基于RPP-CDIO模式的高职单片机原理与应用课程教学改革探索与实践

    高菊玲

    

    

    

    摘? 要 针对单片机课程教学现状，打破传统，将RPP-CDIO工程教育理念融入单片机原理与应用课程教学活动中，培养具有创新能力和实践能力的复合型技术技能人才，增强学生的就业竞争力。

    关键词 RPP-CDIO;单片机原理与应用课程;教学改革;高职院校

    中图分类号：G712? ? 文献标识码：B

    文章编号：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作为工程教育界近年的最新成果，由麻省理工学院和瑞典皇家工学院等几所大学经过数年时间创立，其适应性与先进性受到国际高度认可。CDIO代表构思（Conceive）、设计（Design）、实现（Implement）和运行（Operate），以具体项目为课程主体，让学生以主动实践的方式参与产品的构思、研发、实现、运行到再优化的整个项目周期，调动学生的学习积极性，边动手操作边学习思考，让学生以小组的形式主动参与项目实施过程，从而获得技术知识和推理能力、个人能力、职业能力和态度、人际交往能力、团队协作能力等，适应现代企业的需求[1-2]。21世纪初，CDIO概念引入中国，经香港大学、清华大学、汕头大学等相关机构单位推进实施，已经取得明显的效果。

    RPP-CDIO工程教育模式以CDIO教育模式为基础，是针对单片机原理与应用课程特点所提出的新型教育模式。此模式以项目需求为引导（Requirement）、以动手实践为手段（Practice）、以项目流程为载体（Procedure），致力于培养符合当代职业要求的专业人才[3]。

    2 单片机原理与应用课程现状

    单片机原理与应用是江苏农林职业技术学院机电一体化等专业开设的一门专业课，涉及模拟电子、数字电子、程序设计等多方面的知识，对培养学生掌握数字化控制技术和软硬件结合的电子设计、编程应用能力起着至关重要的作用。随着单片机产品在消费、生产领域的广泛应用，从单片机人才岗位需求来看，用人单位越来越重视学生的单片机产品开发和实际工程应用能力，要求学生能灵活运用各种接口技术、控制技术，具有扎实的软硬件基础和较强的实践、创新能力。

    目前，绝大部分高职院校的单片机教学基本上摒弃了原先教条式的纯理论知识传授，改为项目化的教学，使学生在完成具体项目的过程中进行操作技能训练和必需的理论知识的学习，对培养学生学习积极性和自信心效果明显。但项目化教学的内容大都从单片机原理、功能模块、知识点角度考虑选取，各项目之间是独立的知识模块，缺乏系统性，与产品的工程概念尚有很大的距离[4-5]。

    提高单片机课程教学质量，需要彻底打破传统，探索一种能较好地培养学生工程应用能力、创新能力的教学模式，以适应就业市场对单片机人才所提出的要求。RPP-CDIO工程教育模式正是一种好方法。

    3 基于RPP-CDIO模式的课程实施

    以实际项目为载体，重新组织教学内容? RPP-CDIO工程教育模式以实际项目需求为引导，强调学生综合素养的培养，让学生全程参与项目的构思、设计、实现、运行到再优化，通过参与项目的全过程，在“学中做”，通过不断地发现问题、解决问题，在“做中学”，培养学生的团队协作能力和职业技能。按照RPP-CDIO模式，将教学内容分为若干个实际的项目，如表1所示，学生也可以自主选题。

    以学生为中心，教师和学生分工明确，以实际项目的需求为引导，以实际项目的实施为载体，以培养学生的动手实践能力为手段，每个项目分为构思、设计、实现、运行四个阶段，每个阶段的实施流程如图1所示。从简单项目开始，再到工程实际项目，逐步引导学生学会思考，培养学生的工程思维，為以后走上工作岗位打好基础。

