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一、CDIO教育理念
CDIO工程教育模式是近年来国际工程教育改革的最新成果。自2000年起，麻省理工学院和瑞典皇家工学院等四所大学组成的跨国研究组织，经过四年的探索研究，创立了 CDIO 工程教育理念，并成立了以 CDIO命名的国际合作组织。CDIO 代表构思（Conceive）、设计（Design）、实施（Implement）和运作（Operate），它以产品研发到运行的生命周期为载体，让学生以主动的、实践的、课程之间有机联系的方式学习工程的理论、技术与经验。其教学大纲满足美国、加拿大和其他华盛顿协议国家职业工程师组织对工科教育的要求，其教学框架体现了创新的教育思想。
二、改革教学模式的主要思路
在全面理解CDIO教育理念的基础上，结合我校自身条件，深入学习、确定以《单片机技术》课程项目化改革为突破口，从教学模式上进行改革，选择08机电一体化1班进行试点，分成7个项目工作小组，每组7名学生，由小组推荐出组长，负责工作进度，小组成员的任务安排等领导工作。共设计了四个学习性工作项目，在每一个项目中，涉及一些理论基础，教师指导学生进行必要的理论准备。同时启发学生如何完成项目的基本要求和扩展要求，以项目由简入深的原则，通过渐进的学习逐步地提高和完善学生的知识面。
由于本课程的特点是实践性强，为了提高学生素质,注重能力培养,在提高课堂教学质量的基础上,对原有的课程设置的内容及实践环节进行多方面的改革,主要思路是：运用CDIO 的观念,跟上信息时代发展的步伐,减少常规课堂教学内容,加强实践环节的教学,利用好现有的校内外实训基地,探索出一条行之有效的CDIO教学模式,使学生在实际动手能力、独立创新能力、团队合作能力方面有所提高,对其他工科专业课程的工程教育改革探索出一条思路,起到以点带面的作用。
三、教学操作程序与教学模式特点
计数控制器的设计及制作具有很强的工程应用背景，因此，必须注重教学过程的实践性、开放性和职业性。课程的所有教学内容设计为4个教学项目，围绕项目的完成开发若干任务单元，在实训基地，根据实际的工作过程来进行教学。推行项目导向、任务驱动、课堂与实训地点一体化等“教学做一体”的教学方法。
1.“教学做一体”的CDIO教学模式操作程序
在CDIO教学模式下，每一个教学项目(任务单元)采用构思、设计、实施和运作4个阶段来实现。构思阶段要明确任务和任务准备，要学生明白自己做什么，并考虑怎样做。设计阶段是项目实施方案的设计，要求学生自己设计项目实施方案。实施阶段是项目实施，要求学生自己动手完成项目。运作阶是项目的评价，根据任务要求，对学生完成情况进行评价和反馈。
2.“教学做一体”的CDIO教学模式的特点
(1)调动学生学习的积极性与主动性。CDIO教学模式以学生为中心，以理论联系实际的方式开展，充分调动学生在项目学习中的积极性与主动性，学生有针对性地学习，学以致用。
(2)培养学生合作交流能力。课程施工项目以团体合作方式进行，学生在合作项目过程中，通过做项目培养团队合作精神、交流沟通能力。
(3)项目与知识、技能相互融合。课程体系中，集成化课程纳入技能和实训项目，以技能培养为目标组织实施课程，促进专业知识的学习，灵活的集成项目和设计制作体验，实现了专业知识、项目和能力的相互融合。
(4)增强学生就业竞争力，提高就业率。实施CDIO教学模式，工学交替在“做中学”，使得学生职业技能增强，就业率和就业质量显著提高。
四、CDIO教学模式的实施过程分析
下面以“编写程序对运动物体的数量进行计数并在数码管上显示”这一学习任务为例，说明CDIO教学模式的实施过程。
1.构思(1学时)
实物教学法：针对已经按照原理图焊接好的红外发射接收的电路板，并通过多媒体课件讲解发送器的作用、基本技术指标、电路构成及工作原理，研究红外发送、接收的功能实现方法与电路组成，引出本次教学项目的主要任务目标——单片机计数器软件的调试。教师提供学习资料，说明可利用的学习资源，回答学生的疑问；最后老师下发工作任务单，提供相关的项目信息，供学生自主探究学习。
自主探究教学法：自己通过查阅教材、网络等资源、实训现场实物研究等手段进一步熟悉工作任务。
多媒体手段：利用多媒体网络教师，通过多媒体课件，学生进行自主学习，教师给予一定的辅导，培养学生的方法能力，提高学习兴趣。
2.设计(1学时)
教学方法：头脑风暴法，学生分组建立学习小组，小组讨论编写计划书，进行任务描述，说明任务目标。根据学生制定的计划书，教师进行点评，讨论实施计划的可行性，并及时反馈，学生进行修改，如此反复，最终确定项目完成计划和实施方案。
