基于CDIO 的单片机应用课程项目驱动式教学方法研究

（喀什大学物理与电气工程学院，新疆喀什 844000)

0 引言

CDIO 工程教育模式，是以培养国际化工程师为目标的创新型工程人才培养模式.用国际先进工程教育理念引领课程改革，在单片机课程教学过程中引进CDIO 工程教育模式正是迎合教育改革的趋势.单片机课程实践性强，其系统开发融合了硬件和软件的相关技术，与工程实践有着密切的联系，在应用型人才培养计划中有着至关重要的课程地位[1].本文基于CDIO工程教育模式，结合人才培养模式创新的要求，以项目式教学为切入点，将CDIO 工程教育模式落实在单片机课程具体教学实践中，以对单片机课程教学进行有益探索和实践.

1 CDIO 工程教育模式在单片机应用课程中教学现状

（1）聚焦国内外工程教育改革的发展现状，CDIO 工程教育模式引入我国以后，很多高校开展了试点，但由于任务艰巨，目前只有较少的学校初步实现将人才培养目标分解到课程和教学环节中[2].

（2）基于新工科的实践教育体系，CDIO工程教育模式在全面提升培养工程技术人才能力方面存在以下主要问题：工程教育中不同程度存在着以理科教育的方式培养工程师的现象[2]；工科学生在实践过程中，注重个人学习能力培养和知识学习，而忽视协作能力、开拓创新能力等的培养；教学处于转型期，不能满足产业形态和商业模式的要求；工科教师缺乏工程背景，行业企业对人才培养过程参与不够等问题普通存在[3].

（3）缺乏理论和教学实践的有机结合.配套实验内容多为验证性实验，缺乏自主创新，不能满足综合性和设计性的实践环节要求，学生在产品实际开发过程中不能灵活运用理论知识；传统教学模式强调理论知识体系的完整性，缺乏对单片机系统性把握.

（4）缺乏对学生典型单片机系统工程的培养.学生在今后所从事的实际项目开发中，需要了解整个产品设计过程，这就要求学生有较高的综合设计能力，并不断深入研究单片机应用技术，不断积累应用行业的专业知识，但这一目标是传统教学模式中不能达到的[4].

（5）工程能力培养缺失在课程教学方面较为突出.在新的经济转型过程当中，需要大量的复合型创新人才，要求学生在学校就能接触和掌握实际工程中所掌握的知识和技能.

2 新工科对人才培养的要求

当前高校多以工科教育替代工程教育，而采用专业设置按学科划分的工科教育，主要培养的是工科科研型人才，教育模式倾向于解决确定的、线性的、静止封闭问题的科学模式[5].在信息科技不断进步的背景下，要求单片机从业人员需具备运用学科知识解决问题的能力、终身学习和团队协作能力以及创新能力，成为具备可持续发展和创新能力的高素质技术技能型人才.

基于CDIO 工程教育模式，以产品研发到产品运行的生命周期为载体培养学生的实践能力，在课程中进行知识点植入，实施产教研融合、校企合作，是我国高等教育专业人才培养的发展趋势.各类产学合作协调育人项目，要求学生应该具备一定的综合分析、设计、制作与应用能力，了解新兴产业发展趋势.在课程中引入实践项目，注重用人单位普遍重视的项目意识、系统思维、团队协作交流等能力的培养，使学生能较快适应产品设计和开发工作.

3 基于CDIO 的单片机应用课程项目驱动式教学模式及内涵

3.1 CDIO 工程教育模式的优势

CDIO 工程教育模式（conceive -design -implement-opperate），分别代表构思、设计、实现和运行，其核心是以实际产品、过程、系统的全生命周期过程为背景，结合以能力培养为导向，采用一体化教学体系，促进学生的知识、能力和态度的培养.在单片机应用课程中运用CDIO 教学模式，关键是构建能激发学生主动性学习的过程.

3.2 基于CDIO 的单片机应用课程项目驱动式教学模式的理论内涵

本文提出“项目驱动式”教学方法，其核心是将完整的项目贯穿于单片机应用课程教学中，对项目所涉及知识点进行梳理和凝炼，将项目分解成若干子项目，学生在项目实践过程中掌握各知识点，有助于形成完整的单片机设计与应用思想.

在实施过程中，采取项目驱动式教学方法，将CDIO 的教学模式落实在每个教学环节，将其理念渗透到项目完成的各个环节，通过在四个阶段展开实践项目任务的学习活动，重新构建教学内容和教学过程，强调学科知识体系的系统性和完备性，将需要掌握的理论知识融合在项目任务的分析和实施过程中.

4 基于CDIO 的单片机应用课程项目驱动式教学过程的构建

4.1 项目任务的构建

构建项目任务要紧扣单片机应用和能力培养目标，主要以能够解决项目复杂工程问题为目的进行项目设计，典型实例可来自实际工程应用，力求理论和实践相结合.

