自主開放的高校EIP-CDIO培養模式建設研究

劉曉燕

關鍵詞：自主開放；EIP-CDIO；嵌入式系統實驗

對于高校實驗課程建設而言，自主、開放、創新是永恒的主題?！扒度胧较到y實驗”課程涉及的學科寬泛，受眾面廣，要求學生掌握基本知識和基本操作技能外能自主創新。然而，隨著實驗進程的不斷推進，學生在基礎實驗中已經掌握了對理論知識點的驗證，也進行了簡單的自主設計實驗。對于部分善于思考的學生，會在實驗過程中發現自己過去不知道的現象、事實，對學科知識產生更加濃厚的興趣，主動實驗的意識越來越強，自主實驗的需求不斷提高，激發了學生的創新欲望。因此我們有必要在實驗教學中引入EIP-CDIO高等工程教育新模式，將思想政治體系的“職業化”“道德觀”“誠實守信”與專業技術體系的“構思一設計一實現一運作（CDIO）”方面的綜合能力進行有機結合，形成高等工程教育新模式，以培養應用型高級工程技術專業人才，使學生在基礎實驗、綜合設計、應用研究中體驗到創新的快樂和自信，創造條件使這種可貴的品質保持下去，鼓勵學生持續性地把發現的“新”深究下去[1]。

1EIP-CDIO模式架構

由MIT等四所高校創立的工程教育模式“構思一設計一實現一運作（CDIO）”，對基礎理論、個人綜合、團隊協作和系統運作等各方面能力作了全面要求，使學生在學習時，能夠將工程實踐課程與理論知識有機聯系在一起，系統地自我學習與實戰操作，而不是被動地接受。要求能達到“一個愿景、一個大綱和十二條標準”的目標。因此，在設計與實現中引入以道德為導向的全新EIP-CDIO培養模式，植入思政元素中的道德（Ethics），誠信（Integrity）與職業素養（Professionalism），為傳統CDIO注入了新鮮血液、賦予了全新的內涵。

EIP-CDIO這一教育理念的本質是強調知行合一，將思想道德與設計創造相結合，在設計創造中體現學生對思想道德的認識，通過職業素養保證項目的設計與實現，在培養過程中注重人文精神的熏陶，從而使培養出的工程師具備優秀的職業道德、正直、富有責任感[2]。除了CDIO核心文件要求達到的基礎理論、個人綜合、團隊協作和系統運作等各方面能力以外，還突出了工程創新能力、人文素質與職業道德標準結合的新型工程技術人才，與中國特色社會主義背景下的核心價值觀相呼應，為中國的復興之夢助力[3]。

2EIP-CDIO模式下的“嵌入式系統實驗”課程自主開放體系建設

在EIP-CDIO模式理念下，“嵌入式系統實驗”課程自主開放體系可以分解為5個模塊，其體系結構、模塊內容及實施路徑如圖1所示。

要在開放式實驗教學中充分融入EIP-CDIO培養理念，就需要在每個環節植入EIP-CDIO元素，各模塊的具體培養目標如圖2所示。

2.1EIP-CDIO模式下的自主開放引導

自主開放為相對開放，對于大學生實驗而言具有很大的靈活性。高校實驗教學相比理論教學而言，由于具有參與性及實踐性，具備一定優勢。

要應用EIP-CDIO培養模式，關鍵在于如何結合實驗教學進行引導，讓學生了解和意識EIP-CDIO培養思路。EIP-CDIO培養體系首先要求具備正確的思想認識與扎實的工程理論基礎，因此，自主開放引導必須與基礎綜合訓練項目相結合[4]。在掌握基本原理、基本技能的基礎上，除了對常規理論知識進行分析和驗證外，通過對實驗教學內容及形式的靈活有效設計，在實驗進程的不斷推進中，引導學生用理論聯系實踐，加深對理論工作原理的理解，對一些較為抽象、學生難以理解的知識點進行現象觀察、數據分析，使學生能夠加深對理論知識的掌握，培養其濃厚的學習興趣。同時能不斷提高學生強烈的好奇心、促進求知欲、激發學生的創新意識，解決理論教育的不足[5]。引導學生的自主開放意識，該環節融人EIP-CDIO理念及培養目標，由興趣人手，以學生為本，植入道德（Ethics）、誠信（Integrity）及職業化（Professionalism）精神。介紹科技引領世界發展與改革的先進理念，分析當今國際形勢，可教育、引導學生深刻理解、適當設計修改電路圖及程序，觀察不同的實驗結果。引導學生在實際工程應用中自覺踐行各行業的職業操守和職業規范，傳承工匠精神，增強職業責任感。促進學生基礎知識的掌握、基本能力的培養、EIP-CDIO理念與素質協調發展，提升學生理論水平、全面提高動手實踐能力及創新思維，開啟學生健全心智、自主學習、自主創新的“金鑰匙”。

