工程教育背景下实践项目能力达成度评价方法
——以《智能车实践项目》为例
高菲，申华，刘龙，王世勇
（大连东软信息学院，辽宁 大连）
摘 要： CDIO工程教育将毕业生的能力分为工程基础知识、个人能力、团队合作能力和工程系统能力四个层面，并要求以综合的培养方式使学生在这四个层面达到预定目标。本文研究实践项目考核评价方法，将专业学科知识、个人技术能力、团队合作能力和工程系统构建能力结合起来，并针对实践项目开发全过程建立详细的过程记录，以成果物为导向建立与实践过程相对应的评分标准。保证整个项目的实践过程都有具体的可操作、可量化的评价方式，最终保证教学效果整体提升。
关键词： 实践项目；过程考核；成果导向；能力达成度；评价方法
CDIO工程教育模式强调以项目为导向、以任务为驱动，使学生在完成工作任务的过程中获得必需的知识技能，提高解决实际问题的综合能力和创新能力。建立基于工程教育模式的以能力达成度分析与评价为主线的面向实践全过程的项目考核体系，有利于全面掌握学生的学习动态，充分调动学生自主学习的积极性；有助于总结和发现老师与学生在教与学两个环节中的经验和问题，指导教师在下一个教学过程中更好地履行教师的教学责任。
一 实践项目过程考核评价体系构建的背景
大连东软信息学院为融入国际工程教育大环境，在2008年引入了CDIO工程教育理念和教学方法。2009年，学校对CDIO能力培养大纲做了继承基础上的创新，调整并增加了部分能力指标，构建了具有学院特色的TOPCARES-CDIO[2]（简称T-C）能力指标体系。TOPCARES[2]是指要培养学生的8个一级能力指标首个英文字母的组合，即： 技术知识与推理 能 力（Technical knowledge and reasoning[3]）， 开放式思维与创新（Open thinking and innovation[4]），个人职业能力（Personal and professional skills[2]），沟通表达与团队合作（Communication and teamwork[3]），态度与习惯（Attitude and manner[4]），责任感（Responsibility），价值观（Ethical values），应用为社会的贡献（Social contribution by application practice[2]）。在8个一级能力指标下又分解产生了32个二级能力指标[4]和110个三级能力指标[3]。这些指标都是对学生要达到的预期学习效果的一个简要概括和描述。
目前基于实践项目的考核方式中，在项目的学习效果设定与评价方法之间的联系不够紧密，有的以知识的考核代替实践能力的考核；有的忽视过程的考核，而单纯以成果物的考核作为整个项目的考核。如何基于CDIO工程教育理念将项目学习目标的设计与基于CDIO标准对学生工程能力评价方法[5]一体化进行设计，通过对项目实施全过程进行评价[1]，实现对学生的工程实践能力达成度分析，进而持续改善学习体验，需要进一步研究。
本文以我校电子信息工程专业的智能车实践项目为载体，将电子信息学科知识、个人技术能力、团队合作能力和智能车的系统构建能力结合起来，首先基于专业培养要求设定实践项目的T-C能力指标，然后基于智能车系统的原理分析、抽象建模、方案设计、智能车平台构建过程、调试运行等实践过程按照构思、设计、实施、运行等四个步骤分别建立详细的能力评价标准，最后形成以成果物为导向[8]的与实践过程相对应的能力达成度分析量表。通过构建基于整个实践过程的学习目标——实践过程——成果考察——能力达成度评价等四个方面的闭环系统，实现教与学的双向提升，最终实现教学效果持续提高，不断提升人才培养质量。
二 智能车实践项目的学习目标和培养能力设计
（一）智能车实践项目教学内容简介
图1 智能车照片
