项目驱动法在智能仪器设计课程教学中的应用*

◆戴金桥 俞阿龙 孙华军

智能仪器设计是测控技术与仪器专业的一门重要专业课程，涉及传感器技术、单片机技术、信号分析与处理技术、通信技术、抗干扰技术、人工智能等多门学科[1]。该课程知识面广、综合性强、学习难度大、实践性强，因此如何在教学实践中促进学生掌握理论知识、提高实践能力、拓宽知识面、培养创造力，就成为任课教师要研究的重要课题。

目前在智能仪器设计课程教学中普遍存在以下问题：

一是仍然采用传统“填鸭式”的灌输教育，使学生产生厌倦情绪，失去对课程的兴趣；

二是实践教学不具有系统性，因实践教学课时的限制，学生只能对智能仪器设计的少数环节进行实践学习；

三是对学生创造力的训练有限，大多数学生的实践学习只能在固定的实验套件上进行，无法发挥学生的主观能动性；

四是缺乏对已学知识的综合应用等。

为此，笔者将项目教学法应用于智能仪器设计的课程教学中。实践证明，只要能运用得当，项目教学法能较好地解决传统教学法存在的问题，取得较好的教学效果。文中首先介绍项目教学法概念，其次分析如何将项目教学法应用于课程教学实践中，接着总结了项目教学法在课程教学中的成效和可能存在的问题，最后给出结论。

1 项目驱动教学法

所谓项目驱动教学法，是一种建立在建构主义教学理论基础之上的教学法，学生综合素质和各种能力的提高都需要通过项目驱动教学模式来实现[2]。该教学方法要求在教学过程中以项目为主线来展开，把相关的知识点融入项目的各个环节中去，层层推进项目。通过对问题的深化或功能扩充，来拓宽知识的广度和深度，直至得到一个完整的项目解决方案，从而达到学习知识、培养能力的目的[3]。

项目驱动教学法属探究式教学法，教师根据学生已有的知识、水平、经验和兴趣，与学生共同拟定、实施一个项目来进行教学活动。在教学实施过程开始，教师引导学生选定“有意义”的项目，所谓“有意义”是指项目能够将课程中的理论知识融入项目中并具有开放性；在项目实施过程中，教师在课堂教学中将融于项目的理论知识适当加以讲解，学生可以在项目实施过程中用理论指导实践，同时在实践过程中强化对理论知识的理解和掌握，二者有机结合，既能提高学生的兴趣，又可以在制订修改设计方案、分工协作中锻炼学生的自学能力、实践能力和创新能力，极大地发挥学生的主观能动性。

另外，项目可以采用“搭积木”的方法来实施，由简到繁、由小到大，使积木越搭越大，最后完成项目。在项目完成的基础上，可以引导学生对项目进行总结、交流和讨论，强化项目实施过程中学到的知识和技能。不但如此，还可以引导学生在已实施项目上提出新问题、优化性能、扩充功能，进一步培养学生的钻研精神，挖掘学生的创造潜力。

2 项目驱动教学法在智能仪器设计课程中的应用

项目的选择 项目的选择在项目驱动教学法中起着举足轻重的作用，项目选择要遵循以下原则。

1）尽可能覆盖智能仪器设计课程的所有知识点，如主机电路、信号的输入输出电路、人机接口电路、数据通信接口电路以及数据处理环节和抗干扰环节等，项目完成后学生能理解和掌握智能仪器设计课程所涉及的所有理论知识，掌握运用这些理论知识的技能。

2）项目要具有开放性。一方面体现在项目方案的多样性，不同项目小组的学生可以采用不同的方案、选择不同的元器件；另一方面体现在项目的可拓展性，学生能够在已完成的项目上开展进一步的研究工作，包括性能的优化、功能的扩展等。在项目的实施过程中，学生可以充分发挥其主观能动性，增强团队协作能力，培养钻研精神和协作精神。

3）选择实际的工程项目，可以锻炼学生从事工程项目开发能力，毕业后无需岗前培训直接担任设计开发任务，从而拓宽学生毕业就业渠道。

按照以上原则，选择电梯控制器作为项目开展教学活动。电梯控制器作为一个适用的工程项目，主控电路可有多种选择，如以单片机为核心的主机电路、利用PLC设计主机电路等；在信号的输入输出电路设计中，既包括模拟量输入输出（如电机速度的检测与控制），又包含开关量的输入输出（如电梯门开关的检测与控制）；在人机接口电路设计中，包含键盘和显示器；另外，控制器的设计中还包含数据的通信、处理以及抗干扰技术。

电梯控制器的设计具有开放性，如由单部电梯的控制可扩展为多部电梯的控制，人机接口可由键盘显示器方式升级为语音对话方式等。

项目的实施 项目驱动教学法中项目实施遵循层层推进的原则，按“搭积木”的方法，将项目分解成不同层次的小项目，每个小项目包含在课程的不同章节，由不同的理论知识进行指导，由浅入深、由小到大，课程结束时项目也就完成了。

在主机系统的课程上完后，项目小组可以讨论选用何种控制器作为控制单元，以单片机作为控制器为例，项目小组要确定单片机的选型、搭接单片机最小系统。单片机课程是先修课程，因此这是一项很轻松的工作。但如果部分学生对单片机课程有所遗忘，可通过复习先修课程或查阅相关资料，项目的实施可以进一步强化先修课程的理解和应用。在完成信号输入输出理论课程后，项目小组需要在单片机最小系统的基础上增加模拟信号的输入输出环节，如电梯载人总重量的检测与报警，该环节中包含A/D、D/A转换器的选择和应用，A/D、D/A转换器与单片机的接口，采用保持器的选择和应用等；还需要增加开关量的输入输出环节，如电梯开关门前的检测与控制，该环节包含开关量的输入整形、开关量输出驱动等。

