“基于項目學習和實踐” 的課程改革創(chuàng)新與實踐.doc

“基于項目學習和實踐”的課程改革創(chuàng)新與實踐王立強*、王曉萍、杜立輝浙江大學現(xiàn)代光學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)的教學方法和教學模式對此環(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習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，獲得了良好的教學效果，這是對新形勢下教學改革的有益嘗試。關(guān)鍵字：微機系統(tǒng)，項目學習，課程改革微機系統(tǒng)設計與應用的教學目的是培養(yǎng)學生如何將已學的微機原理知識應用于面向?qū)嶋H工程需求的科研項目的能力，促進學生的創(chuàng)新能力開發(fā)。傳統(tǒng)的教學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方法，根據(jù)學生的興趣、愛好和特長，結(jié)合光電系的有關(guān)科研項目，促進自我導向的學習，讓學生主動運用所學知識解決實際問題。1課程改革基于項目的學習和實踐是以學習并應用課程的基本原理為核心，以培養(yǎng)學生自主學習和創(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習模式。它的主旨是讓學生的學習與實踐融入到項目任務的完成過程中，讓學生積極地主動學習，完成課程知識的建構(gòu)，并在此過程中培養(yǎng)學生的創(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)學生運用所學知識解決實際問題的能力。而我們對于課程學習的評價則更著重于學習和實踐的過程，并非只看重學習最后的結(jié)果【1】【2】?；陧椖康膶W習方法已經(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)設計與應用的實驗課程中，取得了預期的效果。2實施方法基于項目的學習和實踐本著以項目為中心，以學生為主體，以培養(yǎng)學生自主學習能力、創(chuàng)新能力、動手能力為目標。在課題設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，*王立強浙江大學光電系副教授，電話(Tel)課題具有一定的研究價值，兼有科學性、創(chuàng)新性、可實施性、實用性等特征。并且應積極倡導學生自己設計題目，根據(jù)自己的興趣、愛好、知識水平進行設計，多分析，多研究，培養(yǎng)學生的獨立思考能力和創(chuàng)新能力。在教學過程中，教師指導學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，使學生從單純模仿到個人（團隊）創(chuàng)造、從依賴輔導到獨立設計、從被動接受到主動發(fā)現(xiàn)，實現(xiàn)學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)和提高。具體實施如下：2.1教學課堂上，在介紹相關(guān)知識點的同時，注意培養(yǎng)學生的興趣?！爸卟蝗绾弥?，好之者不如樂之者”。上課時，將以前的項目作品展示給學生看，激發(fā)學生的興趣和好奇心；介紹當前業(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)的廣泛應用來激發(fā)學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，課后的自主學習比重加大。刪去傳統(tǒng)實驗教學中的按部就班方法，如實驗目的、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方法。盡可能多地開展同學之間、老師或助教與學生之間的討論和交流，老師主要是作為一個引導者，使學生真正成為學習的主體。2.2題目設計教師預先準備15個左右的設計課題，學生自由組成小組，提倡每個學生組自主提出設計題目，同時，當教師認為學生的設計題目具備可行性時，學生組采用主動設計題目，反之，學生組從預先準備的15個題目中選擇一個。題目的設計需要考慮幾個問題，首先題目的設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，各個題目之間應該盡量均衡。其次題目的設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，設計綜合性的題目。再者，設計的題目需要有一些擴展性，給學生的思維擴展和獨立探索留有空間，充分考慮學生的自主要求。最后，題目數(shù)量必須大于學生小組數(shù)量，給學生以充分的選擇空間。每個小組的學生人數(shù)必須合理安排?？紤]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名學生組成，否則多余的學生基本得不到相應的鍛煉。2人中的其中1人主要負責硬件設計與調(diào)試等工作，另1人主要進行相關(guān)軟件設計與調(diào)試。這樣形成分工協(xié)作，鍛煉學生的團隊合作能力。課程提供的所有題目都盡量體現(xiàn)以上的設計要求，表1列出2010學年的其中5個題目。前3個題目為任課教師預先準備的設計課題，后2個為學生小組根據(jù)自己的興趣提出的主動設計題目。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。而學生題目則充滿趣味性，充分體現(xiàn)了當代學生的創(chuàng)造力和想象力。表1微機課程2010年度部分設計題目序號題目內(nèi)容簡介類別1點陣LED顯示屏的設計設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@示當前的時間，顯示當前溫度。