    以培养学生的产品意识为主，师生共同开展项目构思? 一个好的项目是RPP-CDIO模式的关键，教师可以布置一些通用的单片机项目，并在泛亚平台上发布项目相关预习内容，通过通用项目的完成，掌握基础的理论知识。教师也可以引导学生去发现项目，将班级学生分成3～4人一组，让学生通过网络、知网、博客、专题网站等去广泛查阅相关文献，由学生自主选择项目。学生自主选择的项目，由学生团队共同完成项目前期的调研、项目任务书，并提出项目设计思路与方案。在前期项目构思的准备阶段，学生团队需要通力合作，自主合作探究式学习，培养学生的产品意识和团队协作的能力。每个小组之间还可以相互学习、相互挑刺，更好地完善项目，最后由教师对每个小组构思的项目进行完善和明确。

    以培养学生的总体规划能力为主，完成项目的总体设计? 围绕确定的项目，学生团队完成项目的总体设计，包括关键电路的设计、程序的设计和软硬件的联调仿真。如果是简单的项目，要求学生用Proteus画好原理图，用Keil进行源程序的设计，最后进行软硬件的联调仿真。如果是复杂的项目，在教师的指导下进行方案的反复讨论、比较和论证，确保项目设计是最优设计。比如在温室控制系统设计这个项目中，温室内可控的环境因子不是唯一的，而且相互之间可能还有关联。这就需要学生做好充分的实地调研，针对某一实际温室，找清楚可以采集的环境因子有哪些，能控制的执行结构有哪些，只有这样才能做好项目的顶层设计，确保后面的项目实现、项目运行的正确开展。

    在项目设计过程中，以学生为主，教师主要在学生遇到困难时做好分析、指导工作，并及时给学生梳理项目设计过程中所遇到的主要知识点，通过项目设计培养学生的总体规划能力。只有做好顶层设计，才能避免一着不慎满盘皆输的局面。

    以培养学生的动手实践能力为主，小组共同完成项目? 为了节省项目的完成时间，在课堂上采用的是面包板搭建电路来完成项目。学生在完成项目设计后，学生团队成员分工协作、各司其职，每个成员均有自己负责的任务，有人负责电路元器件的选择，有人负责电路的搭建，有人负责电路搭建的优化，有人负责电路搭建完成后的程序的下载、调试。在项目实现过程中，学生以主动、完全自主的方式进行，让学生学中做、做中学，既分工明确，又通力协作，共同完成项目任务。

    如果做的是教师科研项目中的任务，需要实物产品，这时会让学生用Altium Designer进行电路原理图和PCB印制电路板的设计，并让学生自己焊接电路板，完成硬件电路的制作。学生团队完成项目后，进行小组小结，小结遇到的困难、总结的经验;教师在项目实现这个环节主要是答疑、解惑，不以项目最后是否实现来界定成绩，更注重学生在项目实现时的过程考核，注重学生能力的培养。

    以培养学生的兴趣和创新能力为主，实现项目的运行? 项目的构思、设计、实现固然重要，但也需要做好项目的运行，这是RPP-CDIO的最后一个环节，用于每个小组展示自己的项目成果。可以采用项目设计报告和项目PPT汇报等形式来展现，每个小组汇报自己项目构思、设计、实现过程中遇到的困难，如何用自己的方法解决困难，在项目实施的过程中有哪些经验和教训是可以分享的，不管是技术中的难题还是团队协作过程中的难题，都可以一起讨论，在互评的过程中优化项目、总结提高，最终完成项目的总结。通过项目成果的展示，各小组之间有了竞争，更好地促进了学生创新能力和团队协作能力的培养;同时，在汇报过程中也锻炼了学生的表达能力和沟通交流能力，提升了学生的学习兴趣。

    在项目运行过程中，教师也要给出自己对项目的评价，总结每个项目完成过程中每个团队的闪光点以及可以提升的地方。如果是教师科研项目中的任务，会邀请科研团队的教师、有丰富工程设计经验的企业工程师等参与项目运行阶段，更好地对项目给予指导和评价。