3.实施(2学时)
实物讲解：教师利用红外发射接收的电路板，分别进行讲解红外发射接收原理、红外光信号的测量以及发射接收程序的编制，让学生观察发光二极管的状态，了解单片机定时计数器的结构、中断寄存器的设置和使用，体验其单片机特殊功能寄存器等功能、通过程序编制调试过程；让学生感受工作现场的氛围，加深学习的印象。
实物演练：学生以小组为单位，利用红外发射接收的电路板进行编程，进一步体验与研究单片机计数控制器的功能实现，熟悉单片机汇编程序设计方法及手段，并掌握其单片机应用知识与开发技能，为提高学生发现、分析、解决单片机设计开发的能力打下良好基础，从而提高学生的实践技能。与此同时，指导教师应注意组织、技术和安全等方面的督导和监控。
4.运作(1学时)
每个小组成员按照任务书要求进行汇报，并进行相应的实际操作，教师及小组成员对任务的完成情况进行总体评价，并进行自评、小组互评和教师评价，根据考核评价表给出学生的综合成绩。
五、教学模式实施的保证条件
1.SCL教学方法
SCL教学方法是以学生为中心教学方法的英文（Student Centred Learning）简称。这种教学方法在教学过程中，教师要充分调动学生自身的主动性、积极性和创造性，在教师的引导下开放思路，并通过小组讨论、团队协作等活动来解决问题、掌握知识。在整个教学过程中教师以学生为中心起着引导帮助学生的作用。学生是教学活动的主角、演员，是知识的主动探求者，通过自己积极主动参与到教学活动中去以建构对事物的理解，完成对知识的学习和掌握，教师是整个教学过程的设计者和组织者，是编剧、是导演，为学生提供一个学习的框架和平台。
2.实训室建设
单片机实训室是机电工程专业实训室。实训室有清华大学型单片机综合仿真教学实验箱10套，专用联想电脑台、索尼CX120高清晰投影仪。实验箱配备ATMEL公司的89C52单片机实训与开发系统主机模块、灯光控制模块、I/O输入输出模块、继电器控制模块、LED动态显示模块、A/D或D/A转换模块、定时/计数/中断模块、多机通讯模块、步进电机控制模块、8255扩展模块、8279键盘接口模块及点阵式液晶屏显示模块等。
注：本文是2010年河北省高等学校教育科学规划项目的成果之一，课题编号：JYGH2010017。
（作者单位：河北建材职业技术学院）
CDIO工程教育模式是近年来国际工程教育改革的最新成果。自2000年起，麻省理工学院和瑞典皇家工学院等四所大学组成的跨国研究组织，经过四年的探索研究，创立了 CDIO 工程教育理念，并成立了以 CDIO命名的国际合作组织。CDIO 代表构思（Conceive）、设计（Design）、实施（Implement）和运作（Operate），它以产品研发到运行的生命周期为载体，让学生以主动的、实践的、课程之间有机联系的方式学习工程的理论、技术与经验。其教学大纲满足美国、加拿大和其他华盛顿协议国家职业工程师组织对工科教育的要求，其教学框架体现了创新的教育思想。
二、改革教学模式的主要思路
在全面理解CDIO教育理念的基础上，结合我校自身条件，深入学习、确定以《单片机技术》课程项目化改革为突破口，从教学模式上进行改革，选择08机电一体化1班进行试点，分成7个项目工作小组，每组7名学生，由小组推荐出组长，负责工作进度，小组成员的任务安排等领导工作。共设计了四个学习性工作项目，在每一个项目中，涉及一些理论基础，教师指导学生进行必要的理论准备。同时启发学生如何完成项目的基本要求和扩展要求，以项目由简入深的原则，通过渐进的学习逐步地提高和完善学生的知识面。
由于本课程的特点是实践性强，为了提高学生素质,注重能力培养,在提高课堂教学质量的基础上,对原有的课程设置的内容及实践环节进行多方面的改革,主要思路是：运用CDIO 的观念,跟上信息时代发展的步伐,减少常规课堂教学内容,加强实践环节的教学,利用好现有的校内外实训基地,探索出一条行之有效的CDIO教学模式,使学生在实际动手能力、独立创新能力、团队合作能力方面有所提高,对其他工科专业课程的工程教育改革探索出一条思路,起到以点带面的作用。
三、教学操作程序与教学模式特点
计数控制器的设计及制作具有很强的工程应用背景，因此，必须注重教学过程的实践性、开放性和职业性。课程的所有教学内容设计为4个教学项目，围绕项目的完成开发若干任务单元，在实训基地，根据实际的工作过程来进行教学。推行项目导向、任务驱动、课堂与实训地点一体化等“教学做一体”的教学方法。
1.“教学做一体”的CDIO教学模式操作程序
