基于CDIO電子類創(chuàng)新實踐課程體系的探析（二）

許宣偉+羅凱

摘要： 當前，電子信息科技的發(fā)展和革新對創(chuàng)新人才的需求越來越迫切，高校如何培養(yǎng)-具有創(chuàng)新能力的電子信息類人才成為重要的課題。本文創(chuàng)新實踐教學方法、探索多種培養(yǎng)方式。以國際工程教育理念CDIO為改革基礎，通過電子類創(chuàng)新實踐課程體系的設計與實施，以閉環(huán)式項目為中心，橫向引入模塊化新技能和知識，讓學生較早建立項目的系統(tǒng)工程意識和大局觀，有利于創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)型人才的培養(yǎng)。

一、研究的背景

我國要實施創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略，強調(diào)創(chuàng)新是提高社會生產(chǎn)力和綜合國力的戰(zhàn)略支撐，必須擺在國家發(fā)展全局的核心位置。以創(chuàng)新的新成果為加快轉(zhuǎn)變經(jīng)濟發(fā)展方式、調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、提高社會生產(chǎn)力開辟新的空間，以科技改革發(fā)展的新突破實現(xiàn)經(jīng)濟社會發(fā)展的新躍升。要完成此發(fā)展戰(zhàn)略的根本出路在于科技創(chuàng)新、產(chǎn)品創(chuàng)新、產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新、商業(yè)模式創(chuàng)新和品牌創(chuàng)新。如果沒有創(chuàng)新能力，特別是創(chuàng)新能力的大幅提升，就難以真正完成經(jīng)濟結(jié)構(gòu)的調(diào)整和發(fā)展方式的轉(zhuǎn)變。

在此社會背景前提下，電子信息類科技的發(fā)展和革新，需要大量創(chuàng)新人才去推動整個

產(chǎn)業(yè)的發(fā)展?？梢灶A見的是在不久的將來，大學生會是這一領(lǐng)域的創(chuàng)新主力軍。這既是社會帶給學生的發(fā)展機遇，也是給高校教育提出了嚴峻問題-具有創(chuàng)新能力的電子信息類人才如何培養(yǎng)。為了更好地解決此問題，需遵循教育規(guī)律和人才成長規(guī)律，深化教學實踐改革，創(chuàng)新實踐教學方法，探索多種培養(yǎng)方式，才能使電子信息人才輩出、拔尖創(chuàng)新人才不斷涌現(xiàn)的局面。

目前，我院對普通班級的教學方式，無法滿足我院特色班級“踐行班”（我院以創(chuàng)新培養(yǎng)為目建設的特色班級）電子類方向人才的培養(yǎng)，主要體現(xiàn)在如下幾個方面：

1.電子信息行業(yè)的創(chuàng)新和創(chuàng)業(yè)，目前呈現(xiàn)出跨多學科、多種技能融合的趨勢，與以前傳統(tǒng)單一的學科有著很大的區(qū)別。對于電子信息類創(chuàng)新人才提出了更高的要求，需要具備更加全面的技術(shù)和廣泛的知識。

2.針對普通班級的實踐改革很少有跨多個系、多學科的教師合作共同開發(fā)的實踐課程。以前學科之間分得比較嚴格，跨專業(yè)系統(tǒng)級的實踐項目設計較少，要么就會等到學生在大三下半學期或大四的時候才有課程出現(xiàn)，這樣的結(jié)果是讓創(chuàng)新的人才的培養(yǎng)永遠只是看到專業(yè)方向的某一個局部，沒有一個整體概念的認識，讓學生不能看到每種技術(shù)在項目當中起到的作用，不能較早地為今后學習找準學習方向；如果是作為創(chuàng)新型管理的人才，則無法較早建立大局觀。

3.未實現(xiàn)實踐課程之間的深度整合和實踐課程之間的內(nèi)在聯(lián)系的研究，造成實踐課程本身的設置的目地性不明確。

4.如何以項目為中心，實現(xiàn)多種實踐技術(shù)的融合，并且各技術(shù)的側(cè)重點和掌握的程度都沒有進行深入研究。

6.目前缺少創(chuàng)新性實踐教學的配套教學資源，如實驗指導書、教學視頻和教學PPT等。

7.目前缺乏創(chuàng)新人才技術(shù)交流的信息化平臺，不便于指引學生的學習方向和分享學習成果，等等。

因此，為了我院能培養(yǎng)出更多符合社會需求的創(chuàng)新型電子類人才，需要結(jié)合CDIO和我院學生的實際情況，深入研究創(chuàng)新實踐教學體系。

