王松紅 谷成玲 孫鋒申 李玉霞 王娟

摘要：信息技術(shù)的不斷發(fā)展對新一代信息通信技術(shù)專業(yè)群提出了更高的工程能力要求。本文通過在教學中引入CDIO工程教育理念，提出了基于CDIO的“三階八步”混合式教學模式探索思路及具體實施方案。

關(guān)鍵詞：三階八步；CDIO；混合式教學

中圖分類號：G4文獻標識碼：Adoi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2022.24.086

0引言

“十四五”規(guī)劃綱要中提出“堅持創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展，全面塑造發(fā)展新優(yōu)勢”，堅持創(chuàng)新在我國現(xiàn)代化建設(shè)全局中的核心地位，把科技自立自強作為國家發(fā)展的戰(zhàn)略支撐。CDIO工程教育模式將構(gòu)思（Conceive）、設(shè)計（Design）、實現(xiàn)（Implement）和運作（Operate）貫穿在完整的產(chǎn)品周期中，在新一代信息通信技術(shù)專業(yè)群教學過程中融入CDIO理念，采取混合式教學方法，能夠激發(fā)學生的學習興趣，提高學生的創(chuàng)新能力、團隊合作能力、工程思維能力，培養(yǎng)符合社會需求的創(chuàng)新型人才。

1基于CDIO的“三階八步”混合式教學模式探索思路

1.1基于CDIO工程教育理念，改革教學內(nèi)容

在新一代信息通信技術(shù)相關(guān)專業(yè)課程教學環(huán)節(jié)中，處處都存在著CDIO的內(nèi)涵，但是教師能否挖掘出來就是一個關(guān)鍵點，能否把CDIO與新一代信息通信技術(shù)專業(yè)知識相結(jié)合，能否自然地把工程教育理念穿插到教學環(huán)節(jié)中，這些都是CDIO工程教育的重要環(huán)節(jié)。一個技術(shù)一流的新一代信息通信技術(shù)產(chǎn)業(yè)工人如果沒有良好的CDIO工程理念，很難具備全面的獨立思考、主動探究，嚴謹?shù)目茖W態(tài)度、團隊協(xié)作意識。CDIO工程理念僅靠反復的技能訓練和千篇一律的實際操作根本無法實現(xiàn)。因而，在課程教學中實施CDIO工程理念教育也就勢在必行，通過CDIO工程理念的融入，幫助學生養(yǎng)成積極健康的心理狀態(tài)、完善的人格、有效的自我約束能力、與他人和社會形成和諧關(guān)系，從而為高職學生個體全面發(fā)展打下堅實的基礎(chǔ)，滿足學生成長、成才的個體需求，進而滿足企業(yè)、社會對高素質(zhì)的勞動者的現(xiàn)實需求。在《單片機應(yīng)用技術(shù)》課程教學過程中，課題組基于CDIO工程教育理念，采用企業(yè)實際案例打造教學項目，以真實產(chǎn)品的生產(chǎn)周期作為教學框架，完成教學內(nèi)容的重構(gòu)。引導學生通過構(gòu)思（C）、設(shè)計（D）、實現(xiàn)（I）、運作（O）四個環(huán)節(jié)完成知識建構(gòu)，使其通過主動探究、團隊協(xié)作提升過程和系統(tǒng)的構(gòu)建能力。

1.2探索基于CDIO的“三階八步”教學模式

完成課程內(nèi)容重構(gòu)后，將每個項目劃分成幾個任務(wù)，針對每個模塊提出CDIO“三階八步”教學流程，分模塊實現(xiàn)產(chǎn)品的設(shè)計、制作與調(diào)試。在課前、課中、課后三個階段始終貫穿以CDIO工程理念。課前在學習平臺發(fā)布學習資料和任務(wù)，學生自主學習、分組協(xié)作完成任務(wù)并提交至學習平臺，教師詳細分析學生課前學習情況，并以此為依據(jù)進行教學策略調(diào)；課中創(chuàng)設(shè)情境，討論方案，信息化手段解決重難點問題，標準化實訓與拓展性實訓結(jié)合，通過情境導入-方案討論-問題解析-標準化實訓-拓展性實訓-成果展示與評價六個環(huán)節(jié)完成課中知識內(nèi)化及技能提升；課后，發(fā)布拓展任務(wù)，利用學習平臺、微信等多種方式與學生交流互動，以學生為中心，形成基于工作過程的“行動導向”教學模式。通過三階段、八步驟使學生以主動實踐的方式參與構(gòu)思（Conceive）、設(shè)計（Design）、實現(xiàn)（Implement）、運行（Operate）等整個周期，提升學生的基本個人能力和人際能力以及產(chǎn)品、過程和系統(tǒng)構(gòu)建能力。

