基于CDIO的“三阶八步”混合式教学模式探索

王松红 谷成玲 孙锋申 李玉霞 王娟

摘要：信息技术的不断发展对新一代信息通信技术专业群提出了更高的工程能力要求。本文通过在教学中引入CDIO工程教育理念，提出了基于CDIO的“三阶八步”混合式教学模式探索思路及具体实施方案。

关键词：三阶八步；CDIO；混合式教学

中图分类号：G4文献标识码：Adoi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2022.24.086

0引言

“十四五”规划纲要中提出“坚持创新驱动发展，全面塑造发展新优势”，坚持创新在我国现代化建设全局中的核心地位，把科技自立自强作为国家发展的战略支撑。CDIO工程教育模式将构思（Conceive）、设计（Design）、实现（Implement）和运作（Operate）贯穿在完整的产品周期中，在新一代信息通信技术专业群教学过程中融入CDIO理念，采取混合式教学方法，能够激发学生的学习兴趣，提高学生的创新能力、团队合作能力、工程思维能力，培养符合社会需求的创新型人才。

1基于CDIO的“三阶八步”混合式教学模式探索思路

1.1基于CDIO工程教育理念，改革教学内容

在新一代信息通信技术相关专业课程教学环节中，处处都存在着CDIO的内涵，但是教师能否挖掘出来就是一个关键点，能否把CDIO与新一代信息通信技术专业知识相结合，能否自然地把工程教育理念穿插到教学环节中，这些都是CDIO工程教育的重要环节。一个技术一流的新一代信息通信技术产业工人如果没有良好的CDIO工程理念，很难具备全面的独立思考、主动探究，严谨的科学态度、团队协作意识。CDIO工程理念仅靠反复的技能训练和千篇一律的实际操作根本无法实现。因而，在课程教学中实施CDIO工程理念教育也就势在必行，通过CDIO工程理念的融入，帮助学生养成积极健康的心理状态、完善的人格、有效的自我约束能力、与他人和社会形成和谐关系，从而为高职学生个体全面发展打下坚实的基础，满足学生成长、成才的个体需求，进而满足企业、社会对高素质的劳动者的现实需求。在《单片机应用技术》课程教学过程中，课题组基于CDIO工程教育理念，采用企业实际案例打造教学项目，以真实产品的生产周期作为教学框架，完成教学内容的重构。引导学生通过构思（C）、设计（D）、实现（I）、运作（O）四个环节完成知识建构，使其通过主动探究、团队协作提升过程和系统的构建能力。

1.2探索基于CDIO的“三阶八步”教学模式

完成课程内容重构后，将每个项目划分成几个任务，针对每个模块提出CDIO“三阶八步”教学流程，分模块实现产品的设计、制作与调试。在课前、课中、课后三个阶段始终贯穿以CDIO工程理念。课前在学习平台发布学习资料和任务，学生自主学习、分组协作完成任务并提交至学习平台，教师详细分析学生课前学习情况，并以此为依据进行教学策略调；课中创设情境，讨论方案，信息化手段解决重难点问题，标准化实训与拓展性实训结合，通过情境导入-方案讨论-问题解析-标准化实训-拓展性实训-成果展示与评价六个环节完成课中知识内化及技能提升；课后，发布拓展任务，利用学习平台、微信等多种方式与学生交流互动，以学生为中心，形成基于工作过程的“行动导向”教学模式。通过三阶段、八步骤使学生以主动实践的方式参与构思（Conceive）、设计（Design）、实现（Implement）、运行（Operate）等整个周期，提升学生的基本个人能力和人际能力以及产品、过程和系统构建能力。

1.3建立健全学生考核评价方式

从基础理论知识、个人能力、合作能力和工程系统能力等层次对学生进行评价，使学生通过学习，在这四个层面都能到达预定目标。考核最终成绩由课前成绩、课堂标准化实训考核成绩、课堂拓展性实训考核成绩、职业素养考核以及课后成绩五部分组成。

1.4充实学习平台资源，拓展学习空间

对已有的学习平台资源继续完善，通过课前资源、课中资源、课后拓展任务使学生不受时间、空间限制可随时随地学习，将学习空间拓展至课堂内外。时刻关注相关行业动态，将新技术、新工艺充实至学习平台并引入课堂，提高教育教学质量。

2基于CDIO的《单片机应用技术》“三阶八步”混合式教学模式实施方案

课题组依据相关教育理论，借鉴信息化教学成果，对《单片机应用技术》课程进行了基于CDIO的混合式教学模式探索，具体实施方案为以下方面。

2.1基于CDIO工程教育理念，岗课赛证融通，重构教学内容

以《单片机应用技术》课程为例，该课程是电子信息工程技术专业核心课程，基于电子设备装接工等岗位需求，遵循企业技术规范，融入全国职业院校技能大赛嵌入式技术应用开发赛项单片机硬件电路制作与调试、数据采集等内容，对接“物联网单片机应用与开发”“1+X”职业等级证书中单片机程序开发、信息处理职业技能要求，实施“崗课赛证融通”，综合育人。

