基于RPP-CDIO模式的高職單片機(jī)原理與應(yīng)用課程教學(xué)改革探索與實(shí)踐

高菊玲

摘? 要 針對(duì)單片機(jī)課程教學(xué)現(xiàn)狀，打破傳統(tǒng)，將RPP-CDIO工程教育理念融入單片機(jī)原理與應(yīng)用課程教學(xué)活動(dòng)中，培養(yǎng)具有創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力的復(fù)合型技術(shù)技能人才，增強(qiáng)學(xué)生的就業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。

關(guān)鍵詞 RPP-CDIO;單片機(jī)原理與應(yīng)用課程;教學(xué)改革;高職院校

中圖分類號(hào)：G712? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1671-489X（2019）22-0092-04

Exploration and Practice of Teaching Reform of Course of Prin-ciple and Application of SCM in Vocational Colleges based on RPP-CDIO//GAO Juling

Abstract Aiming at the current teaching situation of SCM course， we

break the traditional teaching methods and integrate the concept of

RPP-CDIO engineering education into the teaching activities. In this

way， compound technical skilled talents with innovation ability and

practical ability can be cultivated and the employment competitive-ness of the students can be improved.

Key words RPP-CDIO; course of principle and application of SCM;

teaching reform; vocational colleges

1 引言

CDIO作為工程教育界近年的最新成果，由麻省理工學(xué)院和瑞典皇家工學(xué)院等幾所大學(xué)經(jīng)過數(shù)年時(shí)間創(chuàng)立，其適應(yīng)性與先進(jìn)性受到國(guó)際高度認(rèn)可。CDIO代表構(gòu)思（Conceive）、設(shè)計(jì)（Design）、實(shí)現(xiàn)（Implement）和運(yùn)行（Operate），以具體項(xiàng)目為課程主體，讓學(xué)生以主動(dòng)實(shí)踐的方式參與產(chǎn)品的構(gòu)思、研發(fā)、實(shí)現(xiàn)、運(yùn)行到再優(yōu)化的整個(gè)項(xiàng)目周期，調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，邊動(dòng)手操作邊學(xué)習(xí)思考，讓學(xué)生以小組的形式主動(dòng)參與項(xiàng)目實(shí)施過程，從而獲得技術(shù)知識(shí)和推理能力、個(gè)人能力、職業(yè)能力和態(tài)度、人際交往能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力等，適應(yīng)現(xiàn)代企業(yè)的需求[1-2]。21世紀(jì)初，CDIO概念引入中國(guó)，經(jīng)香港大學(xué)、清華大學(xué)、汕頭大學(xué)等相關(guān)機(jī)構(gòu)單位推進(jìn)實(shí)施，已經(jīng)取得明顯的效果。

RPP-CDIO工程教育模式以CDIO教育模式為基礎(chǔ)，是針對(duì)單片機(jī)原理與應(yīng)用課程特點(diǎn)所提出的新型教育模式。此模式以項(xiàng)目需求為引導(dǎo)（Requirement）、以動(dòng)手實(shí)踐為手段（Practice）、以項(xiàng)目流程為載體（Procedure），致力于培養(yǎng)符合當(dāng)代職業(yè)要求的專業(yè)人才[3]。

2 單片機(jī)原理與應(yīng)用課程現(xiàn)狀

單片機(jī)原理與應(yīng)用是江蘇農(nóng)林職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電一體化等專業(yè)開設(shè)的一門專業(yè)課，涉及模擬電子、數(shù)字電子、程序設(shè)計(jì)等多方面的知識(shí)，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生掌握數(shù)字化控制技術(shù)和軟硬件結(jié)合的電子設(shè)計(jì)、編程應(yīng)用能力起著至關(guān)重要的作用。隨著單片機(jī)產(chǎn)品在消費(fèi)、生產(chǎn)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，從單片機(jī)人才崗位需求來(lái)看，用人單位越來(lái)越重視學(xué)生的單片機(jī)產(chǎn)品開發(fā)和實(shí)際工程應(yīng)用能力，要求學(xué)生能靈活運(yùn)用各種接口技術(shù)、控制技術(shù)，具有扎實(shí)的軟硬件基礎(chǔ)和較強(qiáng)的實(shí)踐、創(chuàng)新能力。