1.3建立健全學生考核評價方式

從基礎(chǔ)理論知識、個人能力、合作能力和工程系統(tǒng)能力等層次對學生進行評價，使學生通過學習，在這四個層面都能到達預定目標。考核最終成績由課前成績、課堂標準化實訓考核成績、課堂拓展性實訓考核成績、職業(yè)素養(yǎng)考核以及課后成績五部分組成。

1.4充實學習平臺資源，拓展學習空間

對已有的學習平臺資源繼續(xù)完善，通過課前資源、課中資源、課后拓展任務(wù)使學生不受時間、空間限制可隨時隨地學習，將學習空間拓展至課堂內(nèi)外。時刻關(guān)注相關(guān)行業(yè)動態(tài)，將新技術(shù)、新工藝充實至學習平臺并引入課堂，提高教育教學質(zhì)量。

2基于CDIO的《單片機應(yīng)用技術(shù)》“三階八步”混合式教學模式實施方案

課題組依據(jù)相關(guān)教育理論，借鑒信息化教學成果，對《單片機應(yīng)用技術(shù)》課程進行了基于CDIO的混合式教學模式探索，具體實施方案為以下方面。

2.1基于CDIO工程教育理念，崗課賽證融通，重構(gòu)教學內(nèi)容

以《單片機應(yīng)用技術(shù)》課程為例，該課程是電子信息工程技術(shù)專業(yè)核心課程，基于電子設(shè)備裝接工等崗位需求，遵循企業(yè)技術(shù)規(guī)范，融入全國職業(yè)院校技能大賽嵌入式技術(shù)應(yīng)用開發(fā)賽項單片機硬件電路制作與調(diào)試、數(shù)據(jù)采集等內(nèi)容，對接“物聯(lián)網(wǎng)單片機應(yīng)用與開發(fā)”“1+X”職業(yè)等級證書中單片機程序開發(fā)、信息處理職業(yè)技能要求，實施“崗課賽證融通”，綜合育人。

依據(jù)專業(yè)人才培養(yǎng)方案、課程標準，結(jié)合人才培養(yǎng)目標和定位，對國規(guī)教材進行項目化改造，遵循學生認知規(guī)律，設(shè)計循序漸進的6個模塊教學任務(wù)：多彩霓虹燈設(shè)計與制作、簡易計算器設(shè)計與制作、交通燈模擬控制系統(tǒng)設(shè)計與制作、數(shù)字電壓表設(shè)計與制作、溫控系統(tǒng)設(shè)計與制作、簡易電子琴設(shè)計與制作。

2.2精準分析學情，明確教學目標

通過對學生知識基礎(chǔ)、技能基礎(chǔ)、學習特點進行精準分析，確定教學目標，以《單片機應(yīng)用技術(shù)》課程項目五為例，分析結(jié)果如下：

知識基礎(chǔ)：（1）經(jīng)過前導課程及前期項目學習，學生已經(jīng)具備一定的單片機項目開發(fā)與編程基礎(chǔ)知識，但還未完全掌握單片機綜合應(yīng)用知識;（2）對前一個項目學習情況進行測試顯示：仍有25%學生單片機定時/計數(shù)器內(nèi)部結(jié)構(gòu)掌握不好，導致單片機與外圍器件的軟硬件設(shè)計存在學習障礙。

技能基礎(chǔ)：（1）根據(jù)前期學習結(jié)果反饋，學生能夠?qū)ぷ魅蝿?wù)進行規(guī)劃，但元器件選型、單片機與外圍器件接口軟硬件設(shè)計能力比較薄弱，復雜項目的軟硬件開發(fā)能力還有待提升;（2）已掌握電子元器件原理圖識讀、直插元器件安裝、基本程序編寫等技能，但還未在萬用板上進行元件的安裝;前測結(jié)果顯示75%學生借助儀器儀表進行檢測調(diào)試、查錯糾錯能力比較薄弱。

學習特點：（1）通過問卷調(diào)查發(fā)現(xiàn)學生：愛觀察;愛實踐;愛合作;怵看書;怵死記;怵干講;（2）大部分同學對單片機產(chǎn)品設(shè)計與制作感興趣，有強烈學習動機，但獨立思考能力較弱，“7S”管理職業(yè)素養(yǎng)也有待提升，尤其節(jié)約意識需要加強。學生理想信念、雙創(chuàng)理念、家國情懷等也需要加強。

