“基于項目學(xué)習(xí)和實踐” 的課程改革創(chuàng)新與實踐.doc

“基于項目學(xué)習(xí)和實踐”的課程改革創(chuàng)新與實踐王立強*、王曉萍、杜立輝浙江大學(xué)現(xiàn)代光學(xué)儀器國家重點實驗室杭州310027摘要：微機系統(tǒng)是浙大光電系的主干課程之一，該課程的特點是知識面廣、實踐性強、難度大，很多學(xué)生難以對知識有透徹的理解，未能形成系統(tǒng)的知識構(gòu)架。微機系統(tǒng)對實踐環(huán)節(jié)有很高的要求，傳統(tǒng)的教學(xué)方法和教學(xué)模式對此環(huán)節(jié)的培養(yǎng)尚有不足。因此，本文探索一種基于項目的學(xué)習(xí)和實踐的課程改革方案，通過項目的實施將理論知識和具體實踐相結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生興趣，提高動手能力，加深知識理解。經(jīng)過實踐，獲得了良好的教學(xué)效果，這是對新形勢下教學(xué)改革的有益嘗試。關(guān)鍵字：微機系統(tǒng)，項目學(xué)習(xí)，課程改革微機系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用的教學(xué)目的是培養(yǎng)學(xué)生如何將已學(xué)的微機原理知識應(yīng)用于面向?qū)嶋H工程需求的科研項目的能力，促進學(xué)生的創(chuàng)新能力開發(fā)。傳統(tǒng)的教學(xué)方法和模式在這方面有所欠缺，因此我們嘗試采用基于項目的教學(xué)方法，根據(jù)學(xué)生的興趣、愛好和特長，結(jié)合光電系的有關(guān)科研項目，促進自我導(dǎo)向的學(xué)習(xí)，讓學(xué)生主動運用所學(xué)知識解決實際問題。1課程改革基于項目的學(xué)習(xí)和實踐是以學(xué)習(xí)并應(yīng)用課程的基本原理為核心，以培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)和創(chuàng)新能力為目的，在一定時間內(nèi)圍繞解決一個實際問題的探究性學(xué)習(xí)模式。它的主旨是讓學(xué)生的學(xué)習(xí)與實踐融入到項目任務(wù)的完成過程中，讓學(xué)生積極地主動學(xué)習(xí)，完成課程知識的建構(gòu)，并在此過程中培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識、創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力，以及規(guī)范、守時、團隊協(xié)作等各項綜合素質(zhì)，培養(yǎng)學(xué)生運用所學(xué)知識解決實際問題的能力。而我們對于課程學(xué)習(xí)的評價則更著重于學(xué)習(xí)和實踐的過程，并非只看重學(xué)習(xí)最后的結(jié)果【1】【2】。基于項目的學(xué)習(xí)方法已經(jīng)有不少人對其進行研究，并運用在一些實踐性較強的課程的教學(xué)中，如在模擬電子技術(shù)課程【3】，數(shù)字電子技術(shù)課程【4】，計算機課程【5】中，均取得了不錯的效果。我們在此基礎(chǔ)上提出改進，并運用于微機系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用的實驗課程中，取得了預(yù)期的效果。2實施方法基于項目的學(xué)習(xí)和實踐本著以項目為中心，以學(xué)生為主體，以培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力、創(chuàng)新能力、動手能力為目標。