基于CDIO的物聯網工程專業卓越工程師能力培養研究

張淑艷 田紀亞 肖萍萍 王超

摘 要 基于CDIO理念，學生是教學過程的主體，教師起過程的指導作用，逐步實現學生的學習過程就是工作過程。以單片機課程為例，將課程知識點融入若干個學習項目中，以CDIO工程教育模式指導學生完成項目。實踐證明，CDIO模式的項目驅動教學法有助于學生對課程所學知識的理解和掌握，有利于培養學生發現問題、分析問題與解決問題能力的提高，更有助于學生團隊合作、實踐動手技能力和綜合素質的提高，實現卓越工程師能力培養。

關鍵詞 CDIO；物聯網；單片機課程；卓越工程師

中圖分類號：G645 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2018）12-0062-03

1 引言

大學教育要“回歸工程”由Massachusetts Institute of Technology在20世紀末提出，同時提出要建立“大工程觀”。2001年，一種全新工程教育理念CDIO（Conceive， Design， Implement， Operate）被Massachusetts Insti-tute of Technology與KTH Royal Institute of Techno-logy等高校共同提出，同時CDIO國際合作組織也成立了。CDIO以產品研發到產品運行的生命周期為載體，讓高校學生以主動的、實踐的、課程之間有機聯系的方式學習工程[1-2]。

截至2017年4月，全球共有104所高校自愿加入“CDIO工程教育聯盟”。

CDIO工程教育的目標是學校培養出專業基礎扎實，職業素質、能力水平優秀的新一代卓越的工程師。將團隊設計與工程創新實踐訓練貫穿到工程領域的具體情境中，也就是將整個人才培養過程都要與本專業的行業工作過程相結合，這樣才有利于學生掌握扎實的工程基礎理論與專業知識。CDIO工程教育理念為我國高等學校培養新一代卓越工程師提供了寶貴的參考依據，許多學校也將其運用于單片機、嵌入式等技術應用類課程的教學。

CDIO工程教育理念用以學生、筆記和考試為中心的“NEW三中心論”取代了以教師、教材與課堂為中心的“OLD三中心論”，教育時代向前邁進了一大步。CDIO工程教育模式是一種開放式的教學模式，教師將教學內容全都整合到工程項目中，逐步地引導學生參與工程項目，提高學生的工程實踐能力[3]。

2 基于CDIO的教學過程總體方案：以長春光華學院為例

物聯網及相關專業的教師（包括校企合作的相關企業工程師）組成課程改革小組，物聯網專業負責人任組長，課程改革小組部分人員親自對大連、北京、上海及廣州的物聯網相關企業進行了調研，在調研過程中側重了解用人單位在相關崗位上對人才需求的能力、知識、素質等方面的要求。

調研結束后，課程改革小組多次開會探討分析物聯網專業領域核心課程的教學模式，最后一致認為要基于CDIO理念，面向行業崗位需求，按工作過程進行教學設計，以工程項目為載體，以提升物聯網工程專業學生崗位能力和培養新一代卓越的物聯網工程師為目標，全面推進物聯網專業核心課程的教學改革。在深度校企合作的基礎上，充分利用校內外生產實習基地、理實一體化實驗室，從分析企業實際崗位所需的職業能力和工作內容入手，得出所需的知識和技能要求，以此為依據，開發設計出各學習領域課程的教學項目；打破以教材章節順序授課模式，把教學內容重新融合到各個教學項目中；課程改革小組任課教師精心進行課程教學設計，以項目為導向，讓學生置身工作過程之中，按照具體項目的六個工作過程來開展教學（資訊、計劃、決策、實施、檢查、評估）[4]。

3 基于CDIO的具體實施過程

總體教學設計 以“單片機系統開發與應用”課程為例，該課程的教學設計見表1。根據崗位職業能力需求，在“單片機系統開發與應用”課程教學中，教學小組共同討論、設計開發出八個教學項目，具體為節日彩燈控制、電機控制器、雙機通信、簡易計算器、數字電壓表、路燈控制器、停車場車位管理器及智能家居控制器[5]。

