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E-CDIO视角下《RFID原理及应用》课程教学改革研究

​麻英晖 戴静

河北环境工程学院,河北秦皇岛,066102

摘要: 为有效保证工程实践类课程的教学质量,创新学习环境,文章提出一种E-CDIO视角下对课程资源进行重构和扩充的方法。通过《RFID原理及应用》课程中该方法的应用,该模式有利于学生开拓创新与合作能力,取得了良好的教学效果。
关键词: E-CDIO;创新创业;教学改革
DOI:10.12721/ccn.2022.157185
基金资助:河北环境工程学院2020年校级教学改革研究项目(yb202032)。项目课题题目:E-CDIO理念在高校信息类课程中的应用研究。
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当前,转型应用型大学、创新创业训练及实践,高端技术产业向学生群体的布道与启迪,构成了培养学习高效型、应用型实干人才的土壤。以市场正推需求,以就业倒推课程。工程类课程教育大多延续了教中学,学中练的传统模式,存在知识结构单一、实践能力不足、创新能力差等问题。导致人才输出与用人单位需求脱节,就业困难。本文立足CDIO工程教育思想,强调体验,创新性的将建构主义应用于课程资源重构。通过教学情境与师生定位的调整,驱动课程与生产实际相结合。通过《RFID原理及应用》课程实践证明,该研究对推动课程向应用型转变有积极作用。

一、现状与问题

1.1 创新创业

深化高等学校创新创业教育改革,是国家实施创新驱动发展战略,促进经济提质增效升级的迫切需求。近年来,大学生创新创业训练项目及比赛项目发展良好,有效推动了教学成果转化及应用型人才培养[1]。仅2020年,河北省大学生创新创业训练计划立项500余项,获财政支持550万元。

信息技术的科技创业者,区别于传统概念“技术商业化”,倾向于面向市场需求,将技术创新性地融汇于相关产业或产业链。其创新活动特点为:以专业知识为基础;团队化,强调合作,深入经营管理等市场化活动。创新型人才的培养,对综合素质要求高,对知识结构的健壮要求高,对思维迁移和发散的能力要求高。

1.2应用型本科建设

我国应用型本科建设已历经十余载。面向职业与创业,高校已经成为培养应用型人才的前沿阵地,应用型本科教育已成为高等教育、强国发展的重要支撑。

伴随着国家发展的变迁,高端服务业向制造业转型,高新技术产业发展迅猛。技术产业的落地生根与发展壮大,是一项跨越时间,纵横空间的系统工程。技术栈、协议栈的开发应用,是推动行业发展的原动力。应用型人才的培养,是就业视角下广大毕业生拥抱专业,接轨社会的必经之路;是发展视角下年轻一代突破壁垒,迎战群雄的必经磨砺。

1.3传统教学方式的弊端

挑战和机遇并存。国家发展带动应用型高校转型发展,对传统教学模式及资源配置提出了严峻考验。意识上,课堂教学立足“教得会”、“听得懂”,教学场景易陷于单向灌输;教学思路偏重逻辑梳理与知识充盈;教学资源常卧于纸上,记在书中。老师们苦于学生听不懂,知识结构单薄[2]。学生们却因为缺少必要的知识能力转化,对专业前景迷茫,对就业方向踟蹰。缺少专业知识支撑的创业,使得多数创新概念难以落地。创业活动局限于开店铺、搞零售等传统服务业项目。总体呈现人才与市场双向选择困难,教学、创新与就业缺少良性互动的局面。

二、建构主义学习观与E-CDIO

2.1 师生角色定位与项目化教学

建构主义教学理论为营造教学场景提供了基础视角。在教育者清晰认识学习过程的基础上,策略性、针对性的开展教学活动。

与传统教学相比,学生拥有更多的自主性,成为学习活动的主体。教学者通过辅助与引导,积极推动学生主动搜集并分析相关资料,提出问题解决方案。在做与学的过程中,完成对新知识的吸收,即意义建构。

通过对建构主义学习观的研究,以问题和应用为驱动的方式与应用型本科教学,尤其是工程类实践教学的宗旨高度契合。面向应用的教学,以项目为导向,迫切需要与生产实际建立紧密联系。其目的在于充分调动学生的积极性,激发求知与探索的乐趣。与教学者一道,共同思考“利用所学知识能做什么”,“解决问题要学些什么”。

综上,重构师生定位,调整教学资源的供给方式,教学重难点向项目关键问题的合理转换,成为项目化教学顺利开展的关键问题。

2.2 CDIO向E-CDIO的进化

CDIO是构思、设计、实施、运作的缩写。该理念继承并发展了欧美工程教育理念,提出了系统的能力培养,包括培养计划、方法、师资、考核、环境、过程和结果的12条标准,对于工程实践类课程设计具有重要指导意义。教学者可以有机组合CDIO中的部分环节,形成具有系统化及高可行性的,用于培养学生综合能力的应用向教学方案。例如,针对课程,受限于课程周期,运作环节的设计与实现可行性较低。另外,由于教学实践与生产实践的社会工程属性差异,教学过程需要首先激发学习兴趣,才能为后续理论学习、困难攻坚打下基础。