在課題設(shè)計中充分考慮理論和實際的結(jié)合、興趣和專業(yè)的結(jié)合，*王立強浙江大學(xué)光電系副教授，電話(Tel)課題具有一定的研究價值，兼有科學(xué)性、創(chuàng)新性、可實施性、實用性等特征。并且應(yīng)積極倡導(dǎo)學(xué)生自己設(shè)計題目，根據(jù)自己的興趣、愛好、知識水平進行設(shè)計，多分析，多研究，培養(yǎng)學(xué)生的獨立思考能力和創(chuàng)新能力。在教學(xué)過程中，教師指導(dǎo)學(xué)生小組進行資料收集和整理，確立研究進程、研究方法，討論實施路線，學(xué)生小組獨立、自主完成實踐項目的各項工作，最后編寫總結(jié)報告。在整個實驗教學(xué)環(huán)節(jié)中，結(jié)合光電系的專業(yè)特點和科研項目需求，使學(xué)生從單純模仿到個人（團隊）創(chuàng)造、從依賴輔導(dǎo)到獨立設(shè)計、從被動接受到主動發(fā)現(xiàn)，實現(xiàn)學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)和提高。具體實施如下：2.1教學(xué)課堂上，在介紹相關(guān)知識點的同時，注意培養(yǎng)學(xué)生的興趣。“知之者不如好之者，好之者不如樂之者”。上課時，將以前的項目作品展示給學(xué)生看，激發(fā)學(xué)生的興趣和好奇心；介紹當(dāng)前業(yè)界的發(fā)展以及在現(xiàn)實生活中的實際運用，例如用手機、汽車中微機系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用來激發(fā)學(xué)生的興趣和對科技的熱情。同時講課也不再面面俱到，而是提綱式介紹主要內(nèi)容，課后的自主學(xué)習(xí)比重加大。刪去傳統(tǒng)實驗教學(xué)中的按部就班方法，如實驗?zāi)康?、實驗原理、實驗方法與步驟、注意事項等，建立符合培養(yǎng)創(chuàng)新人才的研究型實驗教學(xué)方法。盡可能多地開展同學(xué)之間、老師或助教與學(xué)生之間的討論和交流，老師主要是作為一個引導(dǎo)者，使學(xué)生真正成為學(xué)習(xí)的主體。2.2題目設(shè)計教師預(yù)先準備15個左右的設(shè)計課題，學(xué)生自由組成小組，提倡每個學(xué)生組自主提出設(shè)計題目，同時，當(dāng)教師認為學(xué)生的設(shè)計題目具備可行性時，學(xué)生組采用主動設(shè)計題目，反之，學(xué)生組從預(yù)先準備的15個題目中選擇一個。題目的設(shè)計需要考慮幾個問題，首先題目的設(shè)計要考慮到其知識容量，實踐難度，與課程的關(guān)聯(lián)程度等，各個題目之間應(yīng)該盡量均衡。其次題目的設(shè)計既要滿足課程知識構(gòu)建的需要，也要根據(jù)光電系的專業(yè)特點，設(shè)計綜合性的題目。再者，設(shè)計的題目需要有一些擴展性，給學(xué)生的思維擴展和獨立探索留有空間，充分考慮學(xué)生的自主要求。最后，題目數(shù)量必須大于學(xué)生小組數(shù)量，給學(xué)生以充分的選擇空間。每個小組的學(xué)生人數(shù)必須合理安排。考慮到項目主要包括硬件與軟件兩個部分，因此每個小組最多由2名學(xué)生組成，否則多余的學(xué)生基本得不到相應(yīng)的鍛煉。2人中的其中1人主要負責(zé)硬件設(shè)計與調(diào)試等工作，另1人主要進行相關(guān)軟件設(shè)計與調(diào)試。