项目来源分为指定项目或自拟设计项目.其中，指定实践项目可以采用竞赛项目、产学合作协同育人项目和横向项目等.竞赛项目重点强调创意，在此阶段可以将创新创业大赛、专业学科竞赛、产品设计竞赛等作为主题.产学合作协同育人项目，是企业与高校展开的资金与技术合作，关注创新理念的提出，以及研究成果转化.横向项目来源较广，研究内容更贴近社会需要，学生在了解客户需求后策划项目，参与从设计概念到产品落地全过程.上述项目能缩短教的内容与企业用的内容的差距，使得人才培养更加符合产业的需要，是以产业和技术发展的需求来提升人才培养质量.

4.2 任务小组的构建

学生以小组形式组建，项目组长负责工作的分配和组织协调.学生之间开展合作互助活动，发挥教学中学生认知主体作用，提升其工程素养和团队协作能力.

4.3 基于CDIO 的课程项目驱动式教学过程构建

采取项目驱动式教学方法，以CDIO 工程教育模式为指导，通过在四个阶段展开实践项目任务的学习活动，重新构建教学内容和教学过程.

（1）分析该项目在市场上有没有空间，确定产品定位、设计方案、环境需求、性能指标等.教师依据能力集成和课程综合的教学需要，组建一体化教学团队，制定CDIO理念和与之相适应的学习目标、实现与评估标准以及一系列的规划、设计、实施评估理论和实践资源.通过组织开展专家技术讲座，提供行业前沿知识以及单片机技术发展最新情况，提高学生对单片机的整体性认识，及时更新知识储备.

（2）设计作为一个综合性的实践环节，要突出对学生查询纸质和电子文献能力、系统构思与工程化能力、学生分析问题和解决问题的能力培养.根据设计方案对整个实现流程进行策划，可增强对产品的宏观掌控意识.通过教师适当引导学生实现构建个人知识体系，最终学生完成自主建构.以单片机的典型工程应用为案例，注重引导学生思考、自学和讨论，使学生在掌握单片机系统的设计、制作、调试、维护等工程应用技能的同时，学习掌握利用单片机技术解决工程实际问题的思路及方法.

（3）坚持以学生为中心，融通线上线下，着力创新教学新模式.利用精品在线开放课程灵活组织教学、自主搭建课程、辅助教学实施，通过对相关在线课程的学习，完成与项目相关知识点的学习.可采取阶段性项目汇报，加强过程监控.通过研讨项目，教师与学生之间、学生相互之间的交流，学生的口头表达和人际交流能力、电子及多媒体交流能力、书面交流等能力得到锻炼提高.

对于实践技能部分，可利用重点实验室、研究基地和科研机构辅助教学等，使学生实践能力在校内外平台得到充分培养.可通过校企合作和产教融合的形式开展实践教学活动，运用双方的优势资源.在课程实践技能部分深度推进校企合作，引入企业实际案例，内容覆盖从用户需求、产品设计、研发到生产制造等关键性环节，将课程实践作品转化成实际中的专业成果[6].

（4）每个团队在项目完成后需提交完整的项目报告书，成果形式可以是视频、模型、交互原型等.经过后期考核评估，对作品进行改进和优化.对于企业实践项目完成后的优秀作品，可以通过企业的设计衔接进入后期的制造环节，不仅可增强学生自信心，而且可促进成果效益化.

4.4 课后成效评估

通过对学生的有效考核来促进教与学，CDIO 教育模式对学生能力的评价方式不同于传统教育模式，对学生的评价应来自于教师和行业专家.

采用过程性考核与形成性测试相结合的方式.对于过程性考核，注重学生在课堂讨论、流程策划、案例讨论和在项目实践过程中表现出来的技术、思维、工程和协作等综合能力进行评价，制定科学合理的考核标准.这不仅能了解学生将实践和知识结合的情况，也有利于教师通过不断改进过程性考核的科学性和有效性来加强相关课程教学改革.CDIO 模式的改进体系是建立在监控机制上，将各方的评价作为改进依据，重新梳理实践各环节以及成果，不断在实践环节中完善个人能力.

5 结语

在新工科建设背景下，基于CDIO 教学指导思想与项目驱动式教学模式对课程进行设计，可解决工科教育实践中重理论轻实践问题，改善学生重视知识学习而轻开拓创新的问题.在后续课程建设过程中，应及时了解专业最新成果应用情况，及时对项目内容进行更新与提炼，可在项目设置中融入对学生思维和能力的加强，引入创客教育理念，通过再实践的方法不断强化学生对单片机技术的应用能力，以期培养适应社会需求的工程师.