E-CDI模式研究,即增强体验(experience),弱化运作,集中呈现项目中前期实现及管理,更加符合课程建设实际;面向创新创业,特别是针对创新训练,为了让学生直观感受学习与项目的区别,设计E-IO环节,先期弱化自主设计研发阶段,引导学生投入生产环节,感受项目实施及运作,有利于高效构建项目思维,激发工作热情。

三、基于E-CDIO的课程重构

通过对E-CDIO理念的思考和迁移:增强体验,引发兴趣;以设计、实施取代单向教授;课程嵌套创新,持续运作,催化课程知识,建立知识和应用高度关联的教学模式良好契合当前应用型本科建设需求。结合已有课程大纲、设计及方案,本文提出一种课程重构方式,充分利用既有经验,改善课程体验,增强学习效果。

3.1 角色定位与情景设置

教学者的主要任务是提供较为完备的学习资料,形成泛课程的闭环知识储备,合理划定完成基本学习任务的能力边界,避免出现学不可达的情况。另外,教学者作为项目的关键干系人,需要串联起各个环节,推进学习过程。学习者根据不同方式可采用的定位包括:一是工作组成员,符合实际项目特点,存在问题在于不同的分工与共有的能力培养目标可能出现偏差,即过度分化与课程低关联的知识技能。

图1 工作组成员模式

针对这一问题,如采用工作组角色定位,需要合理划定成员定位,工作任务充分交叉,相互渗透。例如,通过设定高频次的头脑风暴和交流会议,充分沟通信息;二是以新入职员工岗位初培为情境,合理带入目标设定,即相关知识的了解与掌握,相关技能的学习与应用。

图2 岗位初培模式

3.2 课程资源的重构与扩充

以《RFID原理及应用》课程为例。原教学大纲的基本逻辑为:由物联网基础知识引发对常见识别技术的探究,由射频识别技术的广泛应用进一步引申天线设计、单片机及嵌入式控制、上位机应用相关知识,最后进行不同频率下RFID设备的设计与实现。

E-COID视角下的该课程,问题前置包括:物联网应用技术开发,单片机及嵌入式技术应用,Web及移动应用开发。原大纲第8章的应用描述转为前置问题,见表1。以问题倒推技术路线,重构后的第5章内容,在课本内容的基础上(STM8单片机)进行了技术选型的扩展,包括51单片机、Arduino及树莓派开发板。在控制逻辑基本相同的情况下,学生根据不同的选型,可以学习不同开发环境。从学生的角度出发,对技术标准的研学较为枯燥无味。而在生产实际中,标准与协议直接定义了软件层面的部分逻辑。跟随项目进展,势必掌握相关标准及协议,才能进行下一步开发。

表1  课程大纲重构对比

3.3 课程改良成效

重构之后的《RFID原理及应用》课程教学过程中,E(体验)环节具体实现为:让学生体验电梯梯控、饭卡消费系统、门禁系统的使用,初探RFID技术的实现及应用。通过“物理网技术是如何引入万物?”等问题引入产品设计,通过“你学习的哪一项技术可支撑射频芯片的外围电路搭建?”等问题促进学生对既有知识的应用。以学生对产品的体验,对问题的思考,推动教学进展。

教学组织形式设计上,尝试增加交流互动环节。互动的对象包括专业相关领域的教学者以及创新创业活动涌现的优秀学生及技术发烧友。互动的方式包括现场交流与问答和远程会议直播。该环节对于提升基础技术的学习和发散效果显著。例如,在MCU选型问题上,各路开发者互通有无、交流心得,实现了知识互补与方案拓展。

课程内容的拓展上,针对相关产业的商业模式、应用场景和发展趋势进行了扩充。突破书本的章节模式,体现了多门学科,多项技术的交叉特性。按照技术研发、产品设计、从业与创业的路线分模块对教学内容进行了重构。

四、结语

E-CDIO视角下的课程设计,以项目实践驱动知识学习与技能应用。使学生对课程的知识结构、应用结合有良好认知,契合应用型课程建设。在CDIO整合过程中,如果学生有好的创意,可根据学生需求,进入创新创业孵化中心进一步实践锻炼,获取更加丰富的知识和技能培养。

通过对课程资源的重构增强课程实用性的方法较适用于高年级综合应用类课程。与该方法相对应的评价体系尚未建立,反馈的主要渠道仍旧依托于常规的评价表格及交流沟通的主观输出,缺少客观的教学效果评价方法,在后续研究的过程中将逐渐予以完善。

【参考文献】

[1]彭彩红. E-CDIO视角下《网络工程》课程改革研究[J].福建电脑.2019,35(01):98+167.

[2]白向伟. 应用型本科学生就业创业教育现状和路径研究[J].科技视界.2021,(28):189-190.

[3]沈苗. 论建构主义学习观对当前我国课堂教学的启示[J].教育教学论坛.2012,(14):108-109.

【作者简介】 

麻英晖(1986.04-),男,汉族,河北秦皇岛,河北环境工程学院,实验师,硕士学位,研究方向为物联网技术应用。

戴静(1988.07-),女,汉族,河北秦皇岛,河北环境工程学院,讲师,硕士学位,研究方向为通信与信息系统。