項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)法在智能儀器設(shè)計(jì)課程教學(xué)中的應(yīng)用*

◆戴金橋 俞阿龍 孫華軍

智能儀器設(shè)計(jì)是測(cè)控技術(shù)與儀器專業(yè)的一門重要專業(yè)課程，涉及傳感器技術(shù)、單片機(jī)技術(shù)、信號(hào)分析與處理技術(shù)、通信技術(shù)、抗干擾技術(shù)、人工智能等多門學(xué)科[1]。該課程知識(shí)面廣、綜合性強(qiáng)、學(xué)習(xí)難度大、實(shí)踐性強(qiáng)，因此如何在教學(xué)實(shí)踐中促進(jìn)學(xué)生掌握理論知識(shí)、提高實(shí)踐能力、拓寬知識(shí)面、培養(yǎng)創(chuàng)造力，就成為任課教師要研究的重要課題。

目前在智能儀器設(shè)計(jì)課程教學(xué)中普遍存在以下問(wèn)題：

一是仍然采用傳統(tǒng)“填鴨式”的灌輸教育，使學(xué)生產(chǎn)生厭倦情緒，失去對(duì)課程的興趣；

二是實(shí)踐教學(xué)不具有系統(tǒng)性，因?qū)嵺`教學(xué)課時(shí)的限制，學(xué)生只能對(duì)智能儀器設(shè)計(jì)的少數(shù)環(huán)節(jié)進(jìn)行實(shí)踐學(xué)習(xí)；

三是對(duì)學(xué)生創(chuàng)造力的訓(xùn)練有限，大多數(shù)學(xué)生的實(shí)踐學(xué)習(xí)只能在固定的實(shí)驗(yàn)套件上進(jìn)行，無(wú)法發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性；

四是缺乏對(duì)已學(xué)知識(shí)的綜合應(yīng)用等。

為此，筆者將項(xiàng)目教學(xué)法應(yīng)用于智能儀器設(shè)計(jì)的課程教學(xué)中。實(shí)踐證明，只要能運(yùn)用得當(dāng)，項(xiàng)目教學(xué)法能較好地解決傳統(tǒng)教學(xué)法存在的問(wèn)題，取得較好的教學(xué)效果。文中首先介紹項(xiàng)目教學(xué)法概念，其次分析如何將項(xiàng)目教學(xué)法應(yīng)用于課程教學(xué)實(shí)踐中，接著總結(jié)了項(xiàng)目教學(xué)法在課程教學(xué)中的成效和可能存在的問(wèn)題，最后給出結(jié)論。

1 項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)法

所謂項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)法，是一種建立在建構(gòu)主義教學(xué)理論基礎(chǔ)之上的教學(xué)法，學(xué)生綜合素質(zhì)和各種能力的提高都需要通過(guò)項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)模式來(lái)實(shí)現(xiàn)[2]。該教學(xué)方法要求在教學(xué)過(guò)程中以項(xiàng)目為主線來(lái)展開，把相關(guān)的知識(shí)點(diǎn)融入項(xiàng)目的各個(gè)環(huán)節(jié)中去，層層推進(jìn)項(xiàng)目。通過(guò)對(duì)問(wèn)題的深化或功能擴(kuò)充，來(lái)拓寬知識(shí)的廣度和深度，直至得到一個(gè)完整的項(xiàng)目解決方案，從而達(dá)到學(xué)習(xí)知識(shí)、培養(yǎng)能力的目的[3]。

項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)法屬探究式教學(xué)法，教師根據(jù)學(xué)生已有的知識(shí)、水平、經(jīng)驗(yàn)和興趣，與學(xué)生共同擬定、實(shí)施一個(gè)項(xiàng)目來(lái)進(jìn)行教學(xué)活動(dòng)。在教學(xué)實(shí)施過(guò)程開始，教師引導(dǎo)學(xué)生選定“有意義”的項(xiàng)目，所謂“有意義”是指項(xiàng)目能夠?qū)⒄n程中的理論知識(shí)融入項(xiàng)目中并具有開放性；在項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中，教師在課堂教學(xué)中將融于項(xiàng)目的理論知識(shí)適當(dāng)加以講解，學(xué)生可以在項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中用理論指導(dǎo)實(shí)踐，同時(shí)在實(shí)踐過(guò)程中強(qiáng)化對(duì)理論知識(shí)的理解和掌握，二者有機(jī)結(jié)合，既能提高學(xué)生的興趣，又可以在制訂修改設(shè)計(jì)方案、分工協(xié)作中鍛煉學(xué)生的自學(xué)能力、實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力，極大地發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性。