依据专业人才培养方案、课程标准，结合人才培养目标和定位，对国规教材进行项目化改造，遵循学生认知规律，设计循序渐进的6个模块教学任务：多彩霓虹灯设计与制作、简易计算器设计与制作、交通灯模拟控制系统设计与制作、数字电压表设计与制作、温控系统设计与制作、简易电子琴设计与制作。

2.2精准分析学情，明确教学目标

通过对学生知识基础、技能基础、学习特点进行精准分析，确定教学目标，以《单片机应用技术》课程项目五为例，分析结果如下：

知识基础：（1）经过前导课程及前期项目学习，学生已经具备一定的单片机项目开发与编程基础知识，但还未完全掌握单片机综合应用知识;（2）对前一个项目学习情况进行测试显示：仍有25%学生单片机定时/计数器内部结构掌握不好，导致单片机与外围器件的软硬件设计存在学习障碍。

技能基础：（1）根据前期学习结果反馈，学生能够对工作任务进行规划，但元器件选型、单片机与外围器件接口软硬件设计能力比较薄弱，复杂项目的软硬件开发能力还有待提升;（2）已掌握电子元器件原理图识读、直插元器件安装、基本程序编写等技能，但还未在万用板上进行元件的安装;前测结果显示75%学生借助仪器仪表进行检测调试、查错纠错能力比较薄弱。

学习特点：（1）通过问卷调查发现学生：爱观察;爱实践;爱合作;怵看书;怵死记;怵干讲;（2）大部分同学对单片机产品设计与制作感兴趣，有強烈学习动机，但独立思考能力较弱，“7S”管理职业素养也有待提升，尤其节约意识需要加强。学生理想信念、双创理念、家国情怀等也需要加强。

根据课程标准、岗位要求、职业标准、“1+X”证书要求、学情分析，确定本项目的知识、能力和素质目标如表1所示。

2.3构建“三维度、三层次、多类型”评价体系，促进持续发展

（1）三维度：结果性和过程性考核结合，考核学生知识、技能、职业素养三个维度的能力。

（2）三层次：建立“学生—小组—教师”三层次评价主体。

（3）多类型：通过学习平台、课程过程表现成绩、课堂实训成绩、职业素养等多类型进行综合评价，促进学生素质持续发展。每次课关注教与学全程的信息采集，所有成绩基于学习平台电脑端和移动端全程信息采集，自动汇总生成。

2.4探索基于CDIO的“三阶八步”教学模式

依据科学建构主义教学理论和“教师主导，学生主体”教学理念，确定教学策略，探索任务驱动、工作过程导向、启发式教学等教法，采用自主探究、小组协作、角色扮演等学法。引入CDIO工程教育模式，让学生以主动实践的方式参与《单片机应用技术》各个项目任务的构思（Conceive）、设计（Design）、实现（Implement）、运行（Operate）等整个周期，探索“CDIO三阶八步”教学模式，实施混合教学。以倒计时电路设计一课为例，具体实施过程如下。

2.4.1课前学习

学生登陆学习平台，下载任务书，明确学习任务，用课程网站丰富的资源，实现产品化导向的实训认知。教师了解学情，根据反馈情况进行教学策略调整。

2.4.2课上探究

遵循学生认知规律，通过多元化教学手段，引导学生开展自主及协作学习，“三阶八步”具体实施如下：

课前：教师在教学平台发布课前任务：学习定时/计数器的结构、工作方式寄存器、控制寄存器相关知识；提供学习资源（微课、精品课程、多媒体课件、教学动画）；学生登录教学平台，接收任务，查阅资料，自主探究学习，完成在线测试，为课堂做好知识储备。

课中：根据职业规范和岗位要求，将本单元分为6个环节：“导任务—探新知—绘电路—编程序—调电路—验成果”，前3个环节属第1学时，后3个环节属第2学时。

首先进入环节1导任务：播放“天和入九天”视频，观看中国空间站首舱“天和核心舱”的发射过程，激发学生的爱国情怀。通过视频中的倒计时环节，引入本节课的任务—设计一个倒计时电路，希望同学们在设计过程中，能够以匠人之心，追求至臻完美。同时，教师总结学生课前学习情况，对出现问题进行讲解强调。通过导课，使学生明确学习目标，在学习过程中有坚定的志向，遵从事物发展的规律，亲力亲为，去研究探讨学习掌握真理，用以鞭策今后的言行举止，做到“笃志明理、躬行求真”。