智能车实践项目旨在培养学生将之前所学的电路设计知识、单片机嵌入式开发知识及软件编程专业知识应用到本项目的设计开发中，使用行业EDA工具软件Altium Designer设计电路图，使用C语言在软件编程平台Keil MDK上编程，在本专业自主研发设计的硬件平台和车模上，按照项目开发的基本流程，完成系统的需求分析、系统设计、系统实现和系统集成与测试，自行采购元器件和工具，最后制作出一台能够循迹、测速和无线通信的智能车，如图1所示。该智能车融合了多学科技术，包括智能传感与检测技术、电机控制技术、机械工程技术和无线通信技术等。
（二）智能车实践项目的培养目标和能力设计
本专业的培养目标和工业产品设计开发流程出发，确定了智能车项目的教学目标是熟练地掌握专业知识，将所学知识熟练地应用于单片机系统设计等实际项目中，进而提高学生的实际动手能力和应用知识解决问题的能力[8]，同时通过项目文档的撰写培养学生的技术文档写作能力[8]。该教学目标总结为四个层面：传授电子信息学科知识，培养学生个人技术能力、团队合作能力和智能车的系统构建能力。结合T-C教学大纲，针对本项目教学目标，确定了项目要培养的T-C能力指标[3]，如表1所示。
表1 智能车项目培养的T-C能力指标
三 智能车实践项目的开发过程和能力评价方法设计
（一）智能车实践项目的开发过程
基于此思路，结合自主学习三个必备要素（有老师的指导，有良好环境激发，三要有教师监督），在外贸专业课《外贸业务协调》“商品的品质”教学中，以翻转课堂为基石，打造有效课堂，分课前、课中和课后提高中职学生的自主学习能力进行实践研究。学生可利用信息化教学资源（以短视频为主）获取知识；然后在课堂上通过师生和生生之间高效的互动，课后练习巩固实现知识的内化，给学生更多的自主学习机会。
（1）构思阶段：对智能车系统进行分析，查找技术资料，阅读专业领域文献，提出智能车系统的技术指标和设计需求，撰写技术报告。
（4）改列为行，用另外一个表存放定制字段。只用一个表，3个字段id，fieldName，fieldValue，将动态字段的名称和值放进去。优点：扩展容易，结构简单，缺点：数据量比较大，查询时可能比较慢。
对学生学习效果进行评价是为了衡量每个学生对规定的预期学习效果所完成的程度，是教学的重要环节。应根据项目预期学习效果，对能力的评价进行规划和实施。结合本专业培养目标，智能车实践项目根据T-C教学大纲，注重学生能力培养，侧重过程考核，改变单一的考核形式，逐步建立起考核过程动态化的新型课程考核模式，推动教学改革不断深入，以适应培养应用型高级人才的需要。
图2 智能车项目开发过程
（3）实现阶段：根据智能车系统的功能模块，绘制电路原理图，完成电路的PCB设计和布线工作；在嵌入式系统开发平台上，搭建嵌入式操作系统。使用模块化软件编程思想和方法，传感器检测、电机和舵机控制等算法，完成软件功能设计，绘制各个功能模块的软件流程图，完成代码编写并下载程序到微控制器中。
（4）运行阶段：主要完成电路板焊接、车模制作和整车装配工作。同时，设计系统调测试方案，完成调试、测试及功能验证工作。
（二）智能车实践项目能力评价方法设计
（2）设计阶段：在构思的基础上，根据需求分析、电路原理和微控制器工作原理，设计智能车开发总体方案，绘制系统功能框图。
实施阶段每个项目组的学生根据各自的分工协同工作完成项目实施工作。学生需要根据所设计的电路，采购所需元器件和焊接工具，应用所学焊接工艺技术焊接印制电路板，完成电路硬件制造工作。电路板焊接工作结束之后，学生需要对焊接工艺进行检查，包括焊点质量和可靠性检查。通过万用表、示波器等仪器设备测试和验证电路板性能，包括电气连通性、芯片是否正常工作和输出的信号波形是否正确等。电路板调测试工作完成之后，学生需要根据车模组装指南组装车模，并在车模上通过综合布线连接各功能模块电路板，完成整车装配工作。软件的实现过程主要是项目组需要研究讨论确定智能车软件开发流程，设计各功能模块的软件流程图，并在软件编程平台上，应用模块化编程思想、所学编程语言和单片机开发知识，完成各功能函数的代码编写、编译、调试、运行和下载工作，实现软硬件集成。因此实施阶段主要考核学生的团队协作，设计实施过程，硬件制造过程，测试、验证及认证，软件实现过程，硬、软件集成。