另外，項(xiàng)目可以采用“搭積木”的方法來(lái)實(shí)施，由簡(jiǎn)到繁、由小到大，使積木越搭越大，最后完成項(xiàng)目。在項(xiàng)目完成的基礎(chǔ)上，可以引導(dǎo)學(xué)生對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行總結(jié)、交流和討論，強(qiáng)化項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中學(xué)到的知識(shí)和技能。不但如此，還可以引導(dǎo)學(xué)生在已實(shí)施項(xiàng)目上提出新問(wèn)題、優(yōu)化性能、擴(kuò)充功能，進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生的鉆研精神，挖掘?qū)W生的創(chuàng)造潛力。

2 項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)法在智能儀器設(shè)計(jì)課程中的應(yīng)用

項(xiàng)目的選擇 項(xiàng)目的選擇在項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)法中起著舉足輕重的作用，項(xiàng)目選擇要遵循以下原則。

1）盡可能覆蓋智能儀器設(shè)計(jì)課程的所有知識(shí)點(diǎn)，如主機(jī)電路、信號(hào)的輸入輸出電路、人機(jī)接口電路、數(shù)據(jù)通信接口電路以及數(shù)據(jù)處理環(huán)節(jié)和抗干擾環(huán)節(jié)等，項(xiàng)目完成后學(xué)生能理解和掌握智能儀器設(shè)計(jì)課程所涉及的所有理論知識(shí)，掌握運(yùn)用這些理論知識(shí)的技能。

2）項(xiàng)目要具有開放性。一方面體現(xiàn)在項(xiàng)目方案的多樣性，不同項(xiàng)目小組的學(xué)生可以采用不同的方案、選擇不同的元器件；另一方面體現(xiàn)在項(xiàng)目的可拓展性，學(xué)生能夠在已完成的項(xiàng)目上開展進(jìn)一步的研究工作，包括性能的優(yōu)化、功能的擴(kuò)展等。在項(xiàng)目的實(shí)施過(guò)程中，學(xué)生可以充分發(fā)揮其主觀能動(dòng)性，增強(qiáng)團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，培養(yǎng)鉆研精神和協(xié)作精神。

3）選擇實(shí)際的工程項(xiàng)目，可以鍛煉學(xué)生從事工程項(xiàng)目開發(fā)能力，畢業(yè)后無(wú)需崗前培訓(xùn)直接擔(dān)任設(shè)計(jì)開發(fā)任務(wù)，從而拓寬學(xué)生畢業(yè)就業(yè)渠道。

按照以上原則，選擇電梯控制器作為項(xiàng)目開展教學(xué)活動(dòng)。電梯控制器作為一個(gè)適用的工程項(xiàng)目，主控電路可有多種選擇，如以單片機(jī)為核心的主機(jī)電路、利用PLC設(shè)計(jì)主機(jī)電路等；在信號(hào)的輸入輸出電路設(shè)計(jì)中，既包括模擬量輸入輸出（如電機(jī)速度的檢測(cè)與控制），又包含開關(guān)量的輸入輸出（如電梯門開關(guān)的檢測(cè)與控制）；在人機(jī)接口電路設(shè)計(jì)中，包含鍵盤和顯示器；另外，控制器的設(shè)計(jì)中還包含數(shù)據(jù)的通信、處理以及抗干擾技術(shù)。

電梯控制器的設(shè)計(jì)具有開放性，如由單部電梯的控制可擴(kuò)展為多部電梯的控制，人機(jī)接口可由鍵盤顯示器方式升級(jí)為語(yǔ)音對(duì)話方式等。

項(xiàng)目的實(shí)施 項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)法中項(xiàng)目實(shí)施遵循層層推進(jìn)的原則，按“搭積木”的方法，將項(xiàng)目分解成不同層次的小項(xiàng)目，每個(gè)小項(xiàng)目包含在課程的不同章節(jié)，由不同的理論知識(shí)進(jìn)行指導(dǎo)，由淺入深、由小到大，課程結(jié)束時(shí)項(xiàng)目也就完成了。

在主機(jī)系統(tǒng)的課程上完后，項(xiàng)目小組可以討論選用何種控制器作為控制單元，以單片機(jī)作為控制器為例，項(xiàng)目小組要確定單片機(jī)的選型、搭接單片機(jī)最小系統(tǒng)。單片機(jī)課程是先修課程，因此這是一項(xiàng)很輕松的工作。但如果部分學(xué)生對(duì)單片機(jī)課程有所遺忘，可通過(guò)復(fù)習(xí)先修課程或查閱相關(guān)資料，項(xiàng)目的實(shí)施可以進(jìn)一步強(qiáng)化先修課程的理解和應(yīng)用。在完成信號(hào)輸入輸出理論課程后，項(xiàng)目小組需要在單片機(jī)最小系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加模擬信號(hào)的輸入輸出環(huán)節(jié)，如電梯載人總重量的檢測(cè)與報(bào)警，該環(huán)節(jié)中包含A/D、D/A轉(zhuǎn)換器的選擇和應(yīng)用，A/D、D/A轉(zhuǎn)換器與單片機(jī)的接口，采用保持器的選擇和應(yīng)用等；還需要增加開關(guān)量的輸入輸出環(huán)節(jié)，如電梯開關(guān)門前的檢測(cè)與控制，該環(huán)節(jié)包含開關(guān)量的輸入整形、開關(guān)量輸出驅(qū)動(dòng)等。