在人机接口课程结束后，项目小组开始对电梯的显示和键盘进行设计，可以选择不同的键盘方案（如触摸屏、机械按键等），也可选择不同的显示方式（如LED显示、LCD显示或CRT显示等）。在学习完通信接口技术、数据处理技术、抗干扰技术后，可分别在已完成模块基础上逐步增加相应的电路和数据处理环节，当课程结束时，项目也就基本完成。

讨论和总结 项目完成后，各项目小组将项目过程中形成的设计方案、图纸、软硬件系统整理后，结合项目的心得体会撰写项目报告，在班级进行成果展示并汇报，其他小组成员可以对该组的项目展开讨论，如：主机系统的选择是否得当，信号的输入输出设计是否合理，元器件的选择是否考虑了功能、性能和经济性要求，数据处理是否有效等。该小组课根据其他学生的建议对项目进行改进和优化。

项目的拓展 项目的基本功能实现后，学生能够较好地掌握智能仪器设计课程的基本知识，利用基本知识开展智能仪器设计的基本技能，该课程的教学任务也就基本完成。但对于一些对智能仪器设计有浓厚兴趣、学习能力强的学生，会有对已完成项目进行拓展的需求。教师可引导这部分学生对项目提出新要求，如功能上的扩展（由原来的单部电梯控制扩展为多部电梯的控制）、性能上的扩展（优化电梯的速度，使得乘坐者既能快速达到目的楼层，又不会感觉不舒服）等。通过功能和性能的拓展，可进一步开发学生的创新思维，挖掘他们的创造潜力。

3 取得的成效和存在的问题及对策

取得的成效

1）学生对智能仪器设计课程产生浓厚的兴趣，学习效率得到明显改善。一方面一改以往课堂上无精打采的状态，课堂气氛变得活跃，与教师的互动明显增加，学习效率提高了，教师的积极性和效率也得到提高，形成良性循环，使课堂教学效果得到明显改善；另一方面一改课后作业敷衍了事的状态，项目组成员分工查阅资料，讨论项目方案，加强与教师的交流，课后学习的目的性很强，有效地提高了课后学习的效率。

2）学生的理论知识和实践技能得到系统训练。因项目选择有针对性，涵盖了智能仪器设计的所有知识点，学生全程参与项目实施的每个环节，所以学生的理论知识和实践技能能够得到系统训练。另外，项目的实施（如方案的确定、元器件的选型、电路的设计和程序的编写）是在理论指导下完成的，使得学生所学的理论能够得到实际应用，而在项目实施过程中通过查阅资料、讨论、教师的指导，使得学生能够在实践中强化对理论知识的理解、掌握和拓展。

3）学生的工程应用和创新能力得到很大提高。因为选择的项目都是实际工程项目，所以项目的实施完成对于提高学生的工程应用能力起着很大的作用。同时因为项目的开放性特点，可以锻炼和提高学生的创新能力，学生毕业后无需进行岗前培训即可直接上岗完成开发任务。

另外，通过项目的实施，学生的团队协作精神、综合运用知识的能力等都会得到培养。

存在的问题及对策 尽管在智能仪器设计课程中进行了项目驱动教学法的尝试，并取得较好的效果，但是笔者认为，要将项目驱动教学法全面推广，最大限度地发挥其功效，还存在一些问题需要解决。

1）项目驱动教学要求教师有丰富的工程项目开发经验，而教师队伍中具备这种能力的人的比例还不高。针对这个状况，可以从两方面开展工作：其一是加强校企科研和项目合作，可以派遣在职教师到企业挂职，为企业解决实际问题的同时锻炼自己的工程经验；其二是可以聘请企业中的资深工程师到学校担任兼职教师。

2）项目选择的问题。任课教师参与开发过的项目数量是有限的，不一定是“有意义”的项目，而且不一定适合教学。针对这个问题，除了要加强校企合作，多培养“双师型”人才，还要按项目选择的原则认真筛选、规范定题，不断积累，提高项目的数量和质量。

3）项目实施中的系统性问题。“积木式”项目实施方法按从简单到复杂、从小到大的原则开展，模块与模块之间的约束关系引起的问题（如阻抗匹配、负载能力等）无法得到及时解决。这部分内容要求学生在项目总体方案设计时必须要从整体出发，考虑各个环节的相互关系，方案设计时任课教师给予详细的指导。

4）组织能力和协作精神的培养问题。项目的实施可以锻炼项目小组组长的组织能力，培养组员的协作精神，但如果组长在项目实施过程中只由一个人承担，其他组员的组织能力就得不到锻炼，有可能引发矛盾，更谈不上相互协作了。针对这个问题，可以采用组员轮流值班的方法解决，即在每个模块的设计和实施过程中由不同组员担任组长，可有效地解决组织能力和协作精神的培养问题。

4 结论

为提高学生的综合素质和能力，增强教学效果和实现培养目标，笔者尝试将项目驱动教学法应用到智能仪器设计课程教学中。实践表明，项目驱动教学法能够解决传统教学方法存在的问题，激发学生的学习兴趣，调动学生的积极性，有效培养学生组织能力和协作、创新、探索的精神，能够使学生系统掌握理论知识、训练实践技能、提高工程实践能力。■

[1]蔡自兴.智能控制原理与应用[M].北京:清华大学出版社,2009.

[2]徐雅斌,周维真,施运梅,等.项目驱动教学模式的研究与实践[J].辽宁工业大学学报:社会科学版,2011,13(3):125-127,130.

[3]张悦.项目驱动教学法在C语言课程中的应用[J].职业教育研究,2007(2):164-165.