传统的材料实验教学模式是，老师在讲台上做实验，并逐步讲解实验的过程，得出实验结果或材料性能特征。但是这种教学模式存在着一些问题，如果班级人数较多，坐在教室后排的同学就无法看清楚实验的全过程。这会导致学生在自己动手做实验时，由于没有完全搞清楚实验过程，实验的失败几率增加，并且在学生动手实验过程中，学生操作不当便会导致大型精密仪器受损等问题。微课的出现就能很好地解决这些问题。微课时间较短，可重复观看，这样学生就能完全弄懂实验具体操作流程和注意事项，既能提高实验的成功率，又可以通过在视频中重点强调仪器安全使用说明，避免安全事故的发生。
构思阶段学生需要对项目进行需求分析，发现要解决的问题并对问题进行表述。需要应用所学专业基础知识分析项目相关的电路原理，查阅技术芯片手册和项目相关专业技术文献，使用专业术语撰写技术报告，论述系统需求，进行书面交流。因此构思阶段主要考核学生的专业基础知识，发现问题和表述问题的能力，书面的交流以及阅读、理解专业领域文献。
以CDIO[7]工程教育理念为指导，结合电子产品整体开发流程，将智能车实践项目的开发过程分成了构思（Conceive）-设计（Design）-实现（Implement）-运行（Operate）四个阶段，如图2所示。
表2 智能车项目开发过程及能力点考核权重分配
设计阶段学生需要根据确定的系统目标和要求完成系统方案设计并绘制系统的功能模块框图，并制定详细的项目开发计划，培养良好的学习态度和工业产品设计开发习惯。学生需要安装相关的软件开发环境和驱动程序，为项目的设计和实施做好准备工作。结合所学电路和信号等方面的专业知识，通过查找相关设计资料，引进已有电路设计经验，并分析论证是否可应用到智能车项目中，综合设计出智能车各功能模块的电路原理图和PCB图。学生通过对所设计的PCB进行设计规则检查和可制造型设计检查，明确硬件制造工艺需求。在设计阶段的后期，学生将所设计的PCB制成光绘图，发送给相关PCB生产单位，制作出智能车项目的印制电路板。因此设计阶段主要考核学生的专业知识，引进、消化、吸收再创新能力，学习态度与习惯，设立系统目标和要求，设计实施过程和硬件制造过程。
2.第二步：设计阶段
1.第一步：构思阶段
3.第三步：实施阶段
水土保持监测对工程建设引起的扰动情况、开挖情况、水土流失的变化情况、各类水土保持工程的实施情况及防治效果等，做了相应的调查、记录，为实施监督管理提供了一定依据。通过水土保持监测，本工程在施工过程中基本落实了水土保持设计的各项措施，因地制宜的布设了水土保持防治措施，防治效果基本达到了方案的设计目标。目前已采取的防治措施对于防治人为及潜在的水土流失起到了有效防护作用，使项目区的水土流失强度减弱，落实了责任范围内水土流失防治任务。
智能车实践项目对项目开发过程的四个阶段进行考核评价，并制定了详细的考核内容及评分标准。同时，根据该项目要培养的学生各项能力的重要度对预期的目标值进行了权重分配[3]，具体考核过程和权重分配如表2所示。下面结合T-C教学模式分别对四个阶段的考核过程和能力评价方法作以介绍：
1．4 统计学方法 所有的资料均统一编码，用SPSS 13．0建立数据库，根据资料性质分别进行统计学描述、t检验、χ2检验和多因素回归分析。
我叫孙博洋，小名“强强”。我有一头乌黑的短发，浓浓的眉毛下面是一双圆溜溜的大眼睛，乌黑的眼珠像算珠儿似的滴溜溜乱转，红扑扑的脸蛋，笑起来还有两个小酒窝。别人都夸我长得帅，但我却有个坏毛病——爱哭。
