CDIO在高職《單片機技術》課程中的應用

馬永軍　李偉民　華有斌

[摘 要]本文充分借鑒CDIO工程教育模式改革單片機技術課程，以典型電子產品設計制作為載體，能力培養為目標，更新教學觀念，關注工程實踐，培養自學能力，加強人際溝通技能和職業道德培養并重，注重課程過程的評價，學生綜合素質與教育質量有了明顯提高。

[關鍵詞]CDIO 單片機技術 應用

[中圖分類號] G424.1[文獻標識碼] A[文章編號] 2095—3437（2012）09—0103—02

CDIO（Conceive—Design—Implement—Operate）工程教育模式采用“做中學”的教學方法，以產品研發到產品運行的生命周期為載體，讓學生以主動的實踐的方式學習工程。[1]CDIO所強調的基于項目全過程學習的理念給高職教育的人才培養方式的改革提供了新的思路和方向。本文根據高職教育的實際情況，在高職《單片機技術》課程教學中引入CDIO工程教育理念，教學內容圍繞實際的職業活動和典型工作任務展開，以項目訓練促進學生綜合能力的培養，效果較好。

一、基于CDIO模式的課程改革

高職《單片機技術》課程是高職電類專業的一門專業基礎課程，課程的培養目標是使學生能掌握單片機基礎知識和簡單控制系統的設計應用，并具有開發典型工程項目的能力。傳統的單片機教學多采用理論實踐相結合的模式，經教改后先后采用過任務驅動式教學方法和項目教學方法，對教學效果有較好的改善。但由于單片機的基礎理論知識比較抽象，實驗內容過于單元化，項目的設計制作主要集中在學期末一段時間內進行，學習過程較為被動，學生項目制作過程中缺乏團隊協作的訓練，也沒有切實有效的評價手段，這些都不利于學生工程能力和綜合素質的培養和提高，也容易導致和企業需求脫節。

我們參照CIDO教學模式“系統的能力培養，全面的實施指導及實施過程和結果檢驗的12條標準”為依據，對單片機技術課程的內容進行改革，以典型電子產品為載體，項目選取體現團隊化特征，與實際應用對接，通過對基于單片機控制的典型電子產品的構思、設計、實施和運作（CDIO）培養學生掌握控制電路的基本分析方法和技能，同時在產品制作的過程中，強化學生的團隊意識，提高學生的溝通交流能力和協作技能。[2]

二、基于CDIO模式的課程教學

我們結合電類專業崗位真實工作任務和學校實際情況采用基于CDIO的單片機課程教學，選取“單片機控制交通信號燈系統”、“單片機恒溫控制系統”、“基于單片機電子點陣屏設計”等多個綜合項目引入教學，讓學生通過課程實踐，完成CDIO整體訓練，得到全面的訓練和提高。

（一）項目構思（C）

主要對要設計的單片機控制系統進行分析、討論、交流，了解系統總體的要求和開發意義，對高職學生來說項目重在實施，設計的過程可在老師的啟發下，學生分小組討論，完成系統結構設計的總體框圖，項目構思主要是通過引導和交流探討工程方法，加強團隊意識，培養工程推理和解決問題的能力。

（二）項目設計（D）

進行項目總體設計，包括硬件設計（電路原理圖、印刷電路板圖、元件布置圖）和項目軟件設計（程序流程圖和程序清單）。在設計過程中，通過查找資料、研討、互評、優化和小組互動，根據學生能力不同，分工合作，統一調度，設計出合理的實施方案并生成Protues系統仿真實現圖。項目設計過程鍛煉了學生的自學能力、職業態度和人際交流能力，培養了學生工程項目的設計和實踐能力。

（三）項目實施（I）

進行項目實施主要是完成單片機控制系統的在線仿真調試和印刷電路板的生產以及元器件的焊接，包括印刷電路板的布線，正確性檢測、元器件布置。印刷電路板的制作在我院工程中心進行，元器件的焊接在單片機綜合實訓室完成，各項工作及時互通進度，及時檢測錯誤，商討改進，培養團隊協作交流能力。

（四）項目運行（O）

項目運行主要是程序的固化并使單片機控制系統獨立運行，應做到能對系統故障進行分析和檢查，并能尋找解決問題的切入點和具體解決問題的方法，學會運行維護系統的方法。最后要進行控制系統項目開發的總結，整理分析資料，包括系統說明書、設計圖紙及設計總結，建立工程檔案以備日后應用參考和查驗。

三、基于CDIO模式的具體實施

《單片機技術》課程的整個教學實踐過程以學習者為中心，在CDIO全過程中引導學生進行自主性的電子產品電路的設計、制作、調試。給予學生更多自己做的機會，使學生更好地理解和掌握各分散的單元內容，真正實現做中學和做中教，使學生的工程能力和綜合技能得到很大的提高。[3]

我們以"單片機控制交通信號燈系統"為例說明基于CDIO模式教學的具體組織與實施步驟。

（一）讓學生明確任務內容及要求，本任務采用單片機和可編程并行I/O接口芯片8255A為中心器件來設計交通燈控制器，實現能根據實際車流量通過8051芯片的P1口設置紅、綠燈燃亮時間的功能，紅綠燈循環點亮，倒計時剩5秒時黃燈閃爍警示，綠燈時間可檢測車流量并可通過雙位數碼管顯示，本系統實用性強、操作簡單、擴展功能強，具有一定的綜合性和實踐性。

（二）設計過程由學生分析和教師指導完成，在明確任務之后，教師引導學生對任務加以分析，進行任務所需的資料、材料等的準備。把學生分成幾個組，由組長組織討論實施步驟并對人員進行分工，要求學生畫出系統框圖、設計系統電路以及程序流程圖，教師可以根據需要給出主要程序設計內容，但關鍵知識點要留給學生自己完成，讓學生動筆和獨立思考，學生根據自己的知識積累、相互討論和查找資料，設計硬件電路和參考程序，教師要進行必要的提示并對學生出現的錯誤及時加以修正，講解，根據學生實際情況可適當調整任務難度和要求，增加學生完成任務的信心。

（三）前面構思和設計的任務需要教師協助學生完成，實施的任務則要求學生自己獨立完成，每組內的同學根據能力不同可以有所側重，學生在項目實施前應使用Protues仿真軟件繪制電路原理圖并進行系統程序的仿真、修改和調試，仿真通過后，再將目標文件下載到實際制作的單片機系統中進行聯調，并進行完整的硬件電路設計。

（四）在調試運行過程中，要求學生根據出現的問題和運行的結果，進行進一步的分析、思考，培養學生創新的能力。同時要設計好考核評價表，考核評價要對工作態度、完成質量、團結協作、文明規范、安全操作等方面都應有所體現 ，重在促進學生工作技能、職業素質的全面提高。

基于CDIO的《單片機技術》課程以接近電子工程實際所涉及的單片機綜合設計項目為主要載體，建立學生的工程價值觀，激發學生的實踐積極性，改善學生的學習態度和信心，培養學生團隊協作意識，以產品為導向的工程教育更加強調了學生綜合能力的培養，該模式也可以為其他專業課程的改革提供一些借鑒和嘗試。

[參考文獻]

[1] 查建中.論“做中學”戰略下的CDIO模式[J].高等工程教育研究，2008，（3）.

[2] 嚴石.CDIO在高職《模擬電子》課程教學中的應用[J].天津職業大學學報，2009，（6）.

[3] 胡占軍.基于CDIO的模式的項目教學實施方案[J].中國職業技術教育，2009，（8）.

[責任編輯：戴禎杰]