教學設計舉例 以單片機課程中的單元4“簡易計算器”為例，對每個教學項目進行具體的學習情境設計，具體內容如下。

學習項目名稱：簡易計算器。

實施場地：單片機理實一體化實驗室。

學時安排：6學時。

指導教師：單片機任課教師，實驗員。

成績評定小組成員：單片機任課教師、實驗員、各小組組長。

教學目標：使學生掌握單片機、鍵盤與數碼管顯示器的接口技術與編程方法，具備使用輸入/輸出設備的能力。

學習任務：設計一款計算器，能夠進行加減乘除運算，并顯示計算結果（小數點后第三位）。

根據項目要求進行方案設計，并按計劃進行軟硬件的設計、調試，制作出樣機，達到項目驗收要求。

學生基礎：經過“C語言程序設計”課程的學習，掌握C程序基本開發知識，了解程序調試的方法。

項目教學過程：將學生按學號分組，每組3～4人，每人分別扮演不同角色，如項目總經理、硬件工程師、軟件工程師與調試師等，并且每個項目都要輪換角色；每組一個實驗平臺，按照下面六個工作過程邊做邊學，理實一體化，提高工程能力、創新能力與團隊協作能力。

1）資訊：任課教師下發簡易計算器項目說明書，學生閱讀說明書，教師分析項目所涉及的知識點及注意事項，使學生明確本項目要完成的任務。

2）計劃：組長組織小組成員對項目任務進行討論、分

析，學習其中涉及的知識點。

3）決策：制訂出計算器實現的總方案，畫出硬件系統框圖與程序流程圖，并由小組長并分配組員角色，明確項目開發的步驟及完成的時間。

4）實施：小組成員完成軟硬件設計、制作及調試。

5）檢查：制作出樣機后，小組成員對計算器樣機進行測試，分析、排查問題，達到任務要求，并記錄問題解決過程。

6）評估：樣機提交給考核小組進行驗收，考核小組按照項目要求測試各種指標、評分，并收集、整理小組提交的所有的項目過程材料。

考核標準 “單片機系統開發與應用”課程強調實踐技能的考核，通過引入企業考核標準，建立項目實施過程考核與項目成果評價相結合的考核方法。每個項目的具體考核如表2所示。

4 結語

為了培養物聯網工程專業學生的工程實踐能力，基于CDIO理念，推行任務驅動、項目導向、案例分析等教學做一體的教學模式改革，校企合作專兼職教師組成教學改革小組，共同開發教學項目，完成教學及技能指導。在教學安排上，以專任教師為主導；教學執行上，任務明確。學生的工程實踐能力、創新能力得到提升，有利于培養卓越工程師能力。在近三年的全國大學生電子設計競賽、嵌入式大賽、物聯網設計大賽等比賽中，長春光華學院物聯網工程專業學生共獲得一等獎10項、二等獎14項與三等獎12項的好成績。

參考文獻

[1]The CDIO Initiative. The CDIO？ Standards[EB/OI].[2012-05-14].http：//www.cdio.org/files/u6/cdio_standards.doc.

[2]王碩旺，洪成文.CDIO：美國麻省理工學院工程教育的經典模式：基于對CDIO課程大綱的解讀[J].理工高教研究，2009（4）：116-119.

[3]朱向慶，胡均萬，曾輝，等.CDIO工程教育模式的微型項目驅動教學法研究[J].實驗技術與管理，2012（11）：159-162.

[4]福建信息職業技術學院培育方案[DB/OL].https：//wenku.baidu.com/view/10970e4dcf84b9d528ea7a93.html？from=search.

[5]張淑艷，朱娟，王金莉，等.民辦高校電子信息工程專業教學模式的探索與實踐：以單片機課程為例[J].教育教學論壇，2014（15）：201-203.