工程教育背景下實(shí)踐項(xiàng)目能力達(dá)成度評(píng)價(jià)方法 -以《智能車實(shí)踐項(xiàng)目》為例

工程教育背景下理論工程才能達(dá)成度評(píng)價(jià)方法——以?智能車?yán)碚摴こ?為例〔〕:

摘要：CDIO工程教育將畢業(yè)生的才能分為工程根底知識(shí)、個(gè)人才能、團(tuán)隊(duì)合作才能和工程系統(tǒng)才能四個(gè)層面，并要求以綜合的培養(yǎng)方式使學(xué)生在這四個(gè)層面到達(dá)預(yù)定目的。本文研究理論工程考核評(píng)價(jià)方法，將專業(yè)學(xué)科知識(shí)、個(gè)人技術(shù)才能、團(tuán)隊(duì)合作才能和工程系統(tǒng)構(gòu)建才能結(jié)合起來，并針對(duì)理論工程開發(fā)全過程建立詳細(xì)的過程記錄，以成果物為導(dǎo)向建立與理論過程相對(duì)應(yīng)的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)。保證整個(gè)工程的理論過程都有詳細(xì)的可操作、可量化的評(píng)價(jià)方式，最終保證教學(xué)效果整體提升。

關(guān)鍵詞：理論工程；過程考核；成果導(dǎo)向；才能達(dá)成度；評(píng)價(jià)方法

本文引用格式：高菲,等.工程教育背景下理論工程才能達(dá)成度評(píng)價(jià)方法以?智能車?yán)碚摴こ?為例[J].教育現(xiàn)代化,2022,6(77):153-157,160.

CDIO工程教育形式強(qiáng)調(diào)以工程為導(dǎo)向、以任務(wù)為驅(qū)動(dòng)，使學(xué)生在完成工作任務(wù)的過程中獲得必需的知識(shí)技能，進(jìn)步解決實(shí)際問題的綜合才能和創(chuàng)新才能。建立基于工程教育形式的以才能達(dá)成度分析與評(píng)價(jià)為主線的面向理論全過程的工程考核體系，有利于全面掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)態(tài)，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性；有助于總結(jié)和發(fā)現(xiàn)教師與學(xué)生在教與學(xué)兩個(gè)環(huán)節(jié)中的經(jīng)歷和問題，指導(dǎo)教師在下一個(gè)教學(xué)過程中更好地履行教師的教學(xué)責(zé)任。

一理論工程過程考核評(píng)價(jià)體系構(gòu)建的背景

大連東軟信息學(xué)院為融入國(guó)際工程教育大環(huán)境，在2022年引入了CDIO工程教育理念和教學(xué)方法。2022年，學(xué)校對(duì)CDIO才能培養(yǎng)大綱做了繼承根底上的創(chuàng)新，調(diào)整并增加了局部才能指標(biāo)，構(gòu)建了具有學(xué)院特色的TOPCARES-CDIO【2】〔簡(jiǎn)稱T-C〕才能指標(biāo)體系。TOPCARES【2】是指要培養(yǎng)學(xué)生的8個(gè)一級(jí)才能指標(biāo)首個(gè)英文字母的組合，即：技術(shù)知識(shí)與推理才能〔Technicalknowledgeandreasoning【3】〕，開放式思維與創(chuàng)新〔Openthinkingandinnovation【4】〕，個(gè)人職業(yè)才能〔Personalandprofessionalskills【2】〕，溝通表達(dá)與團(tuán)隊(duì)合作〔municationandteamwork【3】〕，態(tài)度與習(xí)慣〔Attitudeandmanner【4】〕，責(zé)任感〔Responsibility〕，價(jià)值觀〔Ethicalvalues〕，應(yīng)用為社會(huì)的奉獻(xiàn)〔Socialcontributionbyapplicationpractice【2】〕。在8個(gè)一級(jí)才能指標(biāo)下又分解產(chǎn)生了32個(gè)二級(jí)才能指標(biāo)【4】和110個(gè)三級(jí)才能指標(biāo)【3】。這些指標(biāo)都是對(duì)學(xué)生要到達(dá)的預(yù)期學(xué)習(xí)效果的一個(gè)簡(jiǎn)要概括和描繪。

