项目驱动法在实验室实践教学中的应用

(南京财经大学 信息工程学院,江苏 南京 210046)

摘要:“项目驱动”法是将工程项目的理念引入教学中,这种方法更有利于调动学生的积极性,有利于培养学生的工程意识。该文介绍了利用“项目驱动”方法和思想改革高校实验教学以及相关的一些尝试,文中给出了方法的应用流程,并对该方法应用的问题及发展进行了分析。

关键词:项目驱动;实验教学;教学改革

中图分类号:G642文献标识码:A文章编号:1009-3044(2009)28-7991-02

Project-driven Method in the Laboratory Practice Teaching

LI Li-li, LI Yao

(Information Engineering College, Nanjing University of Finance & Economics, Nanjing 210046, China)

Abstract: Project-driven method is to project the concept of the introduction ofteaching,this approach is more conducive to mobilizing the enthusiasm of the students are conducive to students of the engineering sense. This article describes the use of project-driven approach and ideas of the reform of experimental teaching, and related some of the attempts, this paper gives the method of application process and application of the method analysis of problems and development.

Key words: project-driven; experimental teaching; teaching reform

理工科专业中,实验室实践教学是极其重要也是必不可少的一环。随着科学技术的不断发展,社会对于人才要求的不断提高,实验室在专业教学中的角色已经由辅助验证课堂知识,提高对原理的理解转变为,与课堂理论教学相配合,着重提高学生的实践动手能力。而实验内容也从传统的验证型实验转变为以验证型实验为基础,综合型设计实验的比例大幅度增加。教育部本科教学水平评估中也将综合型实验的比例作为评估的一个重要指标之一。新的发展,新的形式呼唤新的实验室教学方法、新的模式、新的思路。

1 实验室教学存在的问题

目前,在高校实验室中,以往的实验多以模拟、验证为主,基本上是验证性实验,教师安排和控制所有的实验环节,实验内容与课本知识紧密结合,每个实验之间相对独立,联系性不强。在这种以教师为主的教学模式中,学生处于被动学习的地位,往往兴趣不高,主动性不强;同时,教师对实验环节的过分控制,限制了学生的创造性,对培养学生的创新精神是极为不利的。

实验教学内容与实践脱节。目前,理工科学生毕业后找工作时往往发现自己所学落后于实际要求,动手能力普遍偏弱。或者是在工作中由于在校时实践教育的缺失而工作不利,无法满足用人单位要求。当前许多企业单位在招聘时,由于成本问题,大多需要有实践经验,能马上为自己创造价值的人,而不再会对新人进行系统的培训,作为实践教学的核心场所,社会的需求对实验室实践培养则提出了更高要求。而以往实验教学却无法胜任此项任务,实验内容与实际要求不是脱离得很远,就是内容过于分散,学生无法形成工程的概念。

实验资源无法满足实际需求。一方面,随着扩招等因素,学生的数量大大增加,随之带来的问题是传统的实验方式需要指导教师投入更大的精力,以致教师往往感觉力不从心;另一方面,学生感觉实验课时过少,且无任何特色可言,自己的一些想法和点子由于资源的缺乏而无法实现。

2 项目驱动模式在实验教学中的应用

2.1 项目驱动模式的概念和特点

“项目驱动”是实践教学模式的一种非常好的教学方法。其基本思想是将工程的概念引入教学中,把所有实践教学内容抽象为一个实践项目,或是将某个实际项目放入实践教学中,而单次实验作为项目中的一个组成部分。

这种方式改变了传统的教师为主控,学生从动的模式。从学生的角度说,“项目驱动”是一种思想或学习的方法,它从开始阶段就首先明确学习目标,在学习层次上使学生带着任务、问题以及目的去主动学习;其次在实现过程中遵循了工程设计的思想,更符合实际的需要。从教师的角度说,“项目驱动”是一种适用于培养学生自主学习、分析问题、解决问题的能力的方法,教学方法和教学手段更为自由和丰富;与此同时,由于“项目驱动”模式给予了学生极大的自由度,教师的身份已经从控制者转为了辅助者,大大降低了工作强度。在这种模式中,任务的确定、完成、对完成任务情况的评估成为教学的中心环节,教师由传统的“主角”转变为“配角”,学生也不再把学习当任务,而是根据任务需求来学习,由被动地接受知识转变为主动地寻求知识。