這樣形成分工協(xié)作，鍛煉學(xué)生的團隊合作能力。課程提供的所有題目都盡量體現(xiàn)以上的設(shè)計要求，表1列出2010學(xué)年的其中5個題目。前3個題目為任課教師預(yù)先準備的設(shè)計課題，后2個為學(xué)生小組根據(jù)自己的興趣提出的主動設(shè)計題目。從表中可以看出，教師題目均與光電專業(yè)的課題相關(guān)，而且與微機課程緊密結(jié)合。而學(xué)生題目則充滿趣味性，充分體現(xiàn)了當(dāng)代學(xué)生的創(chuàng)造力和想象力。表1微機課程2010年度部分設(shè)計題目序號題目內(nèi)容簡介類別1點陣LED顯示屏的設(shè)計設(shè)計并制作一個以單片機為控制核心的點陣LED顯示系統(tǒng)，實現(xiàn)同時顯示4個漢字，長的字符串則從右向左或從下向上滾動，畫面清晰?？娠@示當(dāng)前的時間，顯示當(dāng)前溫度。教師題目2激光測距系統(tǒng)激光脈沖照射被測目標，照射激光被目標反射，部分反射光被光電探測器接收，經(jīng)電路處理，測量距離。單片機作為控制中心，控制整個系統(tǒng)的時序。獲得數(shù)據(jù)后顯示在液晶屏上或者通過串口傳給上位機。教師題目3樓道燈光節(jié)能控制系統(tǒng)以單片機為核心，設(shè)計樓道燈光自動感應(yīng)系統(tǒng)，要求當(dāng)樓道內(nèi)光亮度低于某一閾值時，且有人經(jīng)過樓道，燈光自動打開，亮60秒后自動關(guān)閉。在此基礎(chǔ)上可根據(jù)樓道光的亮度不同，采用PWM方式控制燈光的亮度，實現(xiàn)樓道燈光的節(jié)能控制。教師題目4基于C51的無弦琴彈奏及娛樂系統(tǒng)開發(fā)一種基于光敏電阻和激光器光電檢測電路，再輔以C8051f020單片機為控制核心，以自制的木質(zhì)系統(tǒng)作為骨架，將輸入的彈奏信號通過檢測電路轉(zhuǎn)換成為數(shù)字信號，同時對產(chǎn)生信號進行編碼判斷，輸出相應(yīng)的輸出信號，給自主設(shè)計的和弦蜂鳴器進行發(fā)聲。學(xué)生題目5自動垃圾桶用紅外遙控器對垃圾桶進行遙控。巡線模式時，垃圾桶沿著預(yù)先鋪設(shè)好的軌道移動，并在運動至有停止標志（橫線）處停止，打開蓋子一段時間；若用戶在某一處需要使用垃圾桶，可以擋在其前方，這時垃圾桶就會停止并打開蓋子。遙控模式時，可以按下遙控器的任意鍵，即可實現(xiàn)該鍵的功能。學(xué)生題目2.3項目實踐每組學(xué)生需要對題目進行全面分析和討論，首先，術(shù)語解釋，將意見不一、或難度較大的術(shù)語列出，作為學(xué)習(xí)要點。其次，界定問題，對同一個題目，每個同學(xué)很可能有不同的觀點和解決方法，比較和收集這些觀點有助于擴展知識面和預(yù)先界定任務(wù)。第三步：頭腦風(fēng)暴，對可能的解決方案進行集體討論，推測可能存在的情況，做出初步診斷，以及各種檢驗和比較。這是關(guān)鍵步驟，可以促進以往學(xué)習(xí)知識的使用，形成不完整知識的鏈接，提高邏輯推理能力，增強自信心和說服力。第四步：重新結(jié)構(gòu)化問題，對問題進行嘗試性的解決，學(xué)生要盡可能多的考慮對問題的解釋，決定是否需要進一步探討。最后，分配任務(wù)，課題小組根據(jù)討論結(jié)果分配設(shè)計任務(wù)，其中1人主要負責(zé)硬件實驗設(shè)計，另1人主要負責(zé)軟件實驗設(shè)計。然后每個學(xué)生組根據(jù)自己的題目，撰寫項目設(shè)計書及實施方案（有經(jīng)費預(yù)算）。在正式進行立項前學(xué)生組還需要開題答辯，對整個項目進行可行性論證。