曹羅生++李寧
摘 要:基于校企合作的CDIO專(zhuān)業(yè)課程教學(xué)模式是推進(jìn)高職院校CDIO工程教育模式改革的重要基礎(chǔ),結(jié)合自己的教學(xué)經(jīng)歷,對(duì)高職院校“單片機(jī)原理”課程的教學(xué)大綱、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法的CDIO模式設(shè)計(jì)與實(shí)施進(jìn)行了分析探討,提出了基于課程團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目即培養(yǎng)學(xué)生技術(shù)知識(shí)和推理、個(gè)人職業(yè)技能與職業(yè)道德、團(tuán)隊(duì)協(xié)作與交流和社會(huì)——工程大系統(tǒng)4個(gè)方面能力的培養(yǎng)途徑。
關(guān)鍵詞:CDIO 單片機(jī)原理 課程模式 項(xiàng)目與任務(wù)
中圖分類(lèi)號(hào):G42 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1672-3791(2017)11(b)-0158-02
CDIO工程教育模式是近年來(lái)國(guó)際工程教育改革的最新成果,CDIO代表構(gòu)思(Conceive)、設(shè)計(jì)(Design)、實(shí)現(xiàn)(Implement)和運(yùn)作(Operate),它以產(chǎn)品研發(fā)到運(yùn)行的生命周期為載體,讓學(xué)生以主動(dòng)的、實(shí)踐的、課程內(nèi)容之間有機(jī)聯(lián)系的方式學(xué)習(xí)工程的理論、技術(shù)與經(jīng)驗(yàn),旨在培養(yǎng)學(xué)生技術(shù)知識(shí)和推理、個(gè)人職業(yè)技能與職業(yè)道德、團(tuán)隊(duì)協(xié)作與交流和社會(huì)——工程大系統(tǒng)4個(gè)方面的能力[1]。
設(shè)計(jì)“單片機(jī)原理”CDIO課程模式,旨在從專(zhuān)業(yè)教學(xué)的角度培養(yǎng)學(xué)生作為一名工程師的職業(yè)道德和知識(shí)技能的基本素養(yǎng),課程模式設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容是利用校企合作平臺(tái)引進(jìn)了一個(gè)實(shí)際成型的產(chǎn)品,然后根據(jù)教學(xué)環(huán)境實(shí)際狀況進(jìn)行物理抽象后衍生出教學(xué)過(guò)程中所需的知識(shí)與能力培養(yǎng)大綱,即課程大綱、課程教學(xué)內(nèi)容、課堂教學(xué)組織與考核方法等。
1 課程模式設(shè)計(jì)
以CDIO工程教育理念為指導(dǎo)的“單片機(jī)原理”課程設(shè)計(jì)模式的要點(diǎn)是將校企合作基地作為設(shè)計(jì)課程平臺(tái),特別是通過(guò)校企合作平臺(tái)所采用的“走出去,請(qǐng)進(jìn)來(lái)”[2]的技術(shù)交流形式,充分利用社會(huì)、企業(yè)資源使學(xué)生比較深入地了解企業(yè)的商業(yè)、文化氛圍和產(chǎn)品開(kāi)發(fā)流程方面的知識(shí),提升作為一個(gè)工程師的職業(yè)道德和知識(shí)技能的基本素養(yǎng)。在此基礎(chǔ)上引進(jìn)一個(gè)實(shí)際成型的產(chǎn)品,并加以抽象而成為課程項(xiàng)目??紤]到課程項(xiàng)目的復(fù)雜度較高,實(shí)施過(guò)程中對(duì)學(xué)生團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神要求較高,所以有必要循序漸進(jìn),將課程項(xiàng)目拆分成5個(gè)實(shí)踐任務(wù)(子項(xiàng)目),課程所有專(zhuān)業(yè)知識(shí)通過(guò)構(gòu)思分布在5個(gè)任務(wù)中。教學(xué)模式的重點(diǎn)在于依據(jù)CDIO工程教育理念設(shè)計(jì)、布局課程教學(xué)大綱[3]、課程項(xiàng)目實(shí)踐部分的內(nèi)容與要求以及教學(xué)的手段與方法。
