1].本文基于CDIO工程教育模式，結合人才培養模式創新的要求，以項目式教學為切入點，將CDIO 工程教育模式落實在單片機課程具體教學實踐中，以對單片機課程教學進行有益探索和實踐.

1 CDIO 工程教育模式在單片機應用課程中教學現狀

（1）聚焦國內外工程教育改革的發展現狀，CDIO 工程教育模式引入我國以后，很多高校開展了試點，但由于任務艱巨，目前只有較少的學校初步實現將人才培養目標分解到課程和教學環節中[2].

（2）基于新工科的實踐教育體系，CDIO工程教育模式在全面提升培養工程技術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工程師的現象[2]；工科學生在實踐過程中，注重個人學習能力培養和知識學習，而忽視協作能力、開拓創新能力等的培養；教學處于轉型期，不能滿足產業形態和商業模式的要求；工科教師缺乏工程背景，行業企業對人才培養過程參與不夠等問題普通存在[3].

（3）缺乏理論和教學實踐的有機結合.配套實驗內容多為驗證性實驗，缺乏自主創新，不能滿足綜合性和設計性的實踐環節要求，學生在產品實際開發過程中不能靈活運用理論知識；傳統教學模式強調理論知識體系的完整性，缺乏對單片機系統性把握.

（4）缺乏對學生典型單片機系統工程的培養.學生在今后所從事的實際項目開發中，需要了解整個產品設計過程，這就要求學生有較高的綜合設計能力，并不斷深入研究單片機應用技術，不斷積累應用行業的專業知識，但這一目標是傳統教學模式中不能達到的[4].

（5）工程能力培養缺失在課程教學方面較為突出.在新的經濟轉型過程當中，需要大量的復合型創新人才，要求學生在學校就能接觸和掌握實際工程中所掌握的知識和技能.

2 新工科對人才培養的要求

當前高校多以工科教育替代工程教育，而采用專業設置按學科劃分的工科教育，主要培養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模式[5].在信息科技不斷進步的背景下，要求單片機從業人員需具備運用學科知識解決問題的能力、終身學習和團隊協作能力以及創新能力，成為具備可持續發展和創新能力的高素質技術技能型人才.

基于CDIO 工程教育模式，以產品研發到產品運行的生命周期為載體培養學生的實踐能力，在課程中進行知識點植入，實施產教研融合、校企合作，是我國高等教育專業人才培養的發展趨勢.各類產學合作協調育人項目，要求學生應該具備一定的綜合分析、設計、制作與應用能力，了解新興產業發展趨勢.在課程中引入實踐項目，注重用人單位普遍重視的項目意識、系統思維、團隊協作交流等能力的培養，使學生能較快適應產品設計和開發工作.

3 基于CDIO 的單片機應用課程項目驅動式教學模式及內涵

3.1 CDIO 工程教育模式的優勢

CDIO 工程教育模式（conceive -design -implement-opperate），分別代表構思、設計、實現和運行，其核心是以實際產品、過程、系統的全生命周期過程為背景，結合以能力培養為導向，采用一體化教學體系，促進學生的知識、能力和態度的培養.在單片機應用課程中運用CDIO 教學模式，關鍵是構建能激發學生主動性學習的過程.

3.2 基于CDIO 的單片機應用課程項目驅動式教學模式的理論內涵

本文提出“項目驅動式”教學方法，其核心是將完整的項目貫穿于單片機應用課程教學中，對項目所涉及知識點進行梳理和凝煉，將項目分解成若干子項目，學生在項目實踐過程中掌握各知識點，有助于形成完整的單片機設計與應用思想.

在實施過程中，采取項目驅動式教學方法，將CDIO 的教學模式落實在每個教學環節，將其理念滲透到項目完成的各個環節，通過在四個階段展開實踐項目任務的學習活動，重新構建教學內容和教學過程，強調學科知識體系的系統性和完備性，將需要掌握的理論知識融合在項目任務的分析和實施過程中.

4 基于CDIO 的單片機應用課程項目驅動式教學過程的構建

4.1 項目任務的構建

構建項目任務要緊扣單片機應用和能力培養目標，主要以能夠解決項目復雜工程問題為目的進行項目設計，典型實例可來自實際工程應用，力求理論和實踐相結合.

