项目驱动式控制类专业实践教学模式研究

摘要：本文针对本科控制类专业进行了项目驱动式教学模式的研究与实践。在项目规划方法上，将控制类专业实践教学规划为若干类项目，并对各类项目之间的联系进行了研究；提出了适应项目驱动教学法的实验设备整合办法；最后给出了项目驱动法在实验教学中的实施、评价方法。通过我校测控09级专业本科生的实践，验证了项目驱动式教学法的有效性。

关键词：项目驱动；实践教学；教学模式

中图分类号：G642.0？摇 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）03-0234-02

早在20世纪初，美国著名实用主义哲学家和教育家杜威就提出：人不能通过消极被动地听讲或看书来获得知识，应该在“做中学”。他认为，教学不仅要使学生获得经验，而且要使学生的经验不断地改造和生长。学生通过参与大量的活动，学会搜集资料，发现问题，提出解决问题的方法并在实践中检验其有效性与可行性[1]。项目驱动教学法在德国、日本等国得到了广泛的应用[2-4]，该方法的实施极大地调动了学生的学习积极性[5]，使学生在项目实施过程中体会到成功的喜悦，再加上由于部分項目是以小组为单位完成的，这就需要团队成员主动参与，成员之间需要精诚合作、民主协商、充分讨论并正确决策才能确保项目的顺利完成，从而培养了学生的合作能力和团队精神[6]。项目驱动法在我国主要应用于职业技术类学校及高校的部分实践类课程上，并取得了较好的教学效果[7-11]。项目驱动法在某个学科的系统化研究与应用，需要解决实验设备问题，需要对传统的课程进行改革，对教师队伍和管理水平要求较高，因此目前还未见有相关报道。基于项目驱动的控制类专业实践教学模式研究，对于培养我国急需的掌握机电和测控等多学科技术的综合人才培养具有重要的意义，也将为项目驱动法面向学科的研究与应用提供一定的理论与实践的指导。本文是在辽宁省高等教育改革项目和沈阳化工大学教改项目的资助下，对我校控制类专业基于项目驱动的实验教学模式改革的总结。

一、项目规划及实验设备整合

1.项目规划。（1）控制类专业实践教学按项目分为三类：基本技能训练项目、专业技能训练项目和综合应用项目。每一类项目按控制类专业教学计划，又规划出若干子项目。如基本训练项目类包含移动机器人本体设计制造、智能仪表外壳设计加工、单片机最小系统电路板设计与制作等子项目；专业技能训练项目包含电子称设计、温度闭环控制、流量闭环控制等专业方向相关子项目；综合应用项目包含移动机器人系统、智能流量计等综合类子项目。（2）项目类之间的联系。不同层次项目之间的联系的研究上，如综合项目中的智能机器人项目，在基本技能训练项目阶段，除了完成测控类所必需的基本技能训练外，完成机器人壳体的制作、电路板的加工制作；在专业技能训练项目阶段，除了完成测控类必需的专业技能训练外，完成智能机器人的传感器设计、调理电路设计及计算机控制系统的软硬件的设计及调试；在综合训练阶段，重点在控制算法，轨迹规划及复杂任务的实现上对智能机器人进行实现；再如综合项目中的智能仪表项目，在基本技能训练项目阶段，完成仪表的结构设计及制作、电路板的加工制作；在专业技能训练项目阶段，完成智能仪表的传感器设计、调理电路设计及计算机控制系统的软硬件的设计及调试；在综合训练阶段，将仪表结构（包括显示面板和操作面板）与传感器、控制器等整体组合，实现面向实际工程的智能仪表的项目，完成仪表的校准并应用于实际。充分注重项目类之间的联系，明确每个子项目与综合项目的关系，能增强学生对子项目工作的积极性；通过各子项目的完成，最终实现综合项目，降低了综合项目实现的难度。

2.实验设备整合。根据项目类进行控制类专业实验设备整合。基本技能训练项目上，组建三个平台。由小型多功能车床、钻床、焊机等组成的机械结构件制作平台，使每个学生能够进行基本结构件的加工，能设计和制作出仪表外壳、机器人本体等作品；由雕刻机、制板机等组成的电路板制作和电子元器件焊接的电子电路板制作平台，使学生能够进行双面印刷电路板的设计与制作，熟练完成电子元器件的焊接；由万用表、示波器、多功能校验仪等组成的控制系统调试平台，使学生能够熟练地使用调试设备，能进行较复杂自动控制系统的调试。专业技能训练项目上，硬件系统由小型流量闭环控制装置、温度闭环控制装置、振动台装置、涡流测距装置、应变式力传感称重装置、差动变压器特性测试装置、图形处理装置等多种工程对象装置组成，每种装置都配备了工业级传感器和标准计量仪表；搭建了由数据采集卡和PC机组成的通用测控平台，可对如上工程对象装置实现基于虚拟仪器的测控或基于组态软件的测控。综合应用项目上，硬件系统由小型轮式机器人和面向结构的智能仪表综合设计单元（每个单元由调理板、显示板、外壳、电源板组成）组成。小型轮式机器人，每套配备有超声波传感器、红外传感器、触须传感器、颜色传感器及编码器，可实现机器人的各种测控任务；面向结构的智能仪表综合设计单元，可实现面向实际工程的智能仪表开发和设计。通过指导学生参加机器人大赛、“挑战杯”创新大赛等各类项目、参与教师的实际工程项目等使测控类学生综合设计和实践能力得到提高。

