基于CDIO项目式教学法的信息化课堂教学设计思路探索

刘万村

摘要：课堂是学生吸取理论知识和专业技能的主要场所，课堂教学方式选择的合理与否直接影响了教学效果的好坏，因此探索合理的课堂教学方式，是高职院校教师长期以来一致研究的课题。本文以“寻迹小车的设计与制作”项目为例，设计了电气类专业实践类课程的教学方法，，该方法结合CDIO项目式教学法，在课堂教学中融入信息化教学手段，可有效提高的课堂教学效果。

关键词：CDIO；项目式教学；信息化教学

一、引言

课堂是学生吸取理论知识和专业技能的主要场所，课堂教学方式选择的合理与否直接影响了教学效果的好坏，因此探索合理的课堂教学方式，是高职院校教师长期以来一致研究的课题。本文以“寻迹小车的设计与制作”项目为例，设计了电气类专业实践类课程的教学方法，该方法结合CDIO项目式教学法，在课堂教学中融入信息化教学手段，可有效提高的课堂教学效果。下面将从教学内容分析、教学设计思路、教学过程设计三个方面给出本项目课堂教学设计的思路，为同类课程的教学实施提供参考。

二、教学内容分析

“寻迹小车的设计与制作”项目包括以下四部分的内容：（1）循迹原理；（2）颜色检测机构的元器件选择；（3）检测机构硬件搭建与电路连接；（4）检测机构功能调试。项目主要是让学生掌握循迹的原理和设计思路，为了不使问题复杂化，让学生更易于理解，选用了较简单的三个传感器循迹的典型应用实例。

教学的重点是让学生掌握循迹功能检测机构的设计与实现，但是由于相关知识学生在之前的课程中已经掌握了一些，因此，本项目重点是培养学生设计方案的思路和综合运用知识解决问题的能力，此外，在教学中注重学生的团队协作能力的培养，以提高学生的综合素质。

高职学生普遍具有如下的特点：专业基础较差，学习自觉性不高，逻辑思维较弱，但思想较活跃。针对学生特点因材施教，在教学中应强化基础知识，课上多让学生发言，引导其主动参与学习，提高自学能力。

三、教学设计思路

本项目是一体化操作的项目，为了使学生在这个过程中将理论与实践更好地结合起来，达到主动学习的目的，并在工程基础知识、个人能力、人际团队能力和工程系统能力四个层面都有所提高，在项目中融入CDIO教育工程理念，将教学过程分成构思（C）、设计（D）、实现（I）和运行（O）四个阶段，设计如下：

构思阶段：项目以“自动搬运机器人”应用的视频引入，使学生直观的了解循迹的特点，总结出循迹的原理，并以图示的方式分解循迹过程，引导学生整理设计的思路。

设计阶段：学生根据课前收集的资料，结合循迹原理，选择检测机构的元器件种类和具体参数；并总结出检测机构与行走机构的逻辑关系，画出三个检测模块与驱动电机关系的流程图；并画出连接线。

实现阶段：为保证学生设计无误，降低实物损坏的可能性，首先采用虚拟软件进行硬件搭建、连线和仿真，虚拟仿真通过后，学生才可以利用实物进行安装和连线。

运行阶段：硬件搭建完成后，线路检查无误后，下载例程，进行整机调试。

四、教学过程设计

项目中需要用的教学资源包括虚拟软件、视频、FLASH动画等多媒体资源和光电检测器件、直流电机及驱动机构、单片机主控板、单片机编程下载软件、杜邦线若干、投影仪、电脑、多媒体课件、白底黑条测试场地等实物元件。

1.课前准备

在课前准备阶段，教师主要做了如下的工作：

（1）教师根据教学大纲确定上课内容，并通过查阅百度文库、google学术

搜索、中国知网等学术资源网站，收集参考资料，补充教材中缺漏的知识点，同时收集大量的电子素材。

（2）教师制作多媒体课件，将图片、视频等更直观的表现形式放入课件中，并制作FLASH动画、虚拟仿真软件，使学生更容易理解所讲授的知识点。

（3）教师课前制定任务书，并通过互联网下发到每个学习小组的邮箱中，为学生课前提供学习思路，并在QQ讨论群中帮助学生解决课前的知识盲点，为授课过程的顺利进行奠定基础。

2. 项目构思

在这一过程中，运用图片、视频等表现形式，将学生平时不常见的搬运机器人展示出来，让学生对循迹有初步的认知，再通过动画演示，帮助学生分析循迹系统的组成，进而了解循迹的原理。过程如下：

（1）由课件图片引入搬运机器人，并让学生例举所见过的搬运机器人，从而了解搬运机器人的种类。

（2）播放2种“搬运机器人”循迹行走的视频，让学生仔细观察车体循迹过程的特点和表现形式。并回答问题：循迹实现的功能是怎样的？有哪些特点？

（3）采用虚拟软件中的循迹机构分解图，让学生回答问题：循迹机构由哪几部分构成？引导学生掌握循迹的原理。

（4）根据上述的分析，让每组学生根据课前查阅的资料，讨论问题：可用于颜色识别的传感器有哪些？并给出自己组的方案。

3.项目设计

在这一过程，先通过学生方案的描述，选择一种方案，并将选择的传感器模块和电路图用图片表现出，让学生明白检测的原理；在通过动画演示循迹过程中检测机构和行走机构的关系，让学生总结规律，然后给出电机控制的逻辑值表，学生利用VISIO软件画出检测机构和行走机构的控制流程图，最后给出参考电路原理图。过程如下：

（1）根据视频提出检测机构的性能要求，让学生选择传感器种类、型号及工作原理，最终选择一种经济合理的方案，通过图示讲解传感器颜色识别的原理。

（2）播放循迹动画演示，让学生观察传感器状态与车轮之间的关系，并利用VISIO软件画出检测机构和行走机构的控制流程图。

（3）教师选择一组的流程图，进行点评和纠错。

4.项目实现

在这一过程中，学生首先通过虚拟仿真软件进行接线连接和虚拟运行，通过后在用实物进行操作，教师在这一过程中主要为指导者和被咨询者。具体过程如下：

（1）学生使用虚拟软件进行硬件的搭建和连线仿真，并应用测试程序进行调试，调试成功后，使用实物进行安装和调试。

（2）实际操作过程中学生利用套件进行检测机构的安装和测试。

5.项目运行

在这一过程中，学生合作对安装完成的电路进行检查和测试，调整传感器检测颜色的返回值，确定检测的是那种颜色，无误后进行整机调试，并填写项目实施单。教师在这一过程中主要为指导者和被咨询者。

6.总结点评

在这一过程，学生先自己总结各组的完成情况，让后教师进行点评，最后教师总结本次课的知识点。

五、结束语

在本项目的课堂设计中，按照项目的构思、设计、实施与运行四个步骤，全面的体现了授课过程中的两个特点：（1）采用基于CDIO工程教育理念的项目教学法，在实训室进行一体化教学，在教学过程中教师逐渐由讲授者变为指导者，学生逐渐由听课者变为独立工作者，增强了学生的自主学习能力；（2）采用虚拟软件、视频、多媒体课件、FLASH等信息化教学手段，有利于学生对抽象概念的理解，激发了学生的学习兴趣，并且可以缩短一些知识点的表述时间，提高了讲课效率。

参考文献：

[1]田生湖.我国高校信息化教学的现状、趋势与发展策略[J].当代教育科学，2016.11.

[2]李蕊.信息化教学对现代职业教育的重要性分析[J]，天津职业院校联合学报，2016.3.