4.第四步：运行阶段
运行阶段主要验证各项目组的智能车功能，包括循迹功能、测速功能、无线通信及转弯角度等。此外，智能车项目设置了创新功能考核项，要求每个项目组在智能车基本功能的基础上，至少设计一个附加功能，例如避障功能和遥控功能等。答辩环节主要提问学生单片机应用知识、各电路原理和项目开发过程中遇到的问题以及如何解决的过程。因此运行阶段主要考核学生的专业知识，发现问题和表述问题，证实、验证和认证。
2.融入制度建设。为进一步规范工作机制，形成全面从严治党永远在路上的工作局面，集团对照《航空工业党建工作规范》要求，及时更新修订党群工作制度汇编，完善党务公开、党委工作规则、“三重一大”决策事项、党风廉政建设、干部管理、党委中心组学习、党建联系点等各项工作制度，使党建工作更加制度化、规范化、科学化。
实践项目能力达成度评价是学习评价过程的最后一步，也是最重要的一步。通过项目开发过程中对每个学生每项能力进行考核评价和记载，并对收集到数据进行分析，得到了评价结果；从而可以确定每个学生乃至整个项目的各项能力指标实际达到的水平，以及各项能力指标与课程计划所设定的预期的学习效果相比最后达到的最终程度。通过分析评价结果去改进教与学，并从总体上改进整个课程计划[3]。
下面分别以某个学生的成绩和某个班级的能力点平均能力点达成度为例分析能力达成度评价结果。表3所示为某个学生的成绩和能力达成度，表4为
四 实践项目能力达成度评价
表3 某个学生能力点考核得分及达成度
整个班级平均能力点达成度。根据表4制作出雷达图如图3所示，可以直观地看到学生的实际学习效果与预期学习效果的达成情况。通过表4以及图3可以对该课程教学效果进行深入地分析。可以看到，通过智能车实践项目的学习，该班级学生平均掌握较好的TOPCARES-CDIO能力为“4.2.2阅读、理解专业领域文献（92%）”以及“1.2.1专业基础知识（89%）”，掌握不太理想的能力为“2.4.1引进、消化、吸收再创新能力（66%）”以及“1.3.1专业知识（71.1%）”。通过对学习效果的分析，可以得出教学过程中的优点与不足。对于那些不能令人满意的方面，应该认真分析原因，制定整改措施，努力改进，克服这些不足，从而达到持续改进的目的。
表4 某个班级平均能力点达成度
图3 智能车实践项目学生学习效果雷达图分析
五 结论
本文以智能车系统为载体，通过学科知识、个人技术能力、团队合作能力和系统构建能力等四个维度设定项目学习效果目标。此外，按照构思、设计、实施、运行等CDIO[6]工程教育一体化学习经验来实现智能车系统，并为每一个过程设计能力评估达成度分析，使得人才培养目标与工程实践过程保持一致。通过口试、作业、技术报告、评定量表、答辩等多样化的考核方法，不仅增加了考核数据的可靠性和有效性，还使得学生学习成果的度量具有更高的可信度。本文所采用的基于项目实践过程的能力达成度分析方法，不仅可以针对每个学生取得具体的学习成果进行度量，还能针对群体的整体学习成果进行能力达成度分析。该分析结果可以作为教师和学生持续改善，提升学习效果的数据基础。
参考文献
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本文引用格式： 高菲,等.工程教育背景下实践项目能力达成度评价方法——以《智能车实践项目》为例[J]. 教育现代化 ,2019,6(77)：153-157,160.
DOI： 10.16541/j.cnki.2095-8420.2019.77.052
基金项目： 本文系“辽宁省普通高等教育本科教学改革研究项目（辽教函[2018]471号）”研究成果。
作者简介： 高菲，女，吉林通化人，大连东软信息学院讲师，大连交通大学博士研究生。申华，男，辽宁大连人，大连东软信息学院教授。