2.2 项目驱动模式应用分类

在我们的实际应用中,“项目驱动”模式根据项目的来源可转换成两种模式:一种以教师提出项目,是项目提出者,学生组队完成项目;其二是学生提出项目,并自行组队完成,教师辅助指导。其结构如图1所示。

模式一中,项目来源为教师提出,其中按项目性质又分成了课程项目和科研项目两种。课程项目是教师改革原有的实验内容,将分散的、独立的实验内容进行重新整合,设计出综合型课程项目,整个的实验目的就是完成这个课程项目,而学生在完成项目的同时,对所有的课程实验内容也进行了验证。例如,在我校计算机专业微机原理与接口技术实验中,实验课程开始阶段,教师就明确本实验课程的目的是设计完成一个多路温度控制系统,系统可以采集2路以上的电压信号,并且将采集的数据定时发给上位机,并规定了完成期限。这个项目实际可以拆分成若干个小的项目模块,如温度采集需要涉及到A/D转换器、变送电路设计、传感器等;控制上需要涉及到D/A转换器、继电器、PWM设计、端口设计等;同时,系统分时采集还需要定时器、与上位机通讯需要串行通讯;这些项目模块实际上都可以在实验仪器上设计完成;而学生在完成该项目的时候,可以自己选择项目方案、实现平台、方法以及项目组成员等等。学生完成这个项目时,也对微机接口技术几乎所有的实验内容完成了一遍;同时,通过这个项目对于项目的完成、各个子项目间的协同以及各种实现技术的运用也更加清晰。

科研项目是让部分感兴趣并且没有其他学业负担的学生参与到教师的科研当中来,将教师科研项目中的某个模块交由学生实现完成,或让学生参与整个项目过程。例如,我院教师承担的省部级课题中,涉及到故障检测算法的设计,而这部分算法实现、验证工作则由学生参与完成。这种模式对学生的要求非常高,并且由于一般项目周期会比较长,而学生相对空余时间较少,所以在这种模式下,学生分得的模块应简单化,教师也应能随时指导,最终目的是让学生了解科研过程,培养科研能力。

模式一实际上主要还是与传统的实验教学挂钩衔接,在这种模式中,教师是一个项目提出者,而学生是完成的主体,拥有极大的自由度,得到的实训要比传统模式丰富的多;实验开始便给学生明确目标,学生始终是带着问题去研究、实验的,在效果上也比传统模式好得多。这种模式的一般流程如图2。

模式二是学生项目驱动模式,在这种模式中,学生不仅是项目完成人,也是项目提出者,其自由度比模式一更大;而教师则完全变为了辅助者。在以往的教学中,我们经常会发现很多学生对于课程实验有很多自己的想法,那么教师对于其中符合学生实际的,能够确实提高学生水平的计划应给予大力支持,可以用这种项目取代课程实验项目,在考核时,也应在成绩上适当倾斜。

模式二在应用中,项目来源主要有三个:首先是学生在完成课程项目时,可以自己提出项目计划,并形成项目计划书,提交指导教师后,指导教师需要分析项目的难易程度以及可行性,如果项目可行,则指导教师辅助学生完成项目,如不可行或难度偏大,则指导教师可适当简化题目后指导学生完成;其二是创新计划,教育部为了鼓励学生的实践创新活动,从学校、省以及国家都设立了大学生实践创新计划项目,在平时的教学活动中,教师鼓励学生去申报此类课题,并将此类课题带入平时的课程实验中,对于申报成功的学生组,院系实验室给予场地、人员、设备等大力支持,并随时监督项目进展;院系一级同时设立创新基金,给予没有申报成功的学生组以资助,并提供各方面支持,帮助其实现自己的项目;其三,是学生参加各种级别的竞赛,如挑战杯、大学生机器人大赛、电子设计大赛、网页设计大赛、程序设计竞赛等,把这些竞赛当成一个项目。由于一般省级以上竞赛对参赛人数等有要求,因此,在外出参加竞赛的同时,学校与院系还设立了多个相关的竞赛项目,鼓励学生广泛参与,甚至对于一些竞赛成绩很好的学生,其相关课程的实践环节可以免修。

