在单片机原理综合设计与实践教学过程中引进CDIO工程教育模式正是迎合教育改革的趋势, 不仅体现了学生在教学中的重要地位, 而且新的教育模式下, 更重视学生创新、实践等综合能力的培养, 激发了学生对探究问题和项目设计的积极性。通过本文对CDIO工程教育模式下的单片机原理综合设计与实践课程的具体流程分析, 希望对促进教学改革更好的发展起到参考。
一、CDIO工程教育模式的概述
CDIO工程教育模式是随着教育改革不断深化的重要研究成果, 是创新型教育模式, 也是单片机原理综合设计与实践教学改革的重要方向。实践表明, 在新的教育模式下, 课程教学更重视理论与实践相结合, 学生的创新实践能力得到明显提升。新的教育模式主要包括三个方面:1.在CDIO工程教育模式下, 工程教育的最终目标是为社会发展培养所需的具有系统性思维、责任心和综合能力的工程师, 并且能够适应不断变化的市场环境, 将其重要价值充分发挥出来;2.在现代工程活动中, “构思、设计、实现、运行”是基本的原则和思想, 这四个要素之间相互密切联系的生命周期。因此, CDIO教育模式为有效开展工程教育, 提高教学效果提供了系统性学习背景;3.工程教育体系要求必须实现一定的学习效果, 培养学生综合能力, 比如个人能力、学科知识和产品、过程与系统的建造能力和维护能力等。
二、单片机原理综合设计与实践课程改革前存在的问题
在教学改革之前, 单片机原理综合设计与实践课程教学模式主要以理论授课为主, 适当的增加一些简单的实训训练, 重视教学内容的系统性和完整性。但这种按部就班, 按照教材直接授课的方法尽管让一些学生掌握单片机系统设计的理论知识, 提高了学生理论知识水平, 却存在很多不足之处:一是理论和实践教学存在脱节。在传统单片机原理综合设计与实践教学中系统软硬件设计单一、缺少针对性, 所以开发出的产品或是已经有比较明确的可行案例情况下, 学生也不能在产品实际开发过程中灵活运用掌握的理论知识, 甚至无从下手;二是没有重视对学生典型单片机工程系统概念的培养。产品设计是整体模型设计的过程, 对学生的综合设计能力要求非常高, 而且大多数学生以后会从事系统开发相关的工作, 必须能够掌握每一个技术的细节, 但是这一目标是传统教学模式中不能达到的, 而且学生的创造性和主动性能力不高。
三、CDIO教育模式下单片机原理综合设计与实践教学改革
CDIO教育模式下, 单片机原理综合设计与实践课程教学的方法有所改变, 打破了传统直接授课和简单实训的教学方法, 而是以归纳式教学为主。在这种教学方法中, 教师更加重视教学的综合性, 鼓励学生自主参与问题探究、项目过程以及解决问题过程中, 能够将自己掌握的理论知识与实践融入, 加深理解。具体来说, 归纳式教学体现了学生的中心主体地位, 为学生提供了实践学习的场地和环境, 能够结合课程内容和人才培养目标强化学生的整体系统概念, 提升学生的综合能力。在实际教学中, 项目是课程教学开展的重要载体, 是教学改革的关键点, 一般由构思、设计、实现与操作等四个阶段组成, 如下图是CDIO工程教育模式的流程图:
(1) 构思。首先教师将学生分成多个小组, 每个小组中选出一名组长, 并在组长的带领小组成员进行项目选题和确定项目方案, 由学生自己选择项目的内容。在分组时要求教师根据学生的实际水平进行组合, 确保每个小组都能优势互补, 一般由4-5个人组成一组。具体学习过程: (1) 由小组长带领学生进行讨论并确定项目的目标范围; (2) 利用图书馆资源和专业网站查阅所需材料, 并对收集到的有价值的信息进行加工, 初步确定具体设计项目, 由学生自行完成项目设计任务书; (3) 教师需要对学生的项目设计任务书进行检查并根据任务书内容与学生进行有效沟通和完善, 确保方案的可行性和各个阶段学生的主要任务。 (2) 设计。在完成任务书后, 学生需要根据实际要求和设计方案原理图确定模块电路的设计要求和性能指标等。在设计环节中, 学生可以到图书馆查阅相关资料, 再对电路设计方案进行比较和论证, 确保选择合适的电路。最后, 使用电路仿真软件进行检测, 确定无误以后再交给老师检查, 通过以后就可以使用Altium Designer设计原理图和PCB印制电路板。 (3) 实现。在完成电路设计、仿真、原理图设计和印制电路板等工作以后, 由教师进行检查, 并由每个小组的组长负责列出详细的电路元器件清单统一采购元器件。将硬件电路焊接完成后需要进行调试, 确保实现项目的功能。 (4) 操作。在完成焊接、安装和调试项目硬件部分之后, 学生需要根据任务书中的性能指标进行总体测试, 检测各部分指标是否达到设计要求;根据测试结果和完成情况教师应给予学生相应的建议, 并进行改进;最后, 学生自己撰写课程设计说明书和达标PPT, 在小组内进行答辩, 考查学生对项目的掌握情况。教师在项目确定到完成整个过程中, 起到重要的指导作用, 可以每周对学生的任务完成情况提出意见;或者在设计过程中遇到的问题由小组长总结再与教师进行讨论, 指导学生顺利完成项目设计。在CDIO教育模式中, 教学活动主要围绕学生综合能力培养开展。与传统的直接授课的方式相比, 学生的理论知识不仅得到提升, 更重要的是培养学生实践动手、思维能力和团结协作能力。但是在实际教学中, 也可能存在很多问题, 这就需要教师能够不断完善和创新。
摘要：在CDIO工程教育教学模式下, 单片机原理综合设计与实践课程教学中有效提高了学生的实践能力和工程人才培养质量, 学生的理论知识水平明显提高且激发了学生的积极性, 教学效果得到明显改善。基于此背景下, 笔者对CDIO工程教育模式下单片机原理综合设计与实践教学改革建议开展了研究。
关键词：CDIO工程教育模式,创新,实践能力,教学改革
参考文献
[1] 韩竺秦, 彭昕昀, 张丽娜, 陈少煌, 刘涌锋.CDIO工程教育模式下单片机原理综合设计与实践教学改革[J].信息技术与信息化, 2016 (08) :60-63.