在CDIO教学模式下，每一个教学项目(任务单元)采用构思、设计、实施和运作4个阶段来实现。构思阶段要明确任务和任务准备，要学生明白自己做什么，并考虑怎样做。设计阶段是项目实施方案的设计，要求学生自己设计项目实施方案。实施阶段是项目实施，要求学生自己动手完成项目。运作阶是项目的评价，根据任务要求，对学生完成情况进行评价和反馈。
2.“教学做一体”的CDIO教学模式的特点
(1)调动学生学习的积极性与主动性。CDIO教学模式以学生为中心，以理论联系实际的方式开展，充分调动学生在项目学习中的积极性与主动性，学生有针对性地学习，学以致用。
(2)培养学生合作交流能力。课程施工项目以团体合作方式进行，学生在合作项目过程中，通过做项目培养团队合作精神、交流沟通能力。
(3)项目与知识、技能相互融合。课程体系中，集成化课程纳入技能和实训项目，以技能培养为目标组织实施课程，促进专业知识的学习，灵活的集成项目和设计制作体验，实现了专业知识、项目和能力的相互融合。
(4)增强学生就业竞争力，提高就业率。实施CDIO教学模式，工学交替在“做中学”，使得学生职业技能增强，就业率和就业质量显著提高。
四、CDIO教学模式的实施过程分析
下面以“编写程序对运动物体的数量进行计数并在数码管上显示”这一学习任务为例，说明CDIO教学模式的实施过程。
1.构思(1学时)
实物教学法：针对已经按照原理图焊接好的红外发射接收的电路板，并通过多媒体课件讲解发送器的作用、基本技术指标、电路构成及工作原理，研究红外发送、接收的功能实现方法与电路组成，引出本次教学项目的主要任务目标——单片机计数器软件的调试。教师提供学习资料，说明可利用的学习资源，回答学生的疑问；最后老师下发工作任务单，提供相关的项目信息，供学生自主探究学习。
自主探究教学法：自己通过查阅教材、网络等资源、实训现场实物研究等手段进一步熟悉工作任务。
多媒体手段：利用多媒体网络教师，通过多媒体课件，学生进行自主学习，教师给予一定的辅导，培养学生的方法能力，提高学习兴趣。
2.设计(1学时)
教学方法：头脑风暴法，学生分组建立学习小组，小组讨论编写计划书，进行任务描述，说明任务目标。根据学生制定的计划书，教师进行点评，讨论实施计划的可行性，并及时反馈，学生进行修改，如此反复，最终确定项目完成计划和实施方案。
3.实施(2学时)
实物讲解：教师利用红外发射接收的电路板，分别进行讲解红外发射接收原理、红外光信号的测量以及发射接收程序的编制，让学生观察发光二极管的状态，了解单片机定时计数器的结构、中断寄存器的设置和使用，体验其单片机特殊功能寄存器等功能、通过程序编制调试过程；让学生感受工作现场的氛围，加深学习的印象。
实物演练：学生以小组为单位，利用红外发射接收的电路板进行编程，进一步体验与研究单片机计数控制器的功能实现，熟悉单片机汇编程序设计方法及手段，并掌握其单片机应用知识与开发技能，为提高学生发现、分析、解决单片机设计开发的能力打下良好基础，从而提高学生的实践技能。与此同时，指导教师应注意组织、技术和安全等方面的督导和监控。
4.运作(1学时)
每个小组成员按照任务书要求进行汇报，并进行相应的实际操作，教师及小组成员对任务的完成情况进行总体评价，并进行自评、小组互评和教师评价，根据考核评价表给出学生的综合成绩。
五、教学模式实施的保证条件
1.SCL教学方法
SCL教学方法是以学生为中心教学方法的英文（Student Centred Learning）简称。这种教学方法在教学过程中，教师要充分调动学生自身的主动性、积极性和创造性，在教师的引导下开放思路，并通过小组讨论、团队协作等活动来解决问题、掌握知识。在整个教学过程中教师以学生为中心起着引导帮助学生的作用。学生是教学活动的主角、演员，是知识的主动探求者，通过自己积极主动参与到教学活动中去以建构对事物的理解，完成对知识的学习和掌握，教师是整个教学过程的设计者和组织者，是编剧、是导演，为学生提供一个学习的框架和平台。
2.实训室建设
单片机实训室是机电工程专业实训室。实训室有清华大学型单片机综合仿真教学实验箱10套，专用联想电脑台、索尼CX120高清晰投影仪。实验箱配备ATMEL公司的89C52单片机实训与开发系统主机模块、灯光控制模块、I/O输入输出模块、继电器控制模块、LED动态显示模块、A/D或D/A转换模块、定时/计数/中断模块、多机通讯模块、步进电机控制模块、8255扩展模块、8279键盘接口模块及点阵式液晶屏显示模块等。
注：本文是2010年河北省高等学校教育科学规划项目的成果之一，课题编号：JYGH2010017。
（作者单位：河北建材职业技术学院）