項目來源分為指定項目或自擬設計項目.其中，指定實踐項目可以采用競賽項目、產學合作協同育人項目和橫向項目等.競賽項目重點強調創意，在此階段可以將創新創業大賽、專業學科競賽、產品設計競賽等作為主題.產學合作協同育人項目，是企業與高校展開的資金與技術合作，關注創新理念的提出，以及研究成果轉化.橫向項目來源較廣，研究內容更貼近社會需要，學生在了解客戶需求后策劃項目，參與從設計概念到產品落地全過程.上述項目能縮短教的內容與企業用的內容的差距，使得人才培養更加符合產業的需要，是以產業和技術發展的需求來提升人才培養質量.

4.2 任務小組的構建

學生以小組形式組建，項目組長負責工作的分配和組織協調.學生之間開展合作互助活動，發揮教學中學生認知主體作用，提升其工程素養和團隊協作能力.

4.3 基于CDIO 的課程項目驅動式教學過程構建

采取項目驅動式教學方法，以CDIO 工程教育模式為指導，通過在四個階段展開實踐項目任務的學習活動，重新構建教學內容和教學過程.

（1）分析該項目在市場上有沒有空間，確定產品定位、設計方案、環境需求、性能指標等.教師依據能力集成和課程綜合的教學需要，組建一體化教學團隊，制定CDIO理念和與之相適應的學習目標、實現與評估標準以及一系列的規劃、設計、實施評估理論和實踐資源.通過組織開展專家技術講座，提供行業前沿知識以及單片機技術發展最新情況，提高學生對單片機的整體性認識，及時更新知識儲備.

（2）設計作為一個綜合性的實踐環節，要突出對學生查詢紙質和電子文獻能力、系統構思與工程化能力、學生分析問題和解決問題的能力培養.根據設計方案對整個實現流程進行策劃，可增強對產品的宏觀掌控意識.通過教師適當引導學生實現構建個人知識體系，最終學生完成自主建構.以單片機的典型工程應用為案例，注重引導學生思考、自學和討論，使學生在掌握單片機系統的設計、制作、調試、維護等工程應用技能的同時，學習掌握利用單片機技術解決工程實際問題的思路及方法.

（3）堅持以學生為中心，融通線上線下，著力創新教學新模式.利用精品在線開放課程靈活組織教學、自主搭建課程、輔助教學實施，通過對相關在線課程的學習，完成與項目相關知識點的學習.可采取階段性項目匯報，加強過程監控.通過研討項目，教師與學生之間、學生相互之間的交流，學生的口頭表達和人際交流能力、電子及多媒體交流能力、書面交流等能力得到鍛煉提高.

對于實踐技能部分，可利用重點實驗室、研究基地和科研機構輔助教學等，使學生實踐能力在校內外平臺得到充分培養.可通過校企合作和產教融合的形式開展實踐教學活動，運用雙方的優勢資源.在課程實踐技能部分深度推進校企合作，引入企業實際案例，內容覆蓋從用戶需求、產品設計、研發到生產制造等關鍵性環節，將課程實踐作品轉化成實際中的專業成果[6].

（4）每個團隊在項目完成后需提交完整的項目報告書，成果形式可以是視頻、模型、交互原型等.經過后期考核評估，對作品進行改進和優化.對于企業實踐項目完成后的優秀作品，可以通過企業的設計銜接進入后期的制造環節，不僅可增強學生自信心，而且可促進成果效益化.

4.4 課后成效評估

通過對學生的有效考核來促進教與學，CDIO 教育模式對學生能力的評價方式不同于傳統教育模式，對學生的評價應來自于教師和行業專家.

采用過程性考核與形成性測試相結合的方式.對于過程性考核，注重學生在課堂討論、流程策劃、案例討論和在項目實踐過程中表現出來的技術、思維、工程和協作等綜合能力進行評價，制定科學合理的考核標準.這不僅能了解學生將實踐和知識結合的情況，也有利于教師通過不斷改進過程性考核的科學性和有效性來加強相關課程教學改革.CDIO 模式的改進體系是建立在監控機制上，將各方的評價作為改進依據，重新梳理實踐各環節以及成果，不斷在實踐環節中完善個人能力.

5 結語

在新工科建設背景下，基于CDIO 教學指導思想與項目驅動式教學模式對課程進行設計，可解決工科教育實踐中重理論輕實踐問題，改善學生重視知識學習而輕開拓創新的問題.在后續課程建設過程中，應及時了解專業最新成果應用情況，及時對項目內容進行更新與提煉，可在項目設置中融入對學生思維和能力的加強，引入創客教育理念，通過再實踐的方法不斷強化學生對單片機技術的應用能力，以期培養適應社會需求的工程師.