目前，絕大部分高職院校的單片機(jī)教學(xué)基本上摒棄了原先教條式的純理論知識(shí)傳授，改為項(xiàng)目化的教學(xué)，使學(xué)生在完成具體項(xiàng)目的過程中進(jìn)行操作技能訓(xùn)練和必需的理論知識(shí)的學(xué)習(xí)，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性和自信心效果明顯。但項(xiàng)目化教學(xué)的內(nèi)容大都從單片機(jī)原理、功能模塊、知識(shí)點(diǎn)角度考慮選取，各項(xiàng)目之間是獨(dú)立的知識(shí)模塊，缺乏系統(tǒng)性，與產(chǎn)品的工程概念尚有很大的距離[4-5]。

提高單片機(jī)課程教學(xué)質(zhì)量，需要徹底打破傳統(tǒng)，探索一種能較好地培養(yǎng)學(xué)生工程應(yīng)用能力、創(chuàng)新能力的教學(xué)模式，以適應(yīng)就業(yè)市場(chǎng)對(duì)單片機(jī)人才所提出的要求。RPP-CDIO工程教育模式正是一種好方法。

3 基于RPP-CDIO模式的課程實(shí)施

以實(shí)際項(xiàng)目為載體，重新組織教學(xué)內(nèi)容? RPP-CDIO工程教育模式以實(shí)際項(xiàng)目需求為引導(dǎo)，強(qiáng)調(diào)學(xué)生綜合素養(yǎng)的培養(yǎng)，讓學(xué)生全程參與項(xiàng)目的構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)、運(yùn)行到再優(yōu)化，通過參與項(xiàng)目的全過程，在“學(xué)中做”，通過不斷地發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，在“做中學(xué)”，培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力和職業(yè)技能。按照RPP-CDIO模式，將教學(xué)內(nèi)容分為若干個(gè)實(shí)際的項(xiàng)目，如表1所示，學(xué)生也可以自主選題。

以學(xué)生為中心，教師和學(xué)生分工明確，以實(shí)際項(xiàng)目的需求為引導(dǎo)，以實(shí)際項(xiàng)目的實(shí)施為載體，以培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力為手段，每個(gè)項(xiàng)目分為構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)、運(yùn)行四個(gè)階段，每個(gè)階段的實(shí)施流程如圖1所示。從簡(jiǎn)單項(xiàng)目開始，再到工程實(shí)際項(xiàng)目，逐步引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)思考，培養(yǎng)學(xué)生的工程思維，為以后走上工作崗位打好基礎(chǔ)。

以培養(yǎng)學(xué)生的產(chǎn)品意識(shí)為主，師生共同開展項(xiàng)目構(gòu)思? 一個(gè)好的項(xiàng)目是RPP-CDIO模式的關(guān)鍵，教師可以布置一些通用的單片機(jī)項(xiàng)目，并在泛亞平臺(tái)上發(fā)布項(xiàng)目相關(guān)預(yù)習(xí)內(nèi)容，通過通用項(xiàng)目的完成，掌握基礎(chǔ)的理論知識(shí)。教師也可以引導(dǎo)學(xué)生去發(fā)現(xiàn)項(xiàng)目，將班級(jí)學(xué)生分成3～4人一組，讓學(xué)生通過網(wǎng)絡(luò)、知網(wǎng)、博客、專題網(wǎng)站等去廣泛查閱相關(guān)文獻(xiàn)，由學(xué)生自主選擇項(xiàng)目。學(xué)生自主選擇的項(xiàng)目，由學(xué)生團(tuán)隊(duì)共同完成項(xiàng)目前期的調(diào)研、項(xiàng)目任務(wù)書，并提出項(xiàng)目設(shè)計(jì)思路與方案。在前期項(xiàng)目構(gòu)思的準(zhǔn)備階段，學(xué)生團(tuán)隊(duì)需要通力合作，自主合作探究式學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生的產(chǎn)品意識(shí)和團(tuán)隊(duì)協(xié)作的能力。每個(gè)小組之間還可以相互學(xué)習(xí)、相互挑刺，更好地完善項(xiàng)目，最后由教師對(duì)每個(gè)小組構(gòu)思的項(xiàng)目進(jìn)行完善和明確。