2.2自主開放的EIP-CDIO模式下項目專題研究

EIP-CDIO培養模式下的項目專題研究是由教師和學生通過團隊協作實施完成的一個完整項目。通常由相關部門及指導教師作為這一活動的引導者，結合自己的專業和能力，并制定相關政策，設定項目任務、指導項目實施、組織項目驗收。要鼓勵學生注重學思結合、知行合一[6]，有利于培養學生自主學習、敢于堅持、勇于探索、不屈不撓的科學家精神。鼓勵學生自主提出實驗課題并進行研究活動，推進研究性學習。

學生團隊設計的基于STM32LA76RG，STM32CUBE、機智云（Android）的多功能鴿籠，利用免費開源云平臺搭建的互聯鴿籠能夠實現對鴿舍內溫度和濕度的實時監控，鴿子的歸巢時間采用STM32內部的RTC時鐘，使用光電對射管檢測鴿子是否到達，將此時的RTC時間傳送到云端，并能在手機APP端顯示。對于鴿子的溫濕度的監控可以采用DHT11溫濕度傳感器進行監控并且上傳APP端，用戶可以很方便地查詢到溫濕度，并且在溫濕度超標的情況下APP頁面的最下角有報警提示，開啟通風扇對鴿舍內進行通風減少溫濕度，方便后續飼養人員的處理，遠程化的開關避免了對鴿子的驚擾，使得賽鴿的成長環境更有利，歸巢特性更好。實物及手機終端如圖3所示。

2.3自主開放的EIP．CDIO模式下的學科競賽

學科競賽作為大學生自主開放實驗的重要載體，通過知識學習原動力、能力培養內動力、榮譽與經濟激勵動力和學分吸引動力等四大驅動力，激發學生自主進行開放實驗[7]。

學科競賽能有效驅動學生自主進行開放實驗，為學生提供一個把理論知識和實驗實踐有機聯系的平臺，老師對學生進行一定的培訓，包括大賽的相關規則、競賽軟件的培訓、競賽練習、校內競賽活動的組織等[8]。EIP-CDIO培養模式下為促進電子信息、計算機科學與技術、電氣工程、自動化、測控技術與儀器等相關專業和課程的建設，倡導積極開展課外學科競賽和課程學習競賽，大力支持學生參加相關學科類競賽，并正式發表論文或專利，或國家級、省部級以上競賽獎等。例如，學生作品基于STM32F103C8T6，STM32CubeMX，Keil uVision5的機智云（Android）平臺智能臺燈，是一款能夠遠程手機控制的智能臺燈。創新點在于能夠根據周圍亮度自動調節光亮。在檢測到臺燈周圍沒人時臺燈自動熄滅，達到節能的效果。作品采用STM32F103C8T6作為控制芯片，TM32CubeMX與Keil5作為程序開發軟件，SIM900A作為聯網部分。實物如圖4所示。

同時，在歷屆全國智能車比賽中也屢獲佳績，僅2022年就有兩個隊獲得國家一等獎、四個隊獲得賽區一等獎。

2.4自主開放式EIP．CDIO模式下的自主研學創新

通過自主開放的EIP-CDIO培養模式下的實驗課程，能培養學生“敢想敢試會闖能創”的能力，培養學生在實踐實操的過程中實現“三創”，即“創新精神、創造意識及創業能力”。結合理工智能類學科根據其專業特點，設置自主開放實驗，實驗教學活動逐漸轉變為學生自主構建知識，通過以小組為單位自主設計實驗方案、操作實驗設備，分析實驗現象和撰寫實驗報告等一系列形式，培養學生學習能力、發展其創新能力、增強動手技能。同時將理論教學與實驗教學統籌協調[9]。

實驗教學環節的安排要充分體現思想進步開放、課內課外一體、開拓創新，才能有效實現EIP-CDIO教學模式的系列化、豐富性，可持續性。以學生自主設計的智能澆水系統為例，本系統所設計的主要功能是用戶可以在Android客戶端應用軟件上遠程查詢、控制該系統中的各個傳感器所檢測到的數據。本設計將澆水系統與Arduino單片機和互聯網結合起來作為創新特色，設計了一個能夠實時監測花草的土壤濕度、空氣溫濕度以及光照強度并且能夠通過Android客戶端應用程序查看相關數據并遠程澆水的控制系統。當使用者出差時可通過Android客戶端應用程序查看相應的數據，使用者根據相關數據判斷是否澆水[10]。此外，當光照過強時，該系統會通過ESP8266Wi-Fi模塊向Android客戶端應用程序發送提醒，提醒使用者光照過強，應當把花草等植物移進室內。作品實物及手機終端如圖5所示。

3結束語

在自主開放的EIP-CDIO培養模式下，特別是綜合設計型實驗值得研究，但它不是實驗室的固有項目。將學生的課外學習成績以學分的形式體現，實現因材施教、人文關懷，更能激發學生的創新欲望、培養學生的研究興趣和創新能力。