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，設計樓道燈光自動感應系統(tǒng)，要求當樓道內(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，輸出相應的輸出信號，給自主設計的和弦蜂鳴器進行發(fā)聲。學生題目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，垃圾桶沿著預先鋪設好的軌道移動，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。學生題目2.3項目實踐每組學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，作為學習要點。其次，界定問題，對同一個題目，每個同學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先界定任務。第三步：頭腦風暴，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，可以促進以往學習知識的使用，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，課題小組根據(jù)討論結(jié)果分配設計任務，其中1人主要負責硬件實驗設計，另1人主要負責軟件實驗設計。然后每個學生組根據(jù)自己的題目，撰寫項目設計書及實施方案（有經(jīng)費預算）。在正式進行立項前學生組還需要開題答辯，對整個項目進行可行性論證。之后學生利用實驗室提供的條件，完成電路設計、制作、程序設計、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生遇到了不少的困難。為了幫助學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)助學生解決在項目中所遇到的問題，引導學生的創(chuàng)新思維，培養(yǎng)學生的動手能力。例如，在自動尋徑小車的設計過程中需要用到舵機來控制小車的方向，但是學生搭建好電路，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)絡教學平臺提供項目相關(guān)的各種資料供學生查詢，構(gòu)建良好的知識結(jié)構(gòu)體系。同時學生也可以在在線交流版塊和教師進行交流，激發(fā)教與學的互動。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%鼓勵學生對講義、網(wǎng)站等盡可能多地提出建議，鼓勵學生提出有關(guān)課程建設和教學方法方面的建議，平時認真程度等開題報告10%包括方案的創(chuàng)新性、經(jīng)費預算的合理性等項目完成情況55%是否達到預期指標，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、為下一屆同學出新題目等我們的考核方法盡量做到全面、公平，當然仍需要進一步在教學實踐中改進和完善。3實施效果基于項目的學習極大的激發(fā)了學生對該課程的興趣，以及發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力的提高。因為整個過程中學生需要根據(jù)項目的需求，運用所學知識，設計電路圖，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是學生在浙江大學“教學質(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)與應用”（采用傳統(tǒng)課堂教學與實驗教學），可以看出學生對本教學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)心我的課程學習狀況備課充分，教學內(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生互動，有良好的交流技巧通過該課程的學習，我覺得很有收獲我對該老師的總體評價教學要求合理，內(nèi)容充實教學資源（含教材）豐富，有助于學習課程學習后收獲大，開課價值高我對該課程的總體評價嵌入式系統(tǒng)與應用微機系統(tǒng)設計與應用圖1學生對課程的教學評價基于項目的學習培養(yǎng)了學生的創(chuàng)新思維，提高了自我學習能力和終身學習能力。項目實施中鼓勵學生自主設計題目，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，而學生認為應該倡導綠色能源降低環(huán)境壓力，因此設計了一個利用太陽能電池板進行供電的自動偱徑小車。基于項目的學習鍛煉了學生團隊合作的能力。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)過項目學習模式的洗禮，學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名學生選課，分為10個小組，其中在浙江大學第二屆光電設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年第二屆全國大學生光電設計競賽，在“基于太陽能的光電導航搬運車”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“基于項目學習和實踐”的微機系統(tǒng)課程改革創(chuàng)新與實踐在浙江大學光電系已經(jīng)開展2年，通過課程實踐，學生更加深入的理解了微機原理，掌握了微機應用的基本知識，一致認為課程學習后收獲大，開課價值高。但同時也反映出教師和學生的工作量偏大，部分小組不能及時完成預期目標，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)課程推廣應用。參考文獻：【1】張生花，梅龍寶，唐艷.基于項目學習的非線性編輯課程教學改革與實踐【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)動教學模式【A】.電子電氣課程報