以培養(yǎng)學(xué)生的總體規(guī)劃能力為主，完成項(xiàng)目的總體設(shè)計(jì)? 圍繞確定的項(xiàng)目，學(xué)生團(tuán)隊(duì)完成項(xiàng)目的總體設(shè)計(jì)，包括關(guān)鍵電路的設(shè)計(jì)、程序的設(shè)計(jì)和軟硬件的聯(lián)調(diào)仿真。如果是簡(jiǎn)單的項(xiàng)目，要求學(xué)生用Proteus畫好原理圖，用Keil進(jìn)行源程序的設(shè)計(jì)，最后進(jìn)行軟硬件的聯(lián)調(diào)仿真。如果是復(fù)雜的項(xiàng)目，在教師的指導(dǎo)下進(jìn)行方案的反復(fù)討論、比較和論證，確保項(xiàng)目設(shè)計(jì)是最優(yōu)設(shè)計(jì)。比如在溫室控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)這個(gè)項(xiàng)目中，溫室內(nèi)可控的環(huán)境因子不是唯一的，而且相互之間可能還有關(guān)聯(lián)。這就需要學(xué)生做好充分的實(shí)地調(diào)研，針對(duì)某一實(shí)際溫室，找清楚可以采集的環(huán)境因子有哪些，能控制的執(zhí)行結(jié)構(gòu)有哪些，只有這樣才能做好項(xiàng)目的頂層設(shè)計(jì)，確保后面的項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)、項(xiàng)目運(yùn)行的正確開展。

在項(xiàng)目設(shè)計(jì)過程中，以學(xué)生為主，教師主要在學(xué)生遇到困難時(shí)做好分析、指導(dǎo)工作，并及時(shí)給學(xué)生梳理項(xiàng)目設(shè)計(jì)過程中所遇到的主要知識(shí)點(diǎn)，通過項(xiàng)目設(shè)計(jì)培養(yǎng)學(xué)生的總體規(guī)劃能力。只有做好頂層設(shè)計(jì)，才能避免一著不慎滿盤皆輸?shù)木置妗?/p>

以培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力為主，小組共同完成項(xiàng)目? 為了節(jié)省項(xiàng)目的完成時(shí)間，在課堂上采用的是面包板搭建電路來(lái)完成項(xiàng)目。學(xué)生在完成項(xiàng)目設(shè)計(jì)后，學(xué)生團(tuán)隊(duì)成員分工協(xié)作、各司其職，每個(gè)成員均有自己負(fù)責(zé)的任務(wù)，有人負(fù)責(zé)電路元器件的選擇，有人負(fù)責(zé)電路的搭建，有人負(fù)責(zé)電路搭建的優(yōu)化，有人負(fù)責(zé)電路搭建完成后的程序的下載、調(diào)試。在項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)過程中，學(xué)生以主動(dòng)、完全自主的方式進(jìn)行，讓學(xué)生學(xué)中做、做中學(xué)，既分工明確，又通力協(xié)作，共同完成項(xiàng)目任務(wù)。

如果做的是教師科研項(xiàng)目中的任務(wù)，需要實(shí)物產(chǎn)品，這時(shí)會(huì)讓學(xué)生用Altium Designer進(jìn)行電路原理圖和PCB印制電路板的設(shè)計(jì)，并讓學(xué)生自己焊接電路板，完成硬件電路的制作。學(xué)生團(tuán)隊(duì)完成項(xiàng)目后，進(jìn)行小組小結(jié)，小結(jié)遇到的困難、總結(jié)的經(jīng)驗(yàn);教師在項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)這個(gè)環(huán)節(jié)主要是答疑、解惑，不以項(xiàng)目最后是否實(shí)現(xiàn)來(lái)界定成績(jī)，更注重學(xué)生在項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)時(shí)的過程考核，注重學(xué)生能力的培養(yǎng)。