二、改革理念

改革理念：通過創(chuàng)新實踐課程體系的設計與實施，讓學生初步能達到多種技術(shù)的融合，建立整體的概念，以模塊化的思維引領(lǐng)創(chuàng)新。改革進入第二階段，以CDIO為改革基礎，以閉環(huán)式項目為中心，在第一階段電子積木的基礎上，橫向引入模塊化新技能和知識，讓學生較早建立項目的大局關(guān)，拓展技術(shù)創(chuàng)新思維，找準學習方向。在具體實施局部實踐課程內(nèi)容時注重以項目為中心，充分體現(xiàn)學生“做中學”，實現(xiàn)理論與實踐的融合。

三、改革的主要內(nèi)容

本次改革的主要內(nèi)容是創(chuàng)新實踐課程體系的建設，此部分實踐課程貫穿第三學期和第四學期，即將投入到我院特色班級“踐行班”的教學當中。這部分要做的主要內(nèi)容如下：

1.改革小組，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)實際應用場景，設計一個較為完整的閉環(huán)項目，利用第一階段已經(jīng)學習到的控制技術(shù)和傳感技術(shù)，橫向引入短距離通信技術(shù)、上位機編程應用技術(shù)、app開發(fā)技術(shù)和云計算應用技術(shù)、產(chǎn)品外觀設計應用技術(shù)、3D打印使用技術(shù)等共同實現(xiàn)。

2.控制技術(shù)和傳感器技術(shù)

在第一階段，學生初步掌握了控制和傳感器的使用。但沒有具體都運用的實際的項目中去，并且所使用的傳感器較為簡單。因此，在第二階段需要解決的問題是，以真實項目為中心，提高對主控技術(shù)的深入應用。而傳感器方面給是從第一階段的數(shù)字型升級到模擬采樣型傳感器，比如指紋傳感器、土壤傳感器等。

3.短距離通信技術(shù)

此部分內(nèi)容，主要是以藍牙和zigbee技術(shù)學習為主。此部分內(nèi)容也是第二階段的訓練重點。把藍牙作為整體項目中子項目的通信手段，讓學生以藍牙串口的使用為突破口，使學生迅速上手，完成子項目的通信功能，激發(fā)學生的興趣。而zigbee的使用的目的，是把每個子項目的通信進行組網(wǎng)管理，是整個項目的難點所在。因為zigbee技術(shù)所包含的內(nèi)容較多，包含：短距離通信技術(shù)基礎、zigbee芯片的主控技術(shù)、zigbee協(xié)議棧的使用。但是在有效的項目整體規(guī)劃較好的情況下，能讓學生把較難的知識運用的實際當中，并且達到較好的掌握目的。

4.上位機編程應用技術(shù)

此部分內(nèi)容，主要是學習C#編程，完成項目PC上位機操作界面的設計，并能實現(xiàn)串口雙向通信。主要是把第一階段所學到的知識運用到實際的項目當中。

5.APP技術(shù)開發(fā)和云計算應用技術(shù)

此部分內(nèi)容，按照以前的劃分應該是軟件專業(yè)和云計算專業(yè)的內(nèi)容。但是從電子類學科的發(fā)展，跨專業(yè)和跨學科已經(jīng)成為目前的趨勢，APP技術(shù)開發(fā)和云計算應用技術(shù)已經(jīng)成為了電子類專業(yè)密不可分的一部分，缺少了這兩部分的內(nèi)容的電子類項目，也不能算是真正意義的閉環(huán)項目。但對于大二非軟件或云計算專業(yè)的學生，要在基礎較弱的情況下，如何把這兩種技術(shù)運用到具體的項目中去，也是此次改革研究的重點之一。通過大量的調(diào)研和實際測試，最終找到了解決辦法。在App技術(shù)方面讓學生使用美國麻神理工大學研發(fā)的App inventor軟件做對應的App，而云技術(shù)開發(fā)方面的訓練主要是集中在對公有云API的開發(fā)。這樣既可以保證學生能制作一個閉環(huán)的項目，另一方面避免由于內(nèi)容太難而使得學生中途放棄。