根據(jù)課程標準、崗位要求、職業(yè)標準、“1+X”證書要求、學情分析，確定本項目的知識、能力和素質(zhì)目標如表1所示。

2.3構(gòu)建“三維度、三層次、多類型”評價體系，促進持續(xù)發(fā)展

（1）三維度：結(jié)果性和過程性考核結(jié)合，考核學生知識、技能、職業(yè)素養(yǎng)三個維度的能力。

（2）三層次：建立“學生—小組—教師”三層次評價主體。

（3）多類型：通過學習平臺、課程過程表現(xiàn)成績、課堂實訓成績、職業(yè)素養(yǎng)等多類型進行綜合評價，促進學生素質(zhì)持續(xù)發(fā)展。每次課關(guān)注教與學全程的信息采集，所有成績基于學習平臺電腦端和移動端全程信息采集，自動匯總生成。

2.4探索基于CDIO的“三階八步”教學模式

依據(jù)科學建構(gòu)主義教學理論和“教師主導，學生主體”教學理念，確定教學策略，探索任務(wù)驅(qū)動、工作過程導向、啟發(fā)式教學等教法，采用自主探究、小組協(xié)作、角色扮演等學法。引入CDIO工程教育模式，讓學生以主動實踐的方式參與《單片機應(yīng)用技術(shù)》各個項目任務(wù)的構(gòu)思（Conceive）、設(shè)計（Design）、實現(xiàn)（Implement）、運行（Operate）等整個周期，探索“CDIO三階八步”教學模式，實施混合教學。以倒計時電路設(shè)計一課為例，具體實施過程如下。

2.4.1課前學習

學生登陸學習平臺，下載任務(wù)書，明確學習任務(wù)，用課程網(wǎng)站豐富的資源，實現(xiàn)產(chǎn)品化導向的實訓認知。教師了解學情，根據(jù)反饋情況進行教學策略調(diào)整。

2.4.2課上探究

遵循學生認知規(guī)律，通過多元化教學手段，引導學生開展自主及協(xié)作學習，“三階八步”具體實施如下：

課前：教師在教學平臺發(fā)布課前任務(wù)：學習定時/計數(shù)器的結(jié)構(gòu)、工作方式寄存器、控制寄存器相關(guān)知識；提供學習資源（微課、精品課程、多媒體課件、教學動畫）；學生登錄教學平臺，接收任務(wù)，查閱資料，自主探究學習，完成在線測試，為課堂做好知識儲備。

課中：根據(jù)職業(yè)規(guī)范和崗位要求，將本單元分為6個環(huán)節(jié)：“導任務(wù)—探新知—繪電路—編程序—調(diào)電路—驗成果”，前3個環(huán)節(jié)屬第1學時，后3個環(huán)節(jié)屬第2學時。

首先進入環(huán)節(jié)1導任務(wù)：播放“天和入九天”視頻，觀看中國空間站首艙“天和核心艙”的發(fā)射過程，激發(fā)學生的愛國情懷。通過視頻中的倒計時環(huán)節(jié)，引入本節(jié)課的任務(wù)—設(shè)計一個倒計時電路，希望同學們在設(shè)計過程中，能夠以匠人之心，追求至臻完美。同時，教師總結(jié)學生課前學習情況，對出現(xiàn)問題進行講解強調(diào)。通過導課，使學生明確學習目標，在學習過程中有堅定的志向，遵從事物發(fā)展的規(guī)律，親力親為，去研究探討學習掌握真理，用以鞭策今后的言行舉止，做到“篤志明理、躬行求真”。

接著進入環(huán)節(jié)2探新知：教師引導學生根據(jù)課前查閱資料，對定時/計數(shù)器的概念和基本結(jié)構(gòu)進行學習;對學生學習情況進行點評，并引導學生加以完善。接著教師提出問題，學生思考并回答教師提出的問題;教師對學生回答結(jié)果進行點評，補充并強調(diào)。學生認真聽取教師點評意見，并對自我認知進行完善。針對學生在定時/計數(shù)器的初始化及程序編寫中遇到的問題，教師推送單片機小精靈工具，幫助學生解決初值計算及程序編寫問題，突破教學重難點。

然后進入環(huán)節(jié)3繪電路：教師引導學生完成倒計時初步設(shè)計方案;學生在教師引導下完成倒計時電路初步設(shè)計方案；完成初步設(shè)計方案后，教師引導學生利用proteus仿真軟件繪制倒計時電路；學生利用proteus仿真軟件繪制倒計時電路；學生繪制過程中，教師巡視，并回答學生疑問。學生繪制完成電路圖后，提交至教學平臺。通過教師示范，強調(diào)正確設(shè)置參數(shù)設(shè)置的重要性，培養(yǎng)學生科學求實、嚴肅認真的學習態(tài)度。

教師查看，了解繪制情況后進入第二課時環(huán)節(jié)4：編程序，教師引導學生完成倒計時電路程序初步設(shè)計方案；學生在教師引導下完成倒計時電路程序初步設(shè)計方案后，教師引導學生利用Keil開發(fā)軟件編寫倒計時電路程序。