之后學(xué)生利用實驗室提供的條件，完成電路設(shè)計、制作、程序設(shè)計、調(diào)試、改進、完善等創(chuàng)新實驗工作，最終提供規(guī)范的設(shè)計報告、總結(jié)報告及實物展示。所有的題目都是比較綜合的工程項目，需要各方面的知識，較強的動手能力，所以在整個實施的過程中學(xué)生遇到了不少的困難。為了幫助學(xué)生解決實踐過程中所遇到的問題，每周有一次課的時間，由教師和助教在實踐基地提供答疑和實際技能方面的幫助，協(xié)助學(xué)生解決在項目中所遇到的問題，引導(dǎo)學(xué)生的創(chuàng)新思維，培養(yǎng)學(xué)生的動手能力。例如，在自動尋徑小車的設(shè)計過程中需要用到舵機來控制小車的方向，但是學(xué)生搭建好電路，編寫程序后發(fā)現(xiàn)不能準確控制舵機的轉(zhuǎn)動，因此尋求助教的幫助。助教在幫助學(xué)生解決問題的同時傳授常用的硬件調(diào)試和軟件調(diào)試方法。學(xué)生經(jīng)過一系列排查后，發(fā)現(xiàn)是舵機沒有接上拉電阻。除此之外，我們借助網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺提供項目相關(guān)的各種資料供學(xué)生查詢，構(gòu)建良好的知識結(jié)構(gòu)體系。同時學(xué)生也可以在在線交流版塊和教師進行交流，激發(fā)教與學(xué)的互動。2.4項目考核課程不再進行傳統(tǒng)的期末考試，而是由任課教師、實驗教師和助教組成項目驗收組，聽取每個小組的研究總結(jié)匯報，并經(jīng)過提問、答辯、點評和實物演示等互動，進一步分析討論各個題目完成的情況、存在的問題、其它解決方案以及優(yōu)化改進的措施，同時由助教做好答辯記錄。最后老師根據(jù)各小組題目的難易程度、預(yù)期目標的實現(xiàn)情況、答辯情況和最終結(jié)果以及提交的總結(jié)報告等資料情況，討論確定各小組的成績。因為不同小組的題目可能不同，存在著不同的設(shè)計難度，即便是題目相同，也存在著不同的實現(xiàn)方法，因此，如何可觀、合理的給出每個小組的考核成績，需全面考慮課題進行中的各個階段表現(xiàn)。經(jīng)各方面平衡，我們的最終考核方法如表2所示。表2課程考核方法評分條目分值（%）注解平時表現(xiàn)10%鼓勵學(xué)生對講義、網(wǎng)站等盡可能多地提出建議，鼓勵學(xué)生提出有關(guān)課程建設(shè)和教學(xué)方法方面的建議，平時認真程度等開題報告10%包括方案的創(chuàng)新性、經(jīng)費預(yù)算的合理性等項目完成情況55%是否達到預(yù)期指標，可靠性，完整性等項目答辯10%實物演示的精彩程度，答辯PPT及總結(jié)報告的優(yōu)良程度難度分數(shù)5%不同題目，不同實現(xiàn)方法的難度平衡獎勵分10%撰寫科技論文、申請專利、為下一屆同學(xué)出新題目等我們的考核方法盡量做到全面、公平，當(dāng)然仍需要進一步在教學(xué)實踐中改進和完善。3實施效果基于項目的學(xué)習(xí)極大的激發(fā)了學(xué)生對該課程的興趣，以及發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力的提高。因為整個過程中學(xué)生需要根據(jù)項目的需求，運用所學(xué)知識，設(shè)計電路圖，選用電子元器件，編寫程序，調(diào)試電路和程序，最后親手制作出特定功能的實物時，具有強烈的成就感。這就進一步促進了學(xué)生對這門課的興趣，就能更加投入時間和精力，更深入的理解教材內(nèi)容，構(gòu)建完整的知識構(gòu)架，制作出功能完善的實物，實現(xiàn)一個良性的循環(huán)。