6.產(chǎn)品外觀設計應用技術(shù)以及打印

此部分內(nèi)容，主要是學習利用soliworks設計軟件對本硬件電路外觀進行設計，并生成3D打印文件，再利用3D打印機，打印本項目硬件的外觀。把產(chǎn)品造型設計的加入，讓項目的完整度更高，也讓學生到了下一階段有了創(chuàng)新項目想法后，自己可以完成產(chǎn)品的展示DEMO。

7.系統(tǒng)集成與調(diào)試

此部分內(nèi)容，主要是把每種技術(shù)設計部分進行集成和調(diào)試，并對項目進行總結(jié)和分析。

8.各種課程后期深入學習的規(guī)劃

此部分內(nèi)容，主要是讓學生在做完項目以后，增加一個環(huán)節(jié)是，對學生感興趣的方向做專業(yè)規(guī)劃和指導。整個課程提倡技術(shù)的融合和整體的概念，尤其是模塊化的新技術(shù)的應用，更是詮釋了整個課程體系的精髓：有針對性和引導性的培養(yǎng)和鍛煉學生的創(chuàng)新能力。

四、改革的特色與創(chuàng)新

1.教學理念的特色與創(chuàng)新

以CDIO為改革基礎，構(gòu)建以系統(tǒng)級閉環(huán)項目為中心，多種模塊化技術(shù)的融合，引導學生的技術(shù)橫向延展，建立項目整體概念，拓展學生的技術(shù)創(chuàng)新思維，讓學生較早明確學習方向。在具體實施局部實踐課程內(nèi)容時注重以項目為中心，充分體現(xiàn)學生“做中學”，實現(xiàn)理論與實踐的融合。最終本項目的改革達到學練思三者的相結(jié)合。

2.教學內(nèi)容的特色與創(chuàng)新

結(jié)合一個系統(tǒng)級閉環(huán)項目并結(jié)合學生的實際情況，對短距離通信技術(shù)、上位機編程技術(shù)、微信應用技術(shù)、產(chǎn)品外形設計技術(shù)、云技術(shù)應用等課程進行有機的整合形成圍繞項目的實踐和理論融合，既包含技能又注重培養(yǎng)學生的獨立思考能力、探索能力和創(chuàng)新能力的創(chuàng)新型課程。

3.考核辦法的特色與創(chuàng)新

創(chuàng)新實踐課程教學實現(xiàn)模塊化教學方式，考核方法以分段形式考核，每個階段學生自己都有屬于自己的作品，并且每個階段以“實物作品+相關(guān)報告或論文+現(xiàn)場答辯”相結(jié)合的方式進行考核。

4.教學手段的特色與創(chuàng)新

采用“先實驗再分析，興趣引導，勤思考親探索”的引探教學法，以實例為引導，注重培養(yǎng)學生的動手能力、表達能力、協(xié)作能力、自學探索能力及創(chuàng)新能力。教學過程中可以采用實際案例驅(qū)動、實際項目驅(qū)動、團隊教學、分組教學、互動式、討究式、分階段、分層次教學等多種教學手段。

5.改革團隊的特色與創(chuàng)新

第二階段創(chuàng)新實踐課程項目的設計，改革團隊依據(jù)項目相關(guān)技術(shù)對相關(guān)專業(yè)教師的需求，團隊成員由電子信息工程、計算機技術(shù)、云計算技術(shù)和通信技術(shù)等專業(yè)的教師構(gòu)成，體現(xiàn)了跨學科的合作。教學內(nèi)容也是模塊化的。因此，教學不是由一名教師完成，而是由教師團隊共同完成，每位教師可根據(jù)自己的特長，完成相對應的實踐教學內(nèi)容。

五、結(jié)束語

將CDIO工程教育模式引入到電子綜合教學實踐課程的改革當中，既適應現(xiàn)代教學模式的要求，也符合電子類學生對本綜合系列課程的需求。成功地實施教學改革，不僅能夠達到本課程的教學目標和滿足學生對知識的需求，還能提高學生的綜合素質(zhì)和整體能力，為他們以后的人生之路打下良好的基礎。本次改革的教學內(nèi)容在具體實施過程中，也發(fā)現(xiàn)不足之處，我們將進一步深化課程教學改革，完成全面電子類實踐教學課程改革，建立以CDIO教學理念的實踐課程體系，以培養(yǎng)更多具有工程實踐能力的電子信息專業(yè)人才。