目前基于理論工程的考核方式中，在工程的學(xué)習(xí)效果設(shè)定與評(píng)價(jià)方法之間的聯(lián)絡(luò)不夠嚴(yán)密，有的以知識(shí)的考核代替理論才能的考核；有的無視過程的考核，而單純以成果物的考核作為整個(gè)工程的考核。如何基于CDIO工程教育理念將工程學(xué)習(xí)目的的設(shè)計(jì)與基于CDIO標(biāo)準(zhǔn)對(duì)學(xué)生工程才能評(píng)價(jià)方法【5】一體化進(jìn)展設(shè)計(jì)，通過對(duì)工程施行全過程進(jìn)展評(píng)價(jià)【1】，實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生的工程理論才能達(dá)成度分析，進(jìn)而持續(xù)改善學(xué)習(xí)體驗(yàn)，需要進(jìn)一步研究。

本文以我校電子信息工程專業(yè)的智能車?yán)碚摴こ虨檩d體，將電子信息學(xué)科知識(shí)、個(gè)人技術(shù)才能、團(tuán)隊(duì)合作才能和智能車的系統(tǒng)構(gòu)建才能結(jié)合起來，首先基于專業(yè)培養(yǎng)要求設(shè)定理論工程的T-C才能指標(biāo)，然后基于智能車系統(tǒng)的原理分析、抽象建模、方案設(shè)計(jì)、智能車平臺(tái)構(gòu)建過程、調(diào)試運(yùn)行等理論過程按照構(gòu)思、設(shè)計(jì)、施行、運(yùn)行等四個(gè)步驟分別建立詳細(xì)的才能評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，最后形成以成果物為導(dǎo)向[8]的與理論過程相對(duì)應(yīng)的才能達(dá)成度分析量表。通過構(gòu)建基于整個(gè)理論過程的學(xué)習(xí)目的理論過程成果考察才能達(dá)成度評(píng)價(jià)等四個(gè)方面的閉環(huán)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)教與學(xué)的雙向提升，最終實(shí)現(xiàn)教學(xué)效果持續(xù)進(jìn)步，不斷提升人才培養(yǎng)質(zhì)量。

二智能車?yán)碚摴こ痰膶W(xué)習(xí)目的和培養(yǎng)才能設(shè)計(jì)

〔一〕智能車?yán)碚摴こ探虒W(xué)內(nèi)容簡(jiǎn)介

智能車?yán)碚摴こ讨荚谂囵B(yǎng)學(xué)生將之前所學(xué)的電路設(shè)計(jì)知識(shí)、單片機(jī)嵌入式開發(fā)知識(shí)及軟件編程專業(yè)知識(shí)應(yīng)用到本工程的設(shè)計(jì)開發(fā)中，使用行業(yè)EDA工具軟件AltiumDesigner設(shè)計(jì)電路圖，使用C語言在軟件編程平臺(tái)KeilMDK上編程，在本專業(yè)自主研發(fā)設(shè)計(jì)的硬件平臺(tái)和車模上，按照工程開發(fā)的根本流程，完成系統(tǒng)的需求分析、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)和系統(tǒng)集成與測(cè)試，自行采購元器件和工具，最后制作出一臺(tái)可以循跡、測(cè)速和無線通信的智能車，如圖1所示。該智能車交融了多學(xué)科技術(shù)，包括智能傳感與檢測(cè)技術(shù)、電機(jī)控制技術(shù)、機(jī)械工程技術(shù)和無線通信技術(shù)等。

〔二〕智能車?yán)碚摴こ痰呐囵B(yǎng)目的和才能設(shè)計(jì)

本專業(yè)的培養(yǎng)目的和工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)流程出發(fā)，確定了智能車工程的教學(xué)目的是純熟地掌握專業(yè)知識(shí)，將所學(xué)知識(shí)純熟地應(yīng)用于單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)等實(shí)際工程中，進(jìn)而進(jìn)步學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手才能和應(yīng)用知識(shí)解決問題的才能[8]，同時(shí)通過工程文檔的撰寫培養(yǎng)學(xué)生的技術(shù)文檔寫作才能[8]。該教學(xué)目的總結(jié)為四個(gè)層面：傳授電子信息學(xué)科知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生個(gè)人技術(shù)才能、團(tuán)隊(duì)合作才能和智能車的系統(tǒng)構(gòu)建才能。結(jié)合T-C教學(xué)大綱，針對(duì)本工程教學(xué)目的，確定了工程要培養(yǎng)的T-C才能指標(biāo)【3】，如表1所示。