模式二的一般流程如图3所示。

2.3 项目驱动模式应用成果

南京财经大学信息工程学院专业实验中心成立于2004年,下设软件及网络专业实验室群、计算机硬件专业实验室群两个部分,共有专业实验室11个,拥有较为完整的实验室结构。可满足计算机、信管及相关专业本科生、研究生的实验、实践、设计等任务。

实验中心从创建伊始就不断的探索计算机专业实践教学模式、方法、手段,并初步取得了一定成果。实验中心从2005年开始尝试以“项目驱动”模式改革实验教学模式,并在硬件专业实验中首先展开试点。开展试点一年多来,效果良好,主要优点如下:

1) 对实验教学内容、手段等进行了重新整合。例如对于一些实践性非常强的硬件课程如数字逻辑、微机原理与接口技术、计算机组成原理、单片机以及传感器等,重新安排和设计实验内容,包括实验项目设计、实验设备改造、实验教材和课件设计等。直到2007年底,我院硬件实验课程已基本完成了改革。绝大部分实验重新编写了实验课本、课件,其中多个实验课件在江苏省的课件设计大赛、全国课件设计大赛中获奖;微机原理与接口技术以及单片机等课程的实验仪器都已由我院自行设计,其中我院设计的“开放式单片机实验仪”在江苏省教育系统自制仪器评比中获得一等奖。

2) 完善了实验室各项规章制度。良好的实验模式需要有严格完善的实验室制度保障。“项目驱动”模式强调学生的自主性,也对

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实验室的开放性提出了更高要求。在试点伊始,我们就针对模式中可能会出现的状况进行了分析,并完善了实验室开放的各项规章制度。在试点过程中,又对开放制度不断完善,设立了实验预约制度、教师指导制度等。

3) 学生在创新计划、各类竞赛中硕果累累。在“项目驱动”模式的大力支持下,我院学生从2005年起参加全国和江苏省各类机器人大赛,2年下来,先后有近50人次在各类机器人比赛中获奖,近百人通过参赛得到了实践锻炼;于此同时,多个学生项目获得了省大学生创新计划资助立项。

3 实践中存在的问题和今后的改进

“项目驱动”模式已经取得了初步成果,模式本身已得到学生和教师的认可,但在实施的时候,仍然存在有一定问题,需要在以后不断探索完善,主要问题如下:

1) 实验室制度应进一步完善。虽然我们在不断完善实验室的各项规章制度,但仍然力度不够,且出现的很多新问题暂时还没法用规章制度解决;与此同时,与传统实验教学之间的衔接由于需要牵涉到教学大纲、计划的修改,而进度相对缓慢。

2) 指导教师力量需要增强。一方面,“项目驱动”模式下,教师的工作强度有所降低,但同时,对教师综合能力的要求却大大提高,如教师自身缺乏项目训练,对学生的指导当然也要大打折扣;另一方面,从事实验教学的教师仍然偏少,指导教师往往身兼数职。

3) 通过试点,我们发现,创新计划和参加各类竞赛是学生提高自身实践水平的一个非常好的平台,学生通过此类活动自身水平一般都有质的飞跃。但是由于条件的限制,这种类型的参与人数一般都不是非常多,铺开面不广;并且由于学生课业负担相对比较重,往往不能得到系统训练;因此,我们正在探索是否能将此项活动直接引入教学中,通过广泛式的讲授来弥补。

4) 考核制度需要不断完善。“项目驱动”模式实际上也对学生的能力提出了更高要求,但学生学习一般都是有比较大的差异的,在模式实施中,我们也发现有部分学生对实践内容不感兴趣,或者项目完成不够,因此在课程考核模式上应有所区分。

“项目驱动”模式在实验教学中的应用还是一个较新的思想,我们的尝试也仅仅是刚刚开始,还有很多东西需要不断去探索去实验,“项目驱动”模式对于学生实践能力培养是极其有益的,可以预见的是,这种模式必然会成为实验教学未来发展的方向。

参考文献:

[1] 黄晓玲,段凤云,赵建科.基于“项目目标法”的实践教学[J].实验室研究与探索,2006(3).

[2] 安琦.系统培养创新能力的教学模式[J].高等工程教育研究,2004(1).

[3] 黄明和.导师制下项目驱动教学模式的研究与实践[J].计算机教育,2007(2).