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基于CDIO的五年制高职课程体系改革探索与实践

作者:未知

  摘要:构建良好的课程体系是高职院校实施物联网专业人才培养的重要措施之一。针对当前五年制高职物联网专业教学中存在的重理论轻实践、课程项目化程度较低、硬件类实验课程实施困难等问题,采取加强师资队伍建设,改进硬件实验课程教学方法,加强教材建设实践等课程改革措施,构建基于CDIO理念的课程体系,取得了良好的效果。
  關键词:CDIO;五年制高职;课程改革
   中图分类号:G712 文献标志码:A 文章编号:1673-9094-(2019)04C-0025-04
   一、引言
   CDIO即构思(conceive)、设计(design)、实现(implement)、运作(operate),在我国发展已有13年。CDIO得到了教育行政部门和工程教育界的广泛认可和大力支持,已经成为高职院校重要的课程改革基础之一。CDIO注重课程体系的科学性,突出“教育改革实践的工匠精神”。[1]CDIO以学生为教学主体,以做中学为核心思想,着重培养学生的创新能力、实践能力和专业知识,最大限度地将学习过程置于实际的工程环境中。CDIO工程教育模式充分调动学生的主观能动性,使学生主动探索所学知识与课程间的有机联系,在近似于真实的工作环境中得到训练。
   二、物联网专业教学亟待解决的问题
   自教育部于2010年批准成立第一批物联网专业以来,五年制高职院校的物联网专业规模日益扩大,毕业学生的数量逐年增加,但就业形势却不容乐观,企业难以招聘到合适的人才。究其原因,是物联网专业课程体系中存在着若干问题。
   (一)重理论、轻实践、缺设计
   目前,虽然大多数五年制高职学校开设了物联网实践类课程,但教学过程仍然偏重于理论学习,学生分析能力、设计能力、数据处理能力很少得到锻炼,导致毕业生物联网核心岗位能力呈现下降的趋势。
   (二)课程项目化程度较低
   当前物联网课程体系中的教学单元模块是彼此独立的,相互之间不能有效衔接,并且任务目标模糊或过于松散,使学生无所适从,[2]不知从何处着手。
   (三)典型项目解决方案储备不足
   一方面,由于专业教师在物联网项目实践方面的参与程度不高,导致难以提炼工程问题的解决办法并应用于实践教学;另一方面,在物联网人才培养方案制定的前期,缺少企业专家的深度参与,导致项目化课程设计难以体现工程问题的系统性与典型性。[3]
   (四)硬件实验类课程教学实施困难
   物联网相比于其他学科更加注重硬件知识的学习。对于物联网应用技术专业的学生而言,硬件开发的门槛很高,既要掌握硬件组成原理、编程语言、应用软件,又要掌握智能化硬件知识,其难度非常大。
   三、构建基于CDIO的“三位一体”课程体系
   针对物联网应用技术专业课程体系中存在的问题,依据CDIO工程教育理念对人才培养的要求,从基于工作过程的实践教学环节出发,以CDIO大纲为指导思想,以理实一体化为教学模式,以课内项目教学、课外实践教学、企业生产实践为教学过程,以提升个人职业能力、团队协作能力和实践能力为培养目标,[4]构建“一理念、二结合、三过程” 的三位一体课程体系。
   (一)“一理念”——CDIO工程教育理念
   构建基于CDIO课程体系的首要标准是培养能力而非灌输知识,提倡“基于项目的学习”。针对物联网人才培养方案,以工程项目为载体,以课程和项目之间的有机联系为线索,形成一体化的课程体系。这样的课程体系,一方面可以将离散的知识点串联起来,有利于学生解决具体的工程问题;另一方面,学生能够在项目实践的初始阶段就开始接触工程应用问题,在后续的实践过程中逐步深入了解应用需求,而无需在每门课程中都去了解新项目的应用背景,使学生能够专注于解决问题的方法。[5]
   (二)“二结合”——理论与实践相结合
   如何正确处理理论教学与实践教学的关系,是构建“三位一体”课程体系需要解决的首要问题。学校在CDIO工程教育理念的基础上,提出“按学年理论教学”与“按能力实践教学”相结合的教学模式。[6]按学年理论教学是指根据物联网应用技术专业人才培养方案,以学年为单位,依据物联网的三层构架划分3个专业方向,逐步开展教学活动。第一学年主要开设专业必修课程,目的是增加学生知识的深度与广度,培养学生的自主学习能力与逻辑思维能力。第二学年主要开设专业基础课程,目的是使学生掌握物联网基础知识的核心内容。第三学年及以后主要开设物联网项目化课程,目的是让学生掌握各种物联网技术,具备工程实践能力。按能力实践教学是按照学生的学习能力,将学习过程分为入门阶段、提高阶段和突破阶段三个部分。入门阶段主要进行工程基础课实践,掌握简单硬件电路设计和单片机程序开发。提高阶段主要进行专业性的课程设计,开发简单的物联网软件系统,要求包含物联网的三层架构。突破阶段主要进行物联网项目实践,完成综合性较强的项目设计,培养学生综合运用各种物联网核心技术解决实际问题的能力。
   (三)“三过程”——基于CDIO的实践教学过程