三智能車?yán)碚摴こ痰拈_發(fā)過程和才能評(píng)價(jià)方法設(shè)計(jì)

〔一〕智能車?yán)碚摴こ痰拈_發(fā)過程

以CDIO【7】工程教育理念為指導(dǎo)，結(jié)合電子產(chǎn)品整體開發(fā)流程，將智能車?yán)碚摴こ痰拈_發(fā)過程分成了構(gòu)思〔Conceive〕-設(shè)計(jì)〔Design〕-實(shí)現(xiàn)〔Implement〕-運(yùn)行〔Operate〕四個(gè)階段，如圖2所示。

〔1〕構(gòu)思階段：對(duì)智能車系統(tǒng)進(jìn)展分析，查找技術(shù)資料，閱讀專業(yè)領(lǐng)域文獻(xiàn)，提出智能車系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)和設(shè)計(jì)需求，撰寫技術(shù)報(bào)告。

〔2〕設(shè)計(jì)階段：在構(gòu)思的根底上，根據(jù)需求分析、電路原理和微控制器工作原理，設(shè)計(jì)智能車開發(fā)總體方案，繪制系統(tǒng)功能框圖。

〔3〕實(shí)現(xiàn)階段：根據(jù)智能車系統(tǒng)的功能模塊，繪制電路原理圖，完成電路的PCB設(shè)計(jì)和布線工作；在嵌入式系統(tǒng)開發(fā)平臺(tái)上，搭建嵌入式操作系統(tǒng)。使用模塊化軟件編程思想和方法，傳感器檢測(cè)、電機(jī)和舵機(jī)控制等算法，完成軟件功能設(shè)計(jì)，繪制各個(gè)功能模塊的軟件流程圖，完成代碼編寫并下載程序到微控制器中。

〔4〕運(yùn)行階段：主要完成電路板焊接、車模制作和整車裝配工作。同時(shí)，設(shè)計(jì)系統(tǒng)調(diào)測(cè)試方案，完成調(diào)試、測(cè)試及功能驗(yàn)證工作。

〔二〕智能車?yán)碚摴こ滩拍茉u(píng)價(jià)方法設(shè)計(jì)

對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)效果進(jìn)展評(píng)價(jià)是為了衡量每個(gè)學(xué)生對(duì)規(guī)定的預(yù)期學(xué)習(xí)效果所完成的程度，是教學(xué)的重要環(huán)節(jié)。應(yīng)根據(jù)工程預(yù)期學(xué)習(xí)效果，對(duì)才能的評(píng)價(jià)進(jìn)展規(guī)劃和施行。結(jié)合本專業(yè)培養(yǎng)目的，智能車?yán)碚摴こ谈鶕?jù)T-C教學(xué)大綱，注重學(xué)生才能培養(yǎng)，側(cè)重過程考核，改變單一的考核形式，逐步建立起考核過程動(dòng)態(tài)化的新型課程考核形式，推動(dòng)教學(xué)改革不斷深化，以適應(yīng)培養(yǎng)應(yīng)用型高級(jí)人才的需要。

智能車?yán)碚摴こ虒?duì)工程開發(fā)過程的四個(gè)階段進(jìn)展考核評(píng)價(jià)，并制定了詳細(xì)的考核內(nèi)容及評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)，根據(jù)該工程要培養(yǎng)的學(xué)生各項(xiàng)才能的重要度對(duì)預(yù)期的目的值進(jìn)展了權(quán)重分配【3】，詳細(xì)考核過程和權(quán)重分配如表2所示。下面結(jié)合T-C教學(xué)形式分別對(duì)四個(gè)階段的考核過程和才能評(píng)價(jià)方法作以介紹：

1.第一步：構(gòu)思階段

構(gòu)思階段學(xué)生需要對(duì)工程進(jìn)展需求分析，發(fā)現(xiàn)要解決的問題并對(duì)問題進(jìn)展表述。需要應(yīng)用所學(xué)專業(yè)根底知識(shí)分析工程相關(guān)的電路原理，查閱技術(shù)芯片手冊(cè)和工程相關(guān)專業(yè)技術(shù)文獻(xiàn)，使用專業(yè)術(shù)語撰寫技術(shù)報(bào)告，闡述系統(tǒng)需求，進(jìn)展書面交流。因此構(gòu)思階段主要考核學(xué)生的專業(yè)根底知識(shí)，發(fā)現(xiàn)問題和表述問題的才能，書面的交流以及閱讀、理解專業(yè)領(lǐng)域文獻(xiàn)。