2 課程教學(xué)大綱設(shè)計(jì)
基于CDIO工程專(zhuān)業(yè)學(xué)生四大能力的培養(yǎng)目標(biāo)[4],“單片機(jī)原理”課程大綱即知識(shí)與能力培養(yǎng)大綱的設(shè)計(jì)目標(biāo)要求學(xué)生學(xué)習(xí)、實(shí)踐單片機(jī)控制技術(shù)中硬件與軟件系統(tǒng)的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)、程序設(shè)計(jì)的基本方法。在此基礎(chǔ)上強(qiáng)調(diào)能力、素質(zhì)的提升,訓(xùn)練學(xué)生從創(chuàng)新思維角度對(duì)單片機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行構(gòu)思、設(shè)計(jì)、評(píng)估和檢測(cè)的能力。本課程在技術(shù)知識(shí)推理(基本知識(shí)的掌握與應(yīng)用),即第一級(jí)大綱中強(qiáng)調(diào)了單片機(jī)系統(tǒng)各部分之間的聯(lián)系與融合,例如將硬件結(jié)構(gòu)與程序設(shè)計(jì)融合在一個(gè)任務(wù)中作為一個(gè)完整的學(xué)習(xí)單元,注重學(xué)習(xí)硬件與軟件知識(shí)的關(guān)聯(lián)性,同時(shí)關(guān)注單片機(jī)工作性能與環(huán)境的聯(lián)系。第2、3、4級(jí)大綱同樣根據(jù)CDIO培養(yǎng)目標(biāo)設(shè)計(jì)而成。
“單片機(jī)原理”知識(shí)與能力培養(yǎng)大綱以布盧姆學(xué)習(xí)目標(biāo)分類(lèi)法[5]為基礎(chǔ)描述學(xué)生在學(xué)完本課程后應(yīng)具有的能力。
3 教學(xué)方法設(shè)計(jì)
教學(xué)活動(dòng)圍繞1個(gè)課程項(xiàng)目而展開(kāi),專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)貫穿于5個(gè)任務(wù)之中。項(xiàng)目式、任務(wù)式教學(xué)活動(dòng)耗時(shí)較大,在總學(xué)時(shí)維持基本不變的情況下保證教學(xué)質(zhì)量,非常有必要提高教學(xué)效率,豐富教學(xué)手段、培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力、開(kāi)展多種靈活的教學(xué)形式。
(1)以專(zhuān)業(yè)協(xié)會(huì)(課外興趣小組)為平臺(tái)組織學(xué)生定期開(kāi)展專(zhuān)業(yè)活動(dòng)。一方面彌補(bǔ)了課堂學(xué)習(xí)時(shí)間的不足,拓展了專(zhuān)業(yè)學(xué)習(xí)空間;另一方面在學(xué)生中培訓(xùn)了一批專(zhuān)業(yè)學(xué)習(xí)帶頭人,為項(xiàng)目實(shí)施打下了一個(gè)基礎(chǔ)。
(2)實(shí)施教學(xué)任務(wù)時(shí),根據(jù)企業(yè)項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)的構(gòu)建要求將學(xué)生分組,每組5~7人。每個(gè)小組明確一名專(zhuān)業(yè)能力較強(qiáng)的學(xué)生擔(dān)任項(xiàng)目組長(zhǎng)(學(xué)習(xí)帶頭人)承擔(dān)任務(wù)的分工組合、師生之間溝通、項(xiàng)目相關(guān)資料匯總和課堂討論小組主持等角色。
(3)充分利用各種資源和手段激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和創(chuàng)新思維能力。
(4)適當(dāng)?shù)恼n外作業(yè)和課余學(xué)習(xí)是保證教學(xué)質(zhì)量、提高教學(xué)效率的一種重要途徑。
