【从大学生创新性实验计划看项目学习】

　　摘要：国家大学生创新性实验计划是高校本科教学质量与教学改革工程的重要组成部分，旨在探索并建立以问题和课题为核心的教学模式，倡导以本科学生为主体的创新性实验改革，调动学生的主动性、积极性和创造性，激发学生的创新思维和创新意识，逐渐掌握思考问题、解决问题的方法、提高其创新实践的能力。本文以国家大学生创新性实验计划为出发点，结合项目学习的基本思想进行分析研究，以期对项目学习在大学教学中的应用提供新的思考。
　　关键词：大学生；实验计划；项目学习；创新
　　中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1671-0568（2012）23-0144-03
　　一、大学生创新性实验计划
　　国家大学生创新性实验计划是高校本科教学质量与教学改革工程的重要组成部分，旨在探索并建立以问题和课题为核心的教学模式，倡导以本科学生为主体的创新性实验改革，调动学生的主动性、积极性和创造性，激发学生的创新思维和创新意识，逐渐掌握思考问题、解决问题的方法、提高其创新实践的能力。通过开展实施计划，带动广大学生在本科阶段得到科学研究与发明创造的训练，改变目前高等教育培养过程中实践教学环节薄弱、动手能力不强的现状，改变灌输式的教学方法，推广研究性学习和个性化培养的教学方式，形成创新教育的氛围，建设创新文化，进一步推动高等教育教学改革，提高教学质量。
　　苏州大学（以下简称“我校”）作为2007年全国首批入选实施"国家大学生创新性实验计划"60所高校之一，肩负着重要的使命，学校高度重视国家大学生创新性实验计划的实施工作，为项目实施提供了保障。本文以我校2004级电子信息工程专业以及园艺专业的学生小组的项目为出发点，结合项目学习的基本思想进行分析研究，以期对项目学习在大学教学中的应用提供新的思考。
　　二、项目学习
　　ISTE（International Society for Technology in Education，国际教育技术协会）的专家将项目学习定义为：在真实的学习环境中，教师帮助学生通过合作学习、协作探究完成开放性任务的过程。其要素有：①任务：现实生活和真实情境中表现出来的各种复杂的、非预测性的、多学科知识交叉的问题。②活动：执行项目的步骤和执行项目过程中一些具体安排。③情境：支持学生进行探究学习的环境。④结果：学生通过探究活动制作的产品或解决的问题。⑤步骤：明确任务，项目导入；制定计划，项目设计；执行任务，项目实施；达成目标，项目展示。
　　三、案例呈现
　　《一种草坪自动浇灌控制装置》
　　1. 明确任务，项目导入
　　随着社会经济的不断发展，人类对生态环境的保护意识逐渐增强，建设"生态城市"的呼声日益增高，城市绿化建设因此成为一个热点问题。我国是一个水资源短缺的国家，有限的水资源严重制约着绿化的实施。在这种情况下，进行节水型绿化显得尤为重要。在此之前也有一些节水浇灌系统的专利发表，但是其湿度采集点固定，在使用时缺乏一定的灵活性，还由于草坪草正常生长所需水分会随草种与季节的不同而改变，因此本项目的目的是提供一种适用性广、使用灵活的草坪自动浇灌控制装置。
　　2. 制定计划，项目设计
　　本项目预计是一个基于ADSP-BF537的节水型绿化自动浇灌系统。系统主要由两大模块组成：土壤湿度采集控制模块和中央控制模块。其中土壤湿度采集控制模块主要包括TDR型土壤水分传感器，无线收发设备nRF905，水阀控制设备，下位机AT89C51RD2。中央控制模块则由ADSP-BF537和无线收发设备nRF905构成。
　　系统利用土壤湿度传感器采集土壤湿度信息，信息经AD转换后交由AT89C51RD2保存。当下位机收到中央控制模块ADSP-BF537的查询信息后，将湿度数据送出。BF537对收到的信息进行综合分析处理，决定是否需要开启或关闭浇灌设备，并发相应命令给AT89C51RD2实施控制。系统中上、下位机之间采用射频收发器nRF905进行数据通信。
　　在绿地浇灌系统中，不仅要考虑土壤的湿度，还应该考虑浇灌的时间点是否合适。若土壤缺水，但此时正值温度较高的正午时分，则不能实施浇灌。因此中央控制模块在发送浇灌命令前，还必须核查系统的实时时钟。
　　由于相邻湿度采集模块的采集值同时低于湿度下限值的可能性极大，这容易造成无线传输中的冲突以及竞争问题，因此为使算法简单，易于实现，系统中中央控制模块对各点湿度信息的采集采用查询方式。
　　3. 执行任务，项目实施
　　（1）组织实施：实行目标责任管理，同时加强分工协作。认真做实验记录，查阅论文资料，加强对实验结果理解，每周汇报与工作讨论，撰写论文、申报专利、进行学术交流。
　　（2）过程管理：实施主持人负责制。课题组定期进行进展汇报、存在问题讨论以及学术性交流。
　　（3）教师指导：在实践创新过程中，指导教师在实验方案的设计、仪器的原理与使用、性能测试与优化工艺、论文撰写等方面提供全面指导。
　　（4）对项目进行子项目划分：
　　子项目一，单片机对土壤湿度信息的采集与保存；子项目二，实现下位机与上位机之间的无线数据通信；子项目三，调试、完成单个采样点与中央模块间的数据传送，水阀控制等所有功能；子项目四，实现中央控制模块对单个区域中多个采样点的综合处理控制功能；子项目五，实现中央控制模块对单个区域中多个采样点的综合处理控制功能；子项目六，设计中央控制算法，实现中央控制模块对多区域浇灌的控制；子项目七，进一步优化算法，完善系统功能。
　　下面具体以子项目一为例进行说明。
　　“项目目标”——实现单片机对土壤湿度信息的采集与保存。
　　“角色分工”——A、B、C三位学生共同查找相关资料，学习单片机的基本原理，了解AT89C51RD2性能与结构；学习单片机的C语言编程技术，学会使用仿真软件。在指导教师的帮助下，选择土壤湿度传感器。A学生负责寻找合适的A/D转换芯片并收集模拟数据；B学生编写单片机程序，在A、C的帮助下修改完善。