2.第二步：設(shè)計(jì)階段

設(shè)計(jì)階段學(xué)生需要根據(jù)確定的系統(tǒng)目的和要求完成系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)并繪制系統(tǒng)的功能模塊框圖，并制定詳細(xì)的工程開發(fā)方案，培養(yǎng)良好的學(xué)習(xí)態(tài)度和工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)習(xí)慣。學(xué)生需要安裝相關(guān)的軟件開發(fā)環(huán)境和驅(qū)動(dòng)程序，為工程的設(shè)計(jì)和施行做好準(zhǔn)備工作。結(jié)合所學(xué)電路和信號(hào)等方面的專業(yè)知識(shí)，通過查找相關(guān)設(shè)計(jì)資料，引進(jìn)已有電路設(shè)計(jì)經(jīng)歷，并分析論證是否可應(yīng)用到智能車工程中，綜合設(shè)計(jì)出智能車各功能模塊的電路原理圖和PCB圖。學(xué)生通過對(duì)所設(shè)計(jì)的PCB進(jìn)展設(shè)計(jì)規(guī)那么檢查和可制造型設(shè)計(jì)檢查，明確硬件制造工藝需求。在設(shè)計(jì)階段的后期，學(xué)生將所設(shè)計(jì)的PCB制成光繪圖，發(fā)送給相關(guān)PCB消費(fèi)單位，制作出智能車工程的印制電路板。因此設(shè)計(jì)階段主要考核學(xué)生的專業(yè)知識(shí)，引進(jìn)、消化、吸收再創(chuàng)新才能，學(xué)習(xí)態(tài)度與習(xí)慣，設(shè)立系統(tǒng)目的和要求，設(shè)計(jì)施行過程和硬件制造過程。

3.第三步：施行階段

施行階段每個(gè)工程組的學(xué)生根據(jù)各自的分工協(xié)同工作完成工程施行工作。學(xué)生需要根據(jù)所設(shè)計(jì)的電路，采購所需元器件和焊接工具，應(yīng)用所學(xué)焊接工藝技術(shù)焊接印制電路板，完成電路硬件制造工作。電路板焊接工作完畢之后，學(xué)生需要對(duì)焊接工藝進(jìn)展檢查，包括焊點(diǎn)質(zhì)量和可靠性檢查。通過萬用表、示波器等儀器設(shè)備測(cè)試和驗(yàn)證電路板性能，包括電氣連通性、芯片是否正常工作和輸出的信號(hào)波形是否正確等。電路板調(diào)測(cè)試工作完成之后，學(xué)生需要根據(jù)車模組裝指南組裝車模，并在車模上通過綜合布線連接各功能模塊電路板，完成整車裝配工作。軟件的實(shí)現(xiàn)過程主要是工程組需要研究討論確定智能車軟件開發(fā)流程，設(shè)計(jì)各功能模塊的軟件流程圖，并在軟件編程平臺(tái)上，應(yīng)用模塊化編程思想、所學(xué)編程語言和單片機(jī)開發(fā)知識(shí)，完成各功能函數(shù)的代碼編寫、編譯、調(diào)試、運(yùn)行和下載工作，實(shí)現(xiàn)軟硬件集成。因此施行階段主要考核學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作，設(shè)計(jì)施行過程，硬件制造過程，測(cè)試、驗(yàn)證及認(rèn)證，軟件實(shí)現(xiàn)過程，硬、軟件集成。

4.第四步：運(yùn)行階段

運(yùn)行階段主要驗(yàn)證各工程組的智能車功能，包括循跡功能、測(cè)速功能、無線通信及轉(zhuǎn)彎角度等。此外，智能車工程設(shè)置了創(chuàng)新功能考核項(xiàng)，要求每個(gè)工程組在智能車根本功能的根底上，至少設(shè)計(jì)一個(gè)附加功能，例如避障功能和遙控功能等。辯論環(huán)節(jié)主要提問學(xué)生單片機(jī)應(yīng)用知識(shí)、各電路原理和工程開發(fā)過程中遇到的問題以及如何解決的過程。因此運(yùn)行階段主要考核學(xué)生的專業(yè)知識(shí)，發(fā)現(xiàn)問題和表述問題，證實(shí)、驗(yàn)證和認(rèn)證。