學生編寫程序生成hex文件后，接著進入環(huán)節(jié)5調(diào)電路：教師引導學生利用proteus仿真軟件和Keil開發(fā)軟件聯(lián)合調(diào)試，驗證倒計時電路功能是否實現(xiàn)。學生在教師引導下，排查電路故障，直至實現(xiàn)設(shè)計效果。通過在調(diào)試過程中注意規(guī)范操作，強調(diào)遵守職業(yè)規(guī)范的重要性。

學生完成虛擬仿真調(diào)試后，最后進入環(huán)節(jié)6驗成果：學生展示倒計時電路運行結(jié)果，教師對學生作品教學點評，學生聽取教師點評；教師總結(jié)本次課，對出現(xiàn)問題進行強調(diào)，引用孔子：知不足，然后能自反也;知困，然后能自強也。使學生通過反思自身問題，不斷進步。

課后：任務(wù)拓展-如何用單片機的定時器模塊生成不同頻率信號的方波，輸入到喇叭上，使喇叭發(fā)出不同音調(diào)的聲音，實現(xiàn)一個電子琴電路？學生充分利用教學平臺等網(wǎng)絡(luò)資源，完成任務(wù)并提交到教學平臺。教師利用微信、QQ等通信工具實現(xiàn)在線答疑。

利用在線教育綜合平臺開展課堂教學，課前發(fā)布視頻、學習資料，幫助學生提前了解本次課任務(wù);課中利用任務(wù)驅(qū)動、問題導向開展教學，學生通過自我探究、小組探究、師生探究等形式進行學習;課后完成拓展任務(wù)，復習本次課所學知識，進一步鞏固加深;利用學習平臺、單片機小精靈、proteus仿真軟件、Keil集成開發(fā)軟件等有效化解難以理解的知識點、技能點。

3基于CDIO的“三階八步”混合式教學模式實施效果

3.1探究式學習自主建構(gòu)知識，創(chuàng)新能力得到提升

將CDIO工程教育理念貫穿始終，使其主動參與課堂教學，顯著提高了學生創(chuàng)新能力，高效達成單片機產(chǎn)品器件選型、原理認知、硬件設(shè)計、軟件編程，產(chǎn)品制作，再到故障分析及調(diào)試等教學目標，創(chuàng)客效果明顯。

3.2學生學習效率，職業(yè)技能有效提升

用信息技術(shù)手段引導學生學習，助力攻克重難點，激發(fā)學習興趣，監(jiān)控學習過程，評價學習效果。通過課內(nèi)課外結(jié)合、線上線下貫穿的教學設(shè)計，整個教學環(huán)節(jié)緊密，學習效率有效提升，效果良好。與往年成績對比，80分以上學生數(shù)量提升較多，最終優(yōu)良率達到94%；學生職業(yè)能力借助信息技術(shù)在資源互動中自然提升，尤其單片機綜合電路調(diào)試能力提升明顯，此外，“7S”管理職業(yè)素養(yǎng)提升顯著，尤其學生的節(jié)約意識得到有效增強。

3.3學生思想素質(zhì)不斷提升，勞動意識不斷增強，第二課堂收獲滿滿

貫徹“紅心綠芯”課程思政雙主線，將社會主義核心價值觀、四史教育、勞動精神、勞模精神、工匠精神有機融入課堂教學，實現(xiàn)三全育人。

開展“傳承紅色基因，推動綠色發(fā)展”系列活動。課后參觀學?！皧^斗百年路，啟航新征程”黨史主題教育展，學生思想素質(zhì)不斷提升；安排學生到企業(yè)進行崗位體驗和生產(chǎn)勞動教育，了解新技術(shù)、新工藝、新規(guī)范；踐行“7S”管理，組織學生校園義務(wù)勞動，增強環(huán)保意識；同時，依托電子創(chuàng)新社團，入社區(qū)開展義務(wù)維修，用行動書寫最美勞動者。學生通過第二課堂實踐，綜合能力不斷提升。

4結(jié)語

綜上所述，將CDIO工程理念以及混合式教學方法滲透到教學內(nèi)容的重構(gòu)、教學過程實施及對學生的考核評價等多個環(huán)節(jié)，探索基于CDIO的“三階八步”的混合式教學模式，使學生能夠?qū)W會從工程的角度分析問題，通過自主探究、小組分工協(xié)作完成項目任務(wù)，有效提高學習興趣。教學過程以企業(yè)真實產(chǎn)品案例從研發(fā)到運行的全周期為載體，有利于培養(yǎng)學生對知識、技能的整體建構(gòu)，能夠有效提升學生的職業(yè)素養(yǎng)，為學生將來走向工作崗位奠定堅實基礎(chǔ)。

參考文獻

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