在人機(jī)接口課程結(jié)束后，項(xiàng)目小組開始對(duì)電梯的顯示和鍵盤進(jìn)行設(shè)計(jì)，可以選擇不同的鍵盤方案（如觸摸屏、機(jī)械按鍵等），也可選擇不同的顯示方式（如LED顯示、LCD顯示或CRT顯示等）。在學(xué)習(xí)完通信接口技術(shù)、數(shù)據(jù)處理技術(shù)、抗干擾技術(shù)后，可分別在已完成模塊基礎(chǔ)上逐步增加相應(yīng)的電路和數(shù)據(jù)處理環(huán)節(jié)，當(dāng)課程結(jié)束時(shí)，項(xiàng)目也就基本完成。

討論和總結(jié) 項(xiàng)目完成后，各項(xiàng)目小組將項(xiàng)目過(guò)程中形成的設(shè)計(jì)方案、圖紙、軟硬件系統(tǒng)整理后，結(jié)合項(xiàng)目的心得體會(huì)撰寫項(xiàng)目報(bào)告，在班級(jí)進(jìn)行成果展示并匯報(bào)，其他小組成員可以對(duì)該組的項(xiàng)目展開討論，如：主機(jī)系統(tǒng)的選擇是否得當(dāng)，信號(hào)的輸入輸出設(shè)計(jì)是否合理，元器件的選擇是否考慮了功能、性能和經(jīng)濟(jì)性要求，數(shù)據(jù)處理是否有效等。該小組課根據(jù)其他學(xué)生的建議對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化。

項(xiàng)目的拓展 項(xiàng)目的基本功能實(shí)現(xiàn)后，學(xué)生能夠較好地掌握智能儀器設(shè)計(jì)課程的基本知識(shí)，利用基本知識(shí)開展智能儀器設(shè)計(jì)的基本技能，該課程的教學(xué)任務(wù)也就基本完成。但對(duì)于一些對(duì)智能儀器設(shè)計(jì)有濃厚興趣、學(xué)習(xí)能力強(qiáng)的學(xué)生，會(huì)有對(duì)已完成項(xiàng)目進(jìn)行拓展的需求。教師可引導(dǎo)這部分學(xué)生對(duì)項(xiàng)目提出新要求，如功能上的擴(kuò)展（由原來(lái)的單部電梯控制擴(kuò)展為多部電梯的控制）、性能上的擴(kuò)展（優(yōu)化電梯的速度，使得乘坐者既能快速達(dá)到目的樓層，又不會(huì)感覺不舒服）等。通過(guò)功能和性能的拓展，可進(jìn)一步開發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維，挖掘他們的創(chuàng)造潛力。

3 取得的成效和存在的問(wèn)題及對(duì)策

取得的成效

1）學(xué)生對(duì)智能儀器設(shè)計(jì)課程產(chǎn)生濃厚的興趣，學(xué)習(xí)效率得到明顯改善。一方面一改以往課堂上無(wú)精打采的狀態(tài)，課堂氣氛變得活躍，與教師的互動(dòng)明顯增加，學(xué)習(xí)效率提高了，教師的積極性和效率也得到提高，形成良性循環(huán)，使課堂教學(xué)效果得到明顯改善；另一方面一改課后作業(yè)敷衍了事的狀態(tài)，項(xiàng)目組成員分工查閱資料，討論項(xiàng)目方案，加強(qiáng)與教師的交流，課后學(xué)習(xí)的目的性很強(qiáng)，有效地提高了課后學(xué)習(xí)的效率。

2）學(xué)生的理論知識(shí)和實(shí)踐技能得到系統(tǒng)訓(xùn)練。因項(xiàng)目選擇有針對(duì)性，涵蓋了智能儀器設(shè)計(jì)的所有知識(shí)點(diǎn)，學(xué)生全程參與項(xiàng)目實(shí)施的每個(gè)環(huán)節(jié)，所以學(xué)生的理論知識(shí)和實(shí)踐技能能夠得到系統(tǒng)訓(xùn)練。另外，項(xiàng)目的實(shí)施（如方案的確定、元器件的選型、電路的設(shè)計(jì)和程序的編寫）是在理論指導(dǎo)下完成的，使得學(xué)生所學(xué)的理論能夠得到實(shí)際應(yīng)用，而在項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中通過(guò)查閱資料、討論、教師的指導(dǎo)，使得學(xué)生能夠在實(shí)踐中強(qiáng)化對(duì)理論知識(shí)的理解、掌握和拓展。