(5)成績(jī)?cè)u(píng)定以學(xué)生的工作表現(xiàn)和項(xiàng)目成果作為主要依據(jù)。重在考量學(xué)生合理運(yùn)用知識(shí)、個(gè)人職業(yè)操作、團(tuán)隊(duì)協(xié)作與交流和工程系統(tǒng)4個(gè)方面的能力??己朔譃槿齻€(gè)方面,課程項(xiàng)目占50%,其中包括系統(tǒng)構(gòu)思的合理性、系統(tǒng)的運(yùn)行性能和項(xiàng)目文檔資料;5個(gè)實(shí)踐任務(wù)的完成情況占20%,其中包括主動(dòng)學(xué)習(xí)、提問(wèn)與交流;理論考試占30%。
4 教學(xué)內(nèi)容與要求設(shè)計(jì)
為達(dá)到“單片機(jī)原理”知識(shí)與能力培養(yǎng)大綱的要求,教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計(jì)基于要求學(xué)生掌握單片機(jī)系統(tǒng)基本知識(shí)的基礎(chǔ)上,完成一項(xiàng)包括構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)施和運(yùn)作全過(guò)程的團(tuán)隊(duì)研發(fā)項(xiàng)目。根據(jù)課程內(nèi)容豐富、工程特質(zhì)強(qiáng)的特點(diǎn),教學(xué)內(nèi)容分為兩個(gè)階段實(shí)施,其中第一階段和第二階段的教學(xué)時(shí)數(shù)分別占總學(xué)時(shí)的55%和45%。
第一階段教學(xué)內(nèi)容由設(shè)置的5個(gè)任務(wù)驅(qū)動(dòng),課程大綱要求的技術(shù)知識(shí)和推理方法涵蓋其中,而這5個(gè)任務(wù)是由課程項(xiàng)目分解而成的子模塊。設(shè)置5個(gè)任務(wù)時(shí)注重任務(wù)內(nèi)容之間知識(shí)的關(guān)聯(lián)性,特別關(guān)注系統(tǒng)中硬件與軟件、單片機(jī)芯片與外圍電路的融合,熟悉相關(guān)元件和芯片的檢測(cè)方法,積累任務(wù)實(shí)施所需的技術(shù)資料,為第二階段的教學(xué),即課程團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目研發(fā)建立良好的基礎(chǔ)。
第二階段要求教學(xué)過(guò)程中使學(xué)生置身于社會(huì)——工程大系統(tǒng)中完成單片機(jī)原理應(yīng)用產(chǎn)品的研發(fā),教學(xué)內(nèi)容就是一個(gè)包含CDIO全過(guò)程的課程項(xiàng)目開(kāi)發(fā)。系統(tǒng)的工程復(fù)雜性將激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造潛能,促使學(xué)生提高動(dòng)手能力、自主學(xué)習(xí)能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力,真正實(shí)現(xiàn)在團(tuán)隊(duì)協(xié)作中進(jìn)行探究式學(xué)習(xí),在探究學(xué)習(xí)中尋求團(tuán)隊(duì)協(xié)作和交流。
5 課程項(xiàng)目CDIO實(shí)施過(guò)程
課程項(xiàng)目的教學(xué)實(shí)際上分為實(shí)施準(zhǔn)備和實(shí)施兩個(gè)階段,實(shí)施準(zhǔn)備工作從第一階段(第1周至第10周)的第一教學(xué)周開(kāi)始。第一階段教學(xué)活動(dòng)以5個(gè)教學(xué)任務(wù)作為平臺(tái),圍繞CDIO課程大綱的第1級(jí)培養(yǎng)目標(biāo)展開(kāi),即培養(yǎng)學(xué)生的技術(shù)知識(shí)和推理能力,例如系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)與軟件設(shè)計(jì)基本知識(shí),中斷系統(tǒng)與總線接口知識(shí),硬件與軟件的融合方法、電路元件芯片的檢測(cè)及PCB技術(shù)等。