基于CDIO的物联网工程专业卓越工程师能力培养研究

张淑艳 田纪亚 肖萍萍 王超

摘 要 基于CDIO理念，学生是教学过程的主体，教师起过程的指导作用，逐步实现学生的学习过程就是工作过程。以单片机课程为例，将课程知识点融入若干个学习项目中，以CDIO工程教育模式指导学生完成项目。实践证明，CDIO模式的项目驱动教学法有助于学生对课程所学知识的理解和掌握，有利于培养学生发现问题、分析问题与解决问题能力的提高，更有助于学生团队合作、实践动手技能力和综合素质的提高，实现卓越工程师能力培养。

关键词 CDIO；物联网；单片机课程；卓越工程师

中图分类号：G645 文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2018）12-0062-03

1 引言

大学教育要“回归工程”由Massachusetts Institute of Technology在20世纪末提出，同时提出要建立“大工程观”。2001年，一种全新工程教育理念CDIO（Conceive， Design， Implement， Operate）被Massachusetts Insti-tute of Technology与KTH Royal Institute of Techno-logy等高校共同提出，同时CDIO国际合作组织也成立了。CDIO以产品研发到产品运行的生命周期为载体，让高校学生以主动的、实践的、课程之间有机联系的方式学习工程[1-2]。

截至2017年4月，全球共有104所高校自愿加入“CDIO工程教育联盟”。

CDIO工程教育的目标是学校培养出专业基础扎实，职业素质、能力水平优秀的新一代卓越的工程师。将团队设计与工程创新实践训练贯穿到工程领域的具体情境中，也就是将整个人才培养过程都要与本专业的行业工作过程相结合，这样才有利于学生掌握扎实的工程基础理论与专业知识。CDIO工程教育理念为我国高等学校培养新一代卓越工程师提供了宝贵的参考依据，许多学校也将其运用于单片机、嵌入式等技术应用类课程的教学。

CDIO工程教育理念用以学生、笔记和考试为中心的“NEW三中心论”取代了以教师、教材与课堂为中心的“OLD三中心论”，教育时代向前迈进了一大步。CDIO工程教育模式是一种开放式的教学模式，教师将教学内容全都整合到工程项目中，逐步地引导学生参与工程项目，提高学生的工程实践能力[3]。

2 基于CDIO的教学过程总体方案：以长春光华学院为例

物联网及相关专业的教师（包括校企合作的相关企业工程师）组成课程改革小组，物联网专业负责人任组长，课程改革小组部分人员亲自对大连、北京、上海及广州的物联网相关企业进行了调研，在调研过程中侧重了解用人单位在相关岗位上对人才需求的能力、知识、素质等方面的要求。

调研结束后，课程改革小组多次开会探讨分析物联网专业领域核心课程的教学模式，最后一致认为要基于CDIO理念，面向行业岗位需求，按工作过程进行教学设计，以工程项目为载体，以提升物联网工程专业学生岗位能力和培养新一代卓越的物联网工程师为目标，全面推进物联网专业核心课程的教学改革。在深度校企合作的基础上，充分利用校内外生产实习基地、理实一体化实验室，从分析企业实际岗位所需的职业能力和工作内容入手，得出所需的知识和技能要求，以此为依据，开发设计出各学习领域课程的教学项目；打破以教材章节顺序授课模式，把教学内容重新融合到各个教学项目中；课程改革小组任课教师精心进行课程教学设计，以项目为导向，让学生置身工作过程之中，按照具体项目的六个工作过程来开展教学（资讯、计划、决策、实施、检查、评估）[4]。

3 基于CDIO的具體实施过程

总体教学设计 以“单片机系统开发与应用”课程为例，该课程的教学设计见表1。根据岗位职业能力需求，在“单片机系统开发与应用”课程教学中，教学小组共同讨论、设计开发出八个教学项目，具体为节日彩灯控制、电机控制器、双机通信、简易计算器、数字电压表、路灯控制器、停车场车位管理器及智能家居控制器[5]。

教学设计举例 以单片机课程中的单元4“简易计算器”为例，对每个教学项目进行具体的学习情境设计，具体内容如下。

学习项目名称：简易计算器。

实施场地：单片机理实一体化实验室。

学时安排：6学时。

指导教师：单片机任课教师，实验员。

成绩评定小组成员：单片机任课教师、实验员、各小组组长。

教学目标：使学生掌握单片机、键盘与数码管显示器的接口技术与编程方法，具备使用输入/输出设备的能力。

学习任务：设计一款计算器，能够进行加减乘除运算，并显示计算结果（小数点后第三位）。

根据项目要求进行方案设计，并按计划进行软硬件的设计、调试，制作出样机，达到项目验收要求。

学生基础：经过“C语言程序设计”课程的学习，掌握C程序基本开发知识，了解程序调试的方法。

项目教学过程：将学生按学号分组，每组3～4人，每人分别扮演不同角色，如项目总经理、硬件工程师、软件工程师与调试师等，并且每个项目都要轮换角色；每组一个实验平台，按照下面六个工作过程边做边学，理实一体化，提高工程能力、创新能力与团队协作能力。

1）资讯：任课教师下发简易计算器项目说明书，学生阅读说明书，教师分析项目所涉及的知识点及注意事项，使学生明确本项目要完成的任务。

2）计划：组长组织小组成员对项目任务进行讨论、分

析，学习其中涉及的知识点。

3）决策：制订出计算器实现的总方案，画出硬件系统框图与程序流程图，并由小组长并分配组员角色，明确项目开发的步骤及完成的时间。

4）实施：小组成员完成软硬件设计、制作及调试。

5）检查：制作出样机后，小组成员对计算器样机进行测试，分析、排查问题，达到任务要求，并记录问题解决过程。

6）评估：样机提交给考核小组进行验收，考核小组按照项目要求测试各种指标、评分，并收集、整理小组提交的所有的项目过程材料。

考核标准 “单片机系统开发与应用”课程强调实践技能的考核，通过引入企业考核标准，建立项目实施过程考核与项目成果评价相结合的考核方法。每个项目的具体考核如表2所示。

4 结语

为了培养物联网工程专业学生的工程实践能力，基于CDIO理念，推行任务驱动、项目导向、案例分析等教学做一体的教学模式改革，校企合作专兼职教师组成教学改革小组，共同开发教学项目，完成教学及技能指导。在教学安排上，以专任教师为主导；教学执行上，任务明确。学生的工程实践能力、创新能力得到提升，有利于培养卓越工程师能力。在近三年的全国大学生电子设计竞赛、嵌入式大赛、物联网设计大赛等比赛中，长春光华学院物联网工程专业学生共获得一等奖10项、二等奖14项与三等奖12项的好成绩。

参考文献

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

[2]王硕旺，洪成文.CDIO：美国麻省理工学院工程教育的经典模式：基于对CDIO课程大纲的解读[J].理工高教研究，2009（4）：116-119.

[3]朱向庆，胡均万，曾辉，等.CDIO工程教育模式的微型项目驱动教学法研究[J].实验技术与管理，2012（11）：159-162.

[4]福建信息职业技术学院培育方案[DB/OL].https：//wenku.baidu.com/view/10970e4dcf84b9d528ea7a93.html？from=search.

[5]张淑艳，朱娟，王金莉，等.民办高校电子信息工程专业教学模式的探索与实践：以单片机课程为例[J].教育教学论坛，2014（15）：201-203.