    4 基于RPP-CDIO模式的课程考核评价

    传统的单片机原理与应用课程的考核以期末成绩为主，总评成绩由平时成绩和期末成绩组成，一般平时成绩占30%，期末成绩占70%。期末考试通常采用卷面考试的方式进行，考试情况常常很不理想，很多学生对基础的知识点掌握得还可以，但是遇到需要举一反三的题目时，得分率就很低了。同时，卷面考试的考核方式只是单纯地考查学生对理论知识的掌握程度，忽略了对学生的实践动手能力和创新能力的评价，不能够全方位地对学生的掌握程度进行考核评价。

    采用RPP-CDIO模式开展单片机课程教学后，更注重学生在项目的构思、设计、实现、运行四个环节的过程评价，关注学生的产品意识、总体规划能力、动手实践能力和创新能力的培养，培养出具有一定工程实践能力的学生，提高学生的学习兴趣。因此，改革原有的考核评价方式，以RPP-CDIO工程教育模式的理念为指导，以项目的形式来综合评价学生各方面的能力和素养，最终的总评成绩由各项目的平均分组成，各项目的考核评价方法如表2所示。每一个环节都有每个学生参与度的评分，这个评分由小组内学生互评得出，确保每一个学生都能够在课堂上找到自己的位置，有自己的价值。

    每一个考核环节还有明确的评分细则，确保考核的合理、公平和公正。以项目设计环节为例，具体的评分细则如表3所示，其中A、B、C、D为相应的等级，按照90%、80%、70%、60%进行相应的配分。

    这种注重过程的考核评价方式有利于提升学生的学习兴趣，让学生更好地参与到课程学习中来，不仅关心学生对基础知识的掌握程度，更关心学生的动手实践能力和创新能力的培养，提高了学生的综合素养，更能培养出适应社会发展的复合型技术技能人才。

    5 结语

    将RPP-CDIO工程教育模式引入单片机原理与应用课程教学中，打破传统的教学模式，围绕项目的需求，以项目实施过程为载体，以培养学生的动手实践能力为目标，从项目的构思、设计、实现、运行四个环节培养学生的综合素养，已经取得初步成效。学生的学习兴趣明显提高，在项目实施的四个环节，学生参与的积极性大大增加，通过小组的团队协作，学生的团队协作意识和团队协作能力大大增强，发现问题、解决问题的能力得到很大提升，产品意识和工程素养也得到进一步提高，学生在学习中的主体作用得到很好的展现。

    在RPP-CDIO教学过程中，可能大家会发现，教师的作用弱化了，很多时候只起到指导的作用。其实不然，教师在学生学习过程中起到重要的指导作用，从项目的构思开始，就要指导学生去发现项目，指导学生确立项目的思路和设计方案;在项目的设计过程中也要反复与学生讨论设计方案，让学生少走弯路;在项目实现时，也要及时答疑、解惑，指导项目实现的正确方向;在项目运行时给出自己对项目完成情况和对团队成员合作情况的中肯评价，在训练学生的同时，自身的专业技能也得到提升，这才是真正的教学相长。

    通过在“学中做”、在“做中学”的RPP-CDIO项目式的训练，教师和学生都得到提高。希望通过不断的教学实践，将教师科研项目或企业实际产品引入课堂教学中，不断改进、优化，进一步培养学生的技术开发能力和工程应用能力，提升學生的职业素养和就业竞争力。

    参考文献

    [1]李晓秀，林国汉.CDIO模式下单片机课程设计教学模式探讨与实践[J].湖南工程学院学报：社会科学版，2016，26（3）：97-100.

    [2]潘海燕.基于CDIO视角的高职单片机教学改革与对策[J].辽宁高职学报，2015，17（10）：17-19.

    [3]陈炬，梁跃荣.基于RPP-CDIO教育模式的《快题设计》课程改革探索[J].广东轻工职业技术学院学报，2015，14（2）：47-52.

    [4]苏淑靖.CDIO模式下单片机原理及应用教学改革与探索[J].教育教学论坛，2015（20）：101-102.

    [5]韩竺秦，彭昕昀，张丽娜，等.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（8）：60-63.