二、项目驱动法在实验教学中的应用

1.实施方法。项目驱动实验教学法的实施有以下几个方面：（1）项目准备。在使用“项目驱动”教学时，教师应首先向学生布置本课程、本阶段、本单元的实验项目，要求学生带着要完成的项目或带着要解决的问题去实验。以探索问题来启发学生的学习兴趣和动机，教师引导，充分调动学生的操作积极性。（2）项目分析、操作实验。提出项目之后，让学生讨论、分析项目，提出完成项目需要做哪些事情，即提出问题。在此基础上，教师将项目的分析进一步总结、归纳，明晰和确认同学们动手实践需要完成的实验项目。然后留给学生充足的操作时间，让学生大胆去试，使他们在操作中体会、感受和领悟，发现问题，解决问题。（3）交流讨论、评价总结。此时应该集思广益、开拓思路、鼓励创新以教师点评为主，查漏补缺，讲解一些共同的难点和重点，并触类旁通，给出大量应用实例，进一步加深学生对所学知识的理解。尽可能开展一些热门问题的讨论，进行作品欣赏或方法交流，让学生在思路上得到一些启发，激励学生的学习兴趣。

2.项目学习评价。项目驱动法教学中，学习效果主要由完成项目工作的质量来衡量，主要包括教师评价、学习小组评价和自我评价。围绕学生在项目设计过程中，从项目剖析→任务分解→知识点学习→知识点应用→目标搭建→目标组合→项目完成的一系列活动中，通过师生间的互动交流、学生间的互助协作，考查学生对项目任务的理解、知识点的学习领悟及应用各种开发工具完成相应项目设计的能力。项目学习的最终目的是通过知识点的组合与搭建，完成知识向能力的转换。教师从项目内容选题→项目剖析→任务分解→知识点学习→知识点应用→目标搭建→目标组合→项目完成的一系列教学活动中，由原来的知识传授者变为学生学习的合作者。

3.应用效果。2009年我院完成了按项目分类进行硬件整合，并对控制类专业项目进行了编制，对我院测控技术与仪器专业09级本科生进行了项目驱动式实验教学。学生们经过基本技能、专业技能和综合应用项目训练后，在2012年本科毕业设计答辩时，每个人都拿出了自己设计的完整的作品。在项目驱动模式的课外实践中，测控09级80%的同学参加了各种科技活动。从2010年到2011年，先后有近10人次在各类机器人比赛中获奖，近40人通过参赛得到了实践锻炼；与此同时，多个学生项目获得了省大学生创新计划资助立项。

项目内容构建是项目驱动法实施的基础，在项目内容选取中，依据学生认知特点，充分分析控制类专业应用技术能力的具体要求，及学生学习的前后课程之间的关联，由简单到复杂，层次分明、科学合理地进行规划。项目设置既要将教学内容的理论与实践结合在一起，又要能够激发学生的学习兴趣，项目完成过程比教师讲解实例要难些，尽量结合其他学科，有一定的综合性。在项目驱动实验教学法实施过程中，要充分发挥学生的主体地位和教师的辅导作用，在实施过程中需要精心地引导学生学会如何去发现，去思考，去寻找解决问题的办法；在任务完成之后需要及时总结和指导，鼓励学生自己提出问题，自己解决问题。最后，有明确的评分标准，可以对完成的作品进行评价。学习结束后，师生共同总结，并可以把项目内容延伸，以适应以后的需要。通过对我院测控技术与仪器专业09级本科生的实践证明，项目驱动法对于提高学生的实践技能、增强创新能力是十分有效的。

参考文献：

[1]栾玖华.项目教学法在技能训练中的实践与思考[J].VOCATIONAL TECHNOLOGY，2008，90（2）：42-42.

[2]马立武，祁伟.近年德国促进职业教育发展的新举措[J].ZHONGGUO ZHIYE JISHU JIAOYU，2007，（261）：54-55.

[3]刘邦祥，吴全全.德国职业教育行动导向的教学组织研究[J].ZHONGGUO ZHIYE JISHU JIAOYU，2007，（261）：51-52.

[4]WANG Liyan. Study the Development of Professional Career Education in Higher Education Institutions of Japan[J].VOCATIONAL AND TECHNICAL EDUCATION，2009，30（19）：83-87.

[5]LI Lili，LI Yao. Project-driven Mechod in the Laboratory Peaching[J].Computer Knowledge and Technology，2009，5（28）：7991-7992.

[6]陈晓兵，张永军，王文豪.面向学生主体和项目驱动的软件工程教学模式研究[J].Computer & Information Technology，2007（12）：105-106.

[7]毕国芳.项目教学法在电子电路分析与应用课程中的实践[J].Science and Technology Tnnovation Herald，2010，（10）：159-160.

[8]CHEN Xingyuan. Project Teaching Method Applying in the Course of Web Design[J]. Computer Knowledge and Technology，2010，6（6）：1360-1361.

[9]QIU Yujiang，ZHANG Hongfeng. Application of Teaching Method Based on Project Items in Machinery Design Teaching[J].Computer Knowledge and Technology，2010，（4）：84-99.

[10]HUANG Xiaoling，DUAN Fengyun，ZHAO Jianke. Practical Teaching Based on Project Object Method[J].RESEARCH AND EXPLORATION IN LABORATORY，2006，25（3）：279-286.

[11]ZHANG Mei. Application of Project approach to the Robot Technology Training Course[J].RESEARCH AND EXPLORATION IN LABORATORY ，2010，29（9）：89-91.

基金項目：沈阳化工大学教改项目：面向工程的测控类实验教学模式研究（2012A13）。

作者简介：符秀辉（1963-），男，辽宁沈阳人，博士，教授，沈阳化工大学信息工程学院。