第二階段(第11周至第18周)圍繞CDIO課程大綱的第1級(jí)、第2級(jí)、第3級(jí)、第4級(jí)培養(yǎng)目標(biāo)開(kāi)展教學(xué)活動(dòng),其中第1級(jí)目標(biāo)教學(xué)在第一階段已基本完成,因此第二階段的主要任務(wù)是強(qiáng)化學(xué)生自主學(xué)習(xí)和團(tuán)隊(duì)協(xié)作的探求式學(xué)習(xí)方式,促使學(xué)生完成一次構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)施和運(yùn)作[6](展示與修改)的CDIO全過(guò)程。endprint
(1)構(gòu)思階段(1.5周),在小組協(xié)商討論的基礎(chǔ)上明確團(tuán)隊(duì)人員的項(xiàng)目?jī)?nèi)容,形成對(duì)項(xiàng)目的整體構(gòu)思,抽象出系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模型。
(2)設(shè)計(jì)階段(2.5周),將第一階段教學(xué)活動(dòng)中的5個(gè)教學(xué)任務(wù)加以整合,包括硬件系統(tǒng)中元件、芯片的選擇與布局、電路板的PCB設(shè)計(jì)和軟件系統(tǒng)中各程序模塊的設(shè)計(jì),形成系統(tǒng)方案即建立數(shù)學(xué)模型。
(3)實(shí)施階段(2周),這一階段重在培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手操作能力,也是個(gè)人職業(yè)技能與素養(yǎng)的培養(yǎng)鍛煉。第一階段教學(xué)活動(dòng)(第1周至第10周)中的5個(gè)任務(wù)的實(shí)踐為此打下了基礎(chǔ),實(shí)施階段的教學(xué)將進(jìn)一步將其規(guī)范、強(qiáng)調(diào),其中包括電路板焊接、讀碼器的使用和系統(tǒng)的運(yùn)行調(diào)試。考慮到課堂教學(xué)時(shí)間的限制,電路板焊接與系統(tǒng)調(diào)試主要作為課外作業(yè)利用課余時(shí)間完成。
(4)運(yùn)作階段(2周),這一階段的主要任務(wù)是項(xiàng)目的展示與修改完善,培養(yǎng)學(xué)生工程產(chǎn)品開(kāi)發(fā)能力。首先組長(zhǎng)召集小組成員開(kāi)展討論交流,根據(jù)系統(tǒng)調(diào)試運(yùn)行狀況相互點(diǎn)評(píng),各成員據(jù)此改正系統(tǒng)構(gòu)思、設(shè)計(jì)中存在的缺陷。然后每位同學(xué)在課堂上展示自己的項(xiàng)目并進(jìn)行簡(jiǎn)單闡述,并根據(jù)老師、同學(xué)的點(diǎn)評(píng)、建議做出必要的改進(jìn),進(jìn)一步提升系統(tǒng)的性能。
6 結(jié)語(yǔ)
CDIO項(xiàng)目與任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)引發(fā)了學(xué)生探求知識(shí)的興趣和激情,一體化教學(xué)形式增強(qiáng)了學(xué)生的動(dòng)手能力,密切了理論與實(shí)踐的聯(lián)系,項(xiàng)目小組的構(gòu)建培養(yǎng)了學(xué)生團(tuán)隊(duì)協(xié)作與交流能力。特別是通過(guò)校企合作平臺(tái)所采用的“走出去,請(qǐng)進(jìn)來(lái)”的技術(shù)交流形式,從一名工程技術(shù)人員的角度提升了學(xué)生的職業(yè)技術(shù)能力與適應(yīng)社會(huì)大系統(tǒng)的能力。在項(xiàng)目設(shè)計(jì)、實(shí)施過(guò)程中,學(xué)生設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)不僅要保證系統(tǒng)的當(dāng)前性能,而且要考一些實(shí)際環(huán)境的因素。
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