   依据CDIO工程化教学理念,实施贯通5年的课程体系,将整个教学过程分为课内项目教学、课外实践教学和企业生产实践三个阶段。
   1. 课内项目教学。课内项目化课程涵盖了物联网的感知层、网络层、应用层,基于此三层构架,设置设计类课程、综合类课程和验证类课程。设计类课程主要针对感知层,包括传感器原理与应用和RFID原理及应用。综合类课程主要针对网络层,包括无线传感网、短距离无线通信、云计算与物联网等。验证类课程主要针对应用层,包括物联网存储与管理、大数据、物联网应用系统设计等。[7]通过课内项目教学,将知识点融会贯通,帮助学生增强分析问题、解决问题的能力。    2. 课外实践教学。课外实践教学依托校内实践基地开展,学生申请在校级工作室,组成社团,自主研发或承接企业项目。同时,鼓励教师结合自己的科研成果进行课程内容改革,自主研制智能化硬件设备或软件资源,将科研项目与实践教学相结合,转化为学生容易接收的实践类课程,学生可以作为教师科研课题的研究成员,在教师的带领下,师生共同完成实践课题。[8]通过课外实践教学,有利于提升学生的创新实践能力。
   3. 企业生产实践。企业生产实践以实训班的形式开展,一般设置在最后一个学期,时间为3个月。实训班的所有课程均围绕真实的企业项目展开,这些项目是企业已经完成的真实案例,由主持项目的工程师从完成项目的基本知识点开始,向学生讲授项目完成的过程、方法、技巧及注意事项。授课完成后,学生分为4至5人的项目团队,重新开发此项目。在5年的教学实践过程中选择的实践项目方向有专用电子设备安装与调试、智能硬件开发、传感器网络、WSN设计与开发、嵌入式网关开发、物联网终端软件开发等。完成的实践案例有科技博物馆改造项目、化学工厂环境监控系统、智能家居安防系统、智慧超市改造项目、小区智能化改造项目、智慧小区红外感应灯光系统、智慧小区感应门改造工程、智慧小区自动照明系统、车辆自动停泊计费系统、食用菌生产大棚改造项目。项目完成后,在实训班的最后一天进行项目答辩,选出优秀的项目开发团队。团队的项目完成情况和每个团队成员的答辩情况,都计入相应的实训课程成绩。[9]通过企业生产实践,学生充分参与真实物联网项目的研发过程,为提升就业竞争力增加砝码。
   四、基于CDIO课程体系的改革措施
   (一)加强师资队伍建设
   构建基于CDIO的课程体系,教师必须具备项目化实践能力,注重提高自身的实践教学能力、产品设计能力、项目管理能力和团队协作能力。[10]学校物联网应用技术专业的教师大部分来自于计算机、电子信息技术和网络通信等相关专业,没有在物联网框架下实施项目化教学的经验,原专业固有的教学模式会产生思维定势,对物联网项目实践教学产生较大的影响。因此,提升教师的专业素养是十分必要的。[11]
   1.物联网专业素养提升培训。物联网专业素养提升是教师在原有专业的基础上,结合物联网核心岗位的技术要求,有针对性地补充自己的知识体系,调整知识结构,使之更加符合课程教学要求。教师通过培训,调整教学思路,改变教学方法,促进专业发展。
   2. 教师参与物联网项目研发与实践。學校每年选派优秀专业教师到企业参与物联网项目的研发实践,熟悉项目研发过程,积累项目管理经验,在教学过程中贯彻相关知识与技能。
   (二)改进硬件实验课程教学方法
   考虑到实验类课程教学的难点,学校在实验课程教学工具方面进行了改革探索,采用树莓派硬件积木作为物联网信息处理的支撑平台。树莓派硬件积木入门学习较为容易,只需要掌握基本的C语言编程基础,不需要掌握复杂的单片机知识。学生通过约30课时的学习,就能快速进入智能硬件开发,即使缺乏底层硬件编程基础,也能够在较短的时间内开发出智能化的小设备。
   树莓派的编程代码全部开源,技术资料非常丰富。树莓派硬件开发采用在主控板上外接硬件的工作方式,外接硬件可以是各类控制器与传感器。同时,树莓派还具有跨平台的特性,通过硬件积木不同的组合方式可以设计出不同的智能化设备。[12]这种方式激发了学生的学习兴趣,提高了积极性,锻炼了动手能力和创新能力。
   (三)实施以典型物联网项目为主线的项目化课程体系
   依据CDIO工程教育模式对物联网职业能力四个方面的要求,学校选择能够涵盖物联网核心岗位技术要求的“智慧城市”为典型项目,结合物联网职业岗位能力要求,将项目逐层分解、细化,凝练知识点与技能点,形成项目化课程。
   典型项目经过筛选、细化、精解,形成若干教学单元,贯穿于整个在校学习期间。学生按照学期顺序,逐一学习相关知识与技能。在学习过程中,学生与教师共同参与,按照选题(教师指导)、开题(学生汇报)、实施(执行过程)、结题 (成果汇报)的方式,[13]完成典型项目的学习。
   (四)加强实践教材建设
   1.由担任实验实训课程的主讲教师,依托物联网实验平台,编写相关实验指导书,缓解教学一时之需。
   2.由项目化课程的主讲教师负责编写适合于本专业学生使用的、能够在开设相关课程时所用的校本教材。
   3.由骨干教师负责编写能公开出版的,国家规划或省规划的项目化教材。
   4.由物联网专业教师联合企业教师,共同编写案例库、资源库等实践教材。