接着进入环节2探新知：教师引导学生根据课前查阅资料，对定时/计数器的概念和基本结构进行学习;对学生学习情况进行点评，并引导学生加以完善。接着教师提出问题，学生思考并回答教师提出的问题;教师对学生回答结果进行点评，补充并强调。学生认真听取教师点评意见，并对自我认知进行完善。针对学生在定时/计数器的初始化及程序编写中遇到的问题，教师推送单片机小精灵工具，帮助学生解决初值计算及程序编写问题，突破教学重难点。

然后进入环节3绘电路：教师引导学生完成倒计时初步设计方案;学生在教师引导下完成倒计时电路初步设计方案；完成初步设计方案后，教师引导学生利用proteus仿真软件绘制倒计时电路；学生利用proteus仿真软件绘制倒计时电路；学生绘制过程中，教师巡视，并回答学生疑问。学生绘制完成电路图后，提交至教学平台。通过教师示范，强调正确设置参数设置的重要性，培养学生科学求实、严肃认真的学习态度。

教师查看，了解绘制情况后进入第二课时环节4：编程序，教师引导学生完成倒计时电路程序初步设计方案；学生在教师引导下完成倒计时电路程序初步设计方案后，教师引导学生利用Keil开发软件编写倒计时电路程序。

学生编写程序生成hex文件后，接着进入环节5调电路：教师引导学生利用proteus仿真软件和Keil开发软件联合调试，验证倒计时电路功能是否实现。学生在教师引导下，排查电路故障，直至实现设计效果。通过在调试过程中注意规范操作，强调遵守职业规范的重要性。

学生完成虚拟仿真调试后，最后进入环节6验成果：学生展示倒计时电路运行结果，教师对学生作品教学点评，学生听取教师点评；教师总结本次课，对出现问题进行强调，引用孔子：知不足，然后能自反也;知困，然后能自强也。使学生通过反思自身问题，不断进步。

课后：任务拓展-如何用单片机的定时器模块生成不同频率信号的方波，输入到喇叭上，使喇叭发出不同音调的声音，实现一个电子琴电路？学生充分利用教学平台等网络资源，完成任务并提交到教学平台。教师利用微信、QQ等通信工具实现在线答疑。

利用在线教育综合平台开展课堂教学，课前发布视频、学习资料，帮助学生提前了解本次课任务;课中利用任务驱动、问题导向开展教学，学生通过自我探究、小组探究、师生探究等形式进行学习;课后完成拓展任务，复习本次课所学知识，进一步巩固加深;利用学习平台、单片机小精灵、proteus仿真软件、Keil集成开发软件等有效化解难以理解的知识点、技能点。

3基于CDIO的“三阶八步”混合式教学模式实施效果

3.1探究式学习自主建构知识，创新能力得到提升

将CDIO工程教育理念贯穿始终，使其主动参与课堂教学，显著提高了学生创新能力，高效达成单片机产品器件选型、原理认知、硬件设计、软件编程，产品制作，再到故障分析及调试等教学目标，创客效果明显。

3.2学生学习效率，职业技能有效提升

用信息技术手段引导学生学习，助力攻克重难点，激发学习兴趣，监控学习过程，评价学习效果。通过课内课外结合、线上线下贯穿的教学设计，整个教学环节紧密，学习效率有效提升，效果良好。与往年成绩对比，80分以上学生数量提升较多，最终优良率达到94%；学生职业能力借助信息技术在资源互动中自然提升，尤其单片机综合电路调试能力提升明显，此外，“7S”管理职业素养提升显著，尤其学生的节约意识得到有效增强。

3.3学生思想素质不断提升，劳动意识不断增强，第二课堂收获满满

贯彻“红心绿芯”课程思政双主线，将社会主义核心价值观、四史教育、劳动精神、劳模精神、工匠精神有机融入课堂教学，实现三全育人。

开展“传承红色基因，推动绿色发展”系列活动。课后参观学校“奋斗百年路，启航新征程”党史主题教育展，学生思想素质不断提升；安排学生到企业进行岗位体验和生产劳动教育，了解新技术、新工艺、新规范；践行“7S”管理，组织学生校园义务劳动，增强环保意识；同时，依托电子创新社团，入社区开展义务维修，用行动书写最美劳动者。学生通过第二课堂实践，综合能力不断提升。

4结语

综上所述，将CDIO工程理念以及混合式教学方法渗透到教学内容的重构、教学过程实施及对学生的考核评价等多个环节，探索基于CDIO的“三阶八步”的混合式教学模式，使学生能够学会从工程的角度分析问题，通过自主探究、小组分工协作完成项目任务，有效提高学习兴趣。教学过程以企业真实产品案例从研发到运行的全周期为载体，有利于培养学生对知识、技能的整体建构，能够有效提升学生的职业素养，为学生将来走向工作岗位奠定坚实基础。

参考文献

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