3）學(xué)生的工程應(yīng)用和創(chuàng)新能力得到很大提高。因?yàn)檫x擇的項(xiàng)目都是實(shí)際工程項(xiàng)目，所以項(xiàng)目的實(shí)施完成對(duì)于提高學(xué)生的工程應(yīng)用能力起著很大的作用。同時(shí)因?yàn)轫?xiàng)目的開放性特點(diǎn)，可以鍛煉和提高學(xué)生的創(chuàng)新能力，學(xué)生畢業(yè)后無(wú)需進(jìn)行崗前培訓(xùn)即可直接上崗?fù)瓿砷_發(fā)任務(wù)。

另外，通過(guò)項(xiàng)目的實(shí)施，學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神、綜合運(yùn)用知識(shí)的能力等都會(huì)得到培養(yǎng)。

存在的問(wèn)題及對(duì)策 盡管在智能儀器設(shè)計(jì)課程中進(jìn)行了項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)法的嘗試，并取得較好的效果，但是筆者認(rèn)為，要將項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)法全面推廣，最大限度地發(fā)揮其功效，還存在一些問(wèn)題需要解決。

1）項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)要求教師有豐富的工程項(xiàng)目開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，而教師隊(duì)伍中具備這種能力的人的比例還不高。針對(duì)這個(gè)狀況，可以從兩方面開展工作：其一是加強(qiáng)校企科研和項(xiàng)目合作，可以派遣在職教師到企業(yè)掛職，為企業(yè)解決實(shí)際問(wèn)題的同時(shí)鍛煉自己的工程經(jīng)驗(yàn)；其二是可以聘請(qǐng)企業(yè)中的資深工程師到學(xué)校擔(dān)任兼職教師。

2）項(xiàng)目選擇的問(wèn)題。任課教師參與開發(fā)過(guò)的項(xiàng)目數(shù)量是有限的，不一定是“有意義”的項(xiàng)目，而且不一定適合教學(xué)。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，除了要加強(qiáng)校企合作，多培養(yǎng)“雙師型”人才，還要按項(xiàng)目選擇的原則認(rèn)真篩選、規(guī)范定題，不斷積累，提高項(xiàng)目的數(shù)量和質(zhì)量。

3）項(xiàng)目實(shí)施中的系統(tǒng)性問(wèn)題。“積木式”項(xiàng)目實(shí)施方法按從簡(jiǎn)單到復(fù)雜、從小到大的原則開展，模塊與模塊之間的約束關(guān)系引起的問(wèn)題（如阻抗匹配、負(fù)載能力等）無(wú)法得到及時(shí)解決。這部分內(nèi)容要求學(xué)生在項(xiàng)目總體方案設(shè)計(jì)時(shí)必須要從整體出發(fā)，考慮各個(gè)環(huán)節(jié)的相互關(guān)系，方案設(shè)計(jì)時(shí)任課教師給予詳細(xì)的指導(dǎo)。

4）組織能力和協(xié)作精神的培養(yǎng)問(wèn)題。項(xiàng)目的實(shí)施可以鍛煉項(xiàng)目小組組長(zhǎng)的組織能力，培養(yǎng)組員的協(xié)作精神，但如果組長(zhǎng)在項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中只由一個(gè)人承擔(dān)，其他組員的組織能力就得不到鍛煉，有可能引發(fā)矛盾，更談不上相互協(xié)作了。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，可以采用組員輪流值班的方法解決，即在每個(gè)模塊的設(shè)計(jì)和實(shí)施過(guò)程中由不同組員擔(dān)任組長(zhǎng)，可有效地解決組織能力和協(xié)作精神的培養(yǎng)問(wèn)題。

4 結(jié)論

為提高學(xué)生的綜合素質(zhì)和能力，增強(qiáng)教學(xué)效果和實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)目標(biāo)，筆者嘗試將項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)法應(yīng)用到智能儀器設(shè)計(jì)課程教學(xué)中。實(shí)踐表明，項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)法能夠解決傳統(tǒng)教學(xué)方法存在的問(wèn)題，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，有效培養(yǎng)學(xué)生組織能力和協(xié)作、創(chuàng)新、探索的精神，能夠使學(xué)生系統(tǒng)掌握理論知識(shí)、訓(xùn)練實(shí)踐技能、提高工程實(shí)踐能力。■

[1]蔡自興.智能控制原理與應(yīng)用[M].北京:清華大學(xué)出版社,2009.

[2]徐雅斌,周維真,施運(yùn)梅,等.項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)模式的研究與實(shí)踐[J].遼寧工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào):社會(huì)科學(xué)版,2011,13(3):125-127,130.

[3]張悅.項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)法在C語(yǔ)言課程中的應(yīng)用[J].職業(yè)教育研究,2007(2):164-165.