以培養(yǎng)學(xué)生的興趣和創(chuàng)新能力為主，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目的運(yùn)行? 項(xiàng)目的構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)固然重要，但也需要做好項(xiàng)目的運(yùn)行，這是RPP-CDIO的最后一個(gè)環(huán)節(jié)，用于每個(gè)小組展示自己的項(xiàng)目成果?？梢圆捎庙?xiàng)目設(shè)計(jì)報(bào)告和項(xiàng)目PPT匯報(bào)等形式來(lái)展現(xiàn)，每個(gè)小組匯報(bào)自己項(xiàng)目構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)過程中遇到的困難，如何用自己的方法解決困難，在項(xiàng)目實(shí)施的過程中有哪些經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)是可以分享的，不管是技術(shù)中的難題還是團(tuán)隊(duì)協(xié)作過程中的難題，都可以一起討論，在互評(píng)的過程中優(yōu)化項(xiàng)目、總結(jié)提高，最終完成項(xiàng)目的總結(jié)。通過項(xiàng)目成果的展示，各小組之間有了競(jìng)爭(zhēng)，更好地促進(jìn)了學(xué)生創(chuàng)新能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力的培養(yǎng);同時(shí)，在匯報(bào)過程中也鍛煉了學(xué)生的表達(dá)能力和溝通交流能力，提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

在項(xiàng)目運(yùn)行過程中，教師也要給出自己對(duì)項(xiàng)目的評(píng)價(jià)，總結(jié)每個(gè)項(xiàng)目完成過程中每個(gè)團(tuán)隊(duì)的閃光點(diǎn)以及可以提升的地方。如果是教師科研項(xiàng)目中的任務(wù)，會(huì)邀請(qǐng)科研團(tuán)隊(duì)的教師、有豐富工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的企業(yè)工程師等參與項(xiàng)目運(yùn)行階段，更好地對(duì)項(xiàng)目給予指導(dǎo)和評(píng)價(jià)。

4 基于RPP-CDIO模式的課程考核評(píng)價(jià)

傳統(tǒng)的單片機(jī)原理與應(yīng)用課程的考核以期末成績(jī)?yōu)橹?，總評(píng)成績(jī)由平時(shí)成績(jī)和期末成績(jī)組成，一般平時(shí)成績(jī)占30%，期末成績(jī)占70%。期末考試通常采用卷面考試的方式進(jìn)行，考試情況常常很不理想，很多學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)的知識(shí)點(diǎn)掌握得還可以，但是遇到需要舉一反三的題目時(shí)，得分率就很低了。同時(shí)，卷面考試的考核方式只是單純地考查學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的掌握程度，忽略了對(duì)學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力的評(píng)價(jià)，不能夠全方位地對(duì)學(xué)生的掌握程度進(jìn)行考核評(píng)價(jià)。

采用RPP-CDIO模式開展單片機(jī)課程教學(xué)后，更注重學(xué)生在項(xiàng)目的構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)、運(yùn)行四個(gè)環(huán)節(jié)的過程評(píng)價(jià)，關(guān)注學(xué)生的產(chǎn)品意識(shí)、總體規(guī)劃能力、動(dòng)手實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，培養(yǎng)出具有一定工程實(shí)踐能力的學(xué)生，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。因此，改革原有的考核評(píng)價(jià)方式，以RPP-CDIO工程教育模式的理念為指導(dǎo)，以項(xiàng)目的形式來(lái)綜合評(píng)價(jià)學(xué)生各方面的能力和素養(yǎng)，最終的總評(píng)成績(jī)由各項(xiàng)目的平均分組成，各項(xiàng)目的考核評(píng)價(jià)方法如表2所示。每一個(gè)環(huán)節(jié)都有每個(gè)學(xué)生參與度的評(píng)分，這個(gè)評(píng)分由小組內(nèi)學(xué)生互評(píng)得出，確保每一個(gè)學(xué)生都能夠在課堂上找到自己的位置，有自己的價(jià)值。

每一個(gè)考核環(huán)節(jié)還有明確的評(píng)分細(xì)則，確?？己说暮侠?、公平和公正。以項(xiàng)目設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)為例，具體的評(píng)分細(xì)則如表3所示，其中A、B、C、D為相應(yīng)的等級(jí)，按照90%、80%、70%、60%進(jìn)行相應(yīng)的配分。