圖1是學(xué)生在浙江大學(xué)“教學(xué)質(zhì)量評價”網(wǎng)站對本課程的評價，與之對比的是本課程組的另外一門課程“嵌入式系統(tǒng)與應(yīng)用”（采用傳統(tǒng)課堂教學(xué)與實驗教學(xué)），可以看出學(xué)生對本教學(xué)方法在各個單項的滿意程度均有很大提高（每個單項滿分5分）。44.24.44.64.85老師關(guān)心我的課程學(xué)習(xí)狀況備課充分，教學(xué)內(nèi)容安排合理，重點突出課內(nèi)外均樂于答疑解惑老師善于與學(xué)生互動，有良好的交流技巧通過該課程的學(xué)習(xí)，我覺得很有收獲我對該老師的總體評價教學(xué)要求合理，內(nèi)容充實教學(xué)資源（含教材）豐富，有助于學(xué)習(xí)課程學(xué)習(xí)后收獲大，開課價值高我對該課程的總體評價嵌入式系統(tǒng)與應(yīng)用微機系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用圖1學(xué)生對課程的教學(xué)評價基于項目的學(xué)習(xí)培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新思維，提高了自我學(xué)習(xí)能力和終身學(xué)習(xí)能力。項目實施中鼓勵學(xué)生自主設(shè)計題目，對原有的題目進行改進。這充分挖掘?qū)W生的創(chuàng)造力，例如，自動循徑小車的題目中要求只是用常規(guī)充電電池提供能量，而學(xué)生認為應(yīng)該倡導(dǎo)綠色能源降低環(huán)境壓力，因此設(shè)計了一個利用太陽能電池板進行供電的自動偱徑小車。基于項目的學(xué)習(xí)鍛煉了學(xué)生團隊合作的能力。項目的實施是以小組為單位，分工合作。在這個過程中，小組成員為了共同的目標而努力，相互之間建立充分的信任，共同面對問題，調(diào)動團隊成員的所有資源和才智完成項目的實施。經(jīng)過項目學(xué)習(xí)模式的洗禮，學(xué)生們提高了動手能力，培養(yǎng)了創(chuàng)新思維和團隊協(xié)作能力。2010年本課程共有20名學(xué)生選課，分為10個小組，其中在浙江大學(xué)第二屆光電設(shè)計競賽中獲得一等獎2項，二等獎1項，三等獎2項，鼓勵獎3項，占選課人數(shù)的80%。并選取三個小組參加2010年第二屆全國大學(xué)生光電設(shè)計競賽，在“基于太陽能的光電導(dǎo)航搬運車”題目中取得第2和第9名（全國決賽共64支隊伍），在“光電智能導(dǎo)盲器”題目中取得第8名（全國決賽共56支隊伍）。4結(jié)論“基于項目學(xué)習(xí)和實踐”的微機系統(tǒng)課程改革創(chuàng)新與實踐在浙江大學(xué)光電系已經(jīng)開展2年，通過課程實踐，學(xué)生更加深入的理解了微機原理，掌握了微機應(yīng)用的基本知識，一致認為課程學(xué)習(xí)后收獲大，開課價值高。但同時也反映出教師和學(xué)生的工作量偏大，部分小組不能及時完成預(yù)期目標，或者完成得不理想等問題。我們將進一步改進和完善此教學(xué)方法，實現(xiàn)更合理的工作量與難度分配，并努力在更多的專業(yè)課程推廣應(yīng)用。參考文獻：【1】張生花，梅龍寶，唐艷.基于項目學(xué)習(xí)的非線性編輯課程教學(xué)改革與實踐【J】.中國校外教育(理論),2007(9):16轉(zhuǎn)21.【2】王汀.微處理機原理與接口技術(shù)【M】.浙江大學(xué)出版社,2008.【3】李翠花，譚敏.在模擬電子技術(shù)課程中實施項目驅(qū)動教學(xué)模式【A】.電子電氣課程報