四理論工程才能達(dá)成度評(píng)價(jià)

理論工程才能達(dá)成度評(píng)價(jià)是學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)過程的最后一步，也是最重要的一步。通過工程開發(fā)過程中對(duì)每個(gè)學(xué)生每項(xiàng)才能進(jìn)展考核評(píng)價(jià)和記載，并對(duì)搜集到數(shù)據(jù)進(jìn)展分析，得到了評(píng)價(jià)結(jié)果；從而可以確定每個(gè)學(xué)生乃至整個(gè)工程的各項(xiàng)才能指標(biāo)實(shí)際到達(dá)的程度，以及各項(xiàng)才能指標(biāo)與課程方案所設(shè)定的預(yù)期的學(xué)習(xí)效果相比最后到達(dá)的最終程度。通過分析評(píng)價(jià)結(jié)果去改良教與學(xué)，并從總體上改良整個(gè)課程方案【3】。

下面分別以某個(gè)學(xué)生的成績(jī)和某個(gè)班級(jí)的才能點(diǎn)平均才能點(diǎn)達(dá)成度為例分析才能達(dá)成度評(píng)價(jià)結(jié)果。表3所示為某個(gè)學(xué)生的成績(jī)和才能達(dá)成度，表4為整個(gè)班級(jí)平均才能點(diǎn)達(dá)成度。根據(jù)表4制作出雷達(dá)圖如圖3所示，可以直觀地看到學(xué)生的實(shí)際學(xué)習(xí)效果與預(yù)期學(xué)習(xí)效果的達(dá)成情況。通過表4以及圖3可以對(duì)該課程教學(xué)效果進(jìn)展深化地分析?？梢钥吹剑ㄟ^智能車?yán)碚摴こ痰膶W(xué)習(xí)，該班級(jí)學(xué)生平均掌握較好的TOPCARES-CDIO才能為"4.2.2閱讀、理解專業(yè)領(lǐng)域文獻(xiàn)〔92%〕";以及"1.2.1專業(yè)根底知識(shí)〔89%〕";，掌握不太理想的才能為"2.4.1引進(jìn)、消化、吸收再創(chuàng)新才能〔66%〕";以及"1.3.1專業(yè)知識(shí)〔71.1%〕";。通過對(duì)學(xué)習(xí)效果的分析，可以得出教學(xué)過程中的優(yōu)點(diǎn)與缺乏。對(duì)于那些不能令人滿意的方面，應(yīng)該認(rèn)真分析原因，制定整改措施，努力改良，抑制這些缺乏，從而到達(dá)持續(xù)改良的目的。

五結(jié)論

本文以智能車系統(tǒng)為載體，通過學(xué)科知識(shí)、個(gè)人技術(shù)才能、團(tuán)隊(duì)合作才能和系統(tǒng)構(gòu)建才能等四個(gè)維度設(shè)定工程學(xué)習(xí)效果目的。此外，按照構(gòu)思、設(shè)計(jì)、施行、運(yùn)行等CDIO【6】工程教育一體化學(xué)習(xí)經(jīng)歷來實(shí)現(xiàn)智能車系統(tǒng)，并為每一個(gè)過程設(shè)計(jì)才能評(píng)估達(dá)成度分析，使得人才培養(yǎng)目的與工程理論過程保持一致。通過口試、作業(yè)、技術(shù)報(bào)告、評(píng)定量表、辯論等多樣化的考核方法，不僅增加了考核數(shù)據(jù)的可靠性和有效性，還使得學(xué)生學(xué)習(xí)成果的度量具有更高的可信度。本文所采用的基于工程理論過程的才能達(dá)成度分析方法，不僅可以針對(duì)每個(gè)學(xué)生獲得詳細(xì)的學(xué)習(xí)成果進(jìn)展度量，還能針對(duì)群體的整體學(xué)習(xí)成果進(jìn)展才能達(dá)成度分析。該分析結(jié)果可以作為教師和學(xué)生持續(xù)改善，提升學(xué)習(xí)效果的數(shù)據(jù)根底。

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