這種注重過程的考核評(píng)價(jià)方式有利于提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，讓學(xué)生更好地參與到課程學(xué)習(xí)中來(lái)，不僅關(guān)心學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的掌握程度，更關(guān)心學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，提高了學(xué)生的綜合素養(yǎng)，更能培養(yǎng)出適應(yīng)社會(huì)發(fā)展的復(fù)合型技術(shù)技能人才。

5 結(jié)語(yǔ)

將RPP-CDIO工程教育模式引入單片機(jī)原理與應(yīng)用課程教學(xué)中，打破傳統(tǒng)的教學(xué)模式，圍繞項(xiàng)目的需求，以項(xiàng)目實(shí)施過程為載體，以培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力為目標(biāo)，從項(xiàng)目的構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)、運(yùn)行四個(gè)環(huán)節(jié)培養(yǎng)學(xué)生的綜合素養(yǎng)，已經(jīng)取得初步成效。學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣明顯提高，在項(xiàng)目實(shí)施的四個(gè)環(huán)節(jié)，學(xué)生參與的積極性大大增加，通過小組的團(tuán)隊(duì)協(xié)作，學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作意識(shí)和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力大大增強(qiáng)，發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力得到很大提升，產(chǎn)品意識(shí)和工程素養(yǎng)也得到進(jìn)一步提高，學(xué)生在學(xué)習(xí)中的主體作用得到很好的展現(xiàn)。

在RPP-CDIO教學(xué)過程中，可能大家會(huì)發(fā)現(xiàn)，教師的作用弱化了，很多時(shí)候只起到指導(dǎo)的作用。其實(shí)不然，教師在學(xué)生學(xué)習(xí)過程中起到重要的指導(dǎo)作用，從項(xiàng)目的構(gòu)思開始，就要指導(dǎo)學(xué)生去發(fā)現(xiàn)項(xiàng)目，指導(dǎo)學(xué)生確立項(xiàng)目的思路和設(shè)計(jì)方案;在項(xiàng)目的設(shè)計(jì)過程中也要反復(fù)與學(xué)生討論設(shè)計(jì)方案，讓學(xué)生少走彎路;在項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)時(shí)，也要及時(shí)答疑、解惑，指導(dǎo)項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)的正確方向;在項(xiàng)目運(yùn)行時(shí)給出自己對(duì)項(xiàng)目完成情況和對(duì)團(tuán)隊(duì)成員合作情況的中肯評(píng)價(jià)，在訓(xùn)練學(xué)生的同時(shí)，自身的專業(yè)技能也得到提升，這才是真正的教學(xué)相長(zhǎng)。

通過在“學(xué)中做”、在“做中學(xué)”的RPP-CDIO項(xiàng)目式的訓(xùn)練，教師和學(xué)生都得到提高。希望通過不斷的教學(xué)實(shí)踐，將教師科研項(xiàng)目或企業(yè)實(shí)際產(chǎn)品引入課堂教學(xué)中，不斷改進(jìn)、優(yōu)化，進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生的技術(shù)開發(fā)能力和工程應(yīng)用能力，提升學(xué)生的職業(yè)素養(yǎng)和就業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。

參考文獻(xiàn)

[1]李曉秀，林國(guó)漢.CDIO模式下單片機(jī)課程設(shè)計(jì)教學(xué)模式探討與實(shí)踐[J].湖南工程學(xué)院學(xué)報(bào)：社會(huì)科學(xué)版，2016，26（3）：97-100.

[2]潘海燕.基于CDIO視角的高職單片機(jī)教學(xué)改革與對(duì)策[J].遼寧高職學(xué)報(bào)，2015，17（10）：17-19.

[3]陳炬，梁躍榮.基于RPP-CDIO教育模式的《快題設(shè)計(jì)》課程改革探索[J].廣東輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2015，14（2）：47-52.

[4]蘇淑靖.CDIO模式下單片機(jī)原理及應(yīng)用教學(xué)改革與探索[J].教育教學(xué)論壇，2015（20）：101-102.

[5]韓竺秦，彭昕昀，張麗娜，等.CDIO工程教育模式下單片機(jī)原理綜合設(shè)計(jì)與實(shí)踐教學(xué)改革[J].信息技術(shù)與信息化，2016（8）：60-63.