   (五)“校企双主体”完善课程体系
   1. 精选合作企业和讲师。选择合作企业时,根据专业需求选择社会责任感较强、资质较好、知名度较高的物联网企业。慎重选择合作企业之后,仔细审核企业派驻到学校的讲师资质,通过面谈、试讲等方式,选择授课能力较强的企业讲师,并与之一同确定实践课程内容,以完善课程体系。
   2. 建立校企合作课程团队。为了顺利实施校企合作课程实践,建立高度负责的课程团队,在团队建立过程中全面考虑到课程实践过程中的学生、企业讲师、专业教师、巡视教师以及校、企领导等诸多细节。本专业的教师特别注意维持与企业的长期合作关系,合作企业结合自身的用人需求,选拔经验丰富、沟通能力较强的工程师作为驻校讲师,在课程实践结束后,参与教学质量评价,并分析企业的获利点。
   五、结语
   学校基于CDIO工程教育理念,实施物联网应用技术专业课程改革,构建“三位一体”的课程体系,有效提升学生的专业实践能力、创新能力和团队协作能力,增强了就业竞争力。经过学校三年的教学实践,学生就业率逐年上升,毕业生的物联网职业岗位能力受到了用人单位的好评,课程体系建设取得了明显的成效。    参考文献:
   [1]顾佩华,胡文龙,陆小华,等.从CDIO在中国到中国的CDIO:发展路径、产生的影响及其原因研究[J].高等工程教育研究,2017(1).
   [2]朱耀勤,郑成武.基于物联网技术的实训实验室建设[J].实验技术与管理,2017(3).
   [3]郑鲲,周晶,陈洪丽,等.基于复杂工程的信息类专业创新实践研究[J].高等工程教育研究,2018(3).
   [4]崔贯勋,王勇,王柯柯,等.基于CDIO的物联网工程专业实践教学体系的研究与实践[J].实验技术与管理,2013(5).
   [5]周云,曾明,鞠儒生,等.以项目为载体的仿真工程专业课程实验体系设计[J].实验技术与管理,2017(5).
   [6]谢泽奇,张会敏,沈阳.新型物联网创新实践教学体系建设[J].实验技术与管理,2018(5).
   [7]崔艳荣,陈勇.物联网工程专业实验室建设方案研究[J].实验技术与管理,2018(4).
   [8]吴迪,朱金秀,徐宁,等.借鉴TRIZ理论构建物联网工程实践教学体系[J].实验技术与管理,2015(6).
   [9]王文娟,袁红春,葛艳.校企合作提升学生实践应用能力的探索[J].实验技术与管理,2018(2).
   [10]蔡长安.基于CDIO的物联网工程专业实践教学体系的构建[J].教育探索,2015(6).
   [11]黄旭,蒋云良,顾永跟.物联网工程专业建设中多学科融合的探索与实践[J].高等工程教育研究,2016(2).
   [12]安健,任東胜,桂小林,等.物联网实践能力培养的研究与探索[J].实验技术与管理,2018(10).
   [13]顾晓燕.校企协同的物联网融合创新人才培养探索[J].职业技术教育,2016(29).
  责任编辑:冯志军
  Abstract: Constructing a good curriculum system is one of the important measures for higher vocational colleges to implement talent training in the specialty of Internet of Things. In view of the problems existing in the current five-year higher vocational education of Internet of Things, such as emphasizing the theory over practice, low degree of curriculum project, difficulties in implementing hardware experimental courses, etc., curriculum reform measures such as strengthening the construction of teaching staff, improving the teaching methods of hardware experimental courses and strengthening the construction of practical teaching materials have been taken to construct the curriculum system based on the concept of CDIO. Good results have been achieved.
  Key words: CDIO; five-year higher vocational education; curriculum reform
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