CDIO—OBE工程教育模式下“單片機課程”教學改革

雷高偉 劉美 徐小玲

摘 要： 針對目前“單片機課程”教學中普遍存在的兩大問題：一是帶有諸多弊端的以理論知識學習為重點、以教師講授為主要授課方法的傳統教學模式；二是單一的以平時成績與卷面成績按照一定的比例構成的最終成績評價學生學習效果的考核方式，借鑒CDIO工程教育模式中以項目驅動的教學方法及OBE中以成果導向教育的評價模式兩大優勢構成基于CDIO-OBE的教學評價模式，將其應用到單片機課程的教學當中，提高提高教學質量和人才培養質量。

關鍵詞： CDIO OBE 單片機課程 教學改革

“單片機課程”是計算機、自動化、測控技術及電氣等專業的一門具有綜合性質的骨干課程，其支撐基礎課程主要有電路、數電、模電及C語言等。它與其他專業課一個明顯的區別就是具有很強的實踐性，因此它更容易引起學生的學習興趣。但是，目前這門課的授課形式并沒有迎合其“強實踐性”這一特點，而是采取傳統的以教師講授為主的授課方式，按照教科書的章節順序進行授課，這樣的授課模式忽視了這門課的實踐性所帶來的趣味性，因此既抹殺了學生學習這門課的積極性，更對知識點不能有深刻理解。如果能以項目為載體，讓項目完成的全過程貫穿整個學習過程，使學生在“做中學、學中做”，充分調動學生學習的主動性與自主性，則整個單片機的學習將達到事半功倍的效果[1-2]。CDIO工程教育模式理念的核心就是受到現代工業產品從構思研發到運行乃至終結退休的生命全過程的啟發，以實際項目工程為載體，培養學生的四大工程能力，包括個人的工程科學和技術知識，學生的終身學習能力，團隊交流能力和在社會和企業環境下產品、過程和系統的建造能力。這一理念恰好符合“做中學、學中做”的思想。

傳統“單片機課程”的“教”與“學”的模式存在很多不足之處，嚴重影響教學質量和人才培養質量，其不足主要體現在以下幾個方面：（1）整個教學活動中，老師講授的內容嚴格按照教學大綱進行組織與設置問題，造成學生學習的知識相對固定，只局限于課本內，思維鍛煉也受到限制，形成老師處于主導地位，學生只能被牽著鼻子走的局面。而以項目為載體，學生在完成項目的過程中，會遇到各種各樣的問題，其中有些問題是來自書本之外，這樣就拓寬了知識面，思維也受到更多不同刺激，得到良好的鍛煉。（2）目前單片機課程實驗的設置，多以驗證性實驗為主，而且都是在實驗室現有的開發板上進行，而對于真正的單片機項目開發，這所做的只是其中一個環節，真正的單片機項目開發過程包括需求分析、可行性分析、系統體系結構設計、硬件設計、軟件設計、綜合調試等。所以整個單片機課程學完之后，很多學生對單片機項目開發的全過程依然沒有清晰的認識。（3）考核學生最終的學習效果，多以理論性知識點的卷面形式考試為主，只要學生考試前一兩周對課本知識點進行充分“背考”，就可以順利通過考試。這樣的考核方式最多能知道學生知道了什么，完全不知道學生可以做什么，而且學生的學習動機完全不是基于興趣，只是應付考試。

一、以項目為載體，改變教學方式

CDIO工程教育模式下的項目教學法與傳統教學方法相比，主要有三個方面的轉變：（1）學生由圍繞課本學習到圍繞項目學習；（2）學習過程由以教師講授為主到以學生自學為主：（3）由記憶、理解知識點到運用、內化知識點。

在選擇訓練項目時，要注意以下兩點：（1）訓練項目不宜太多，要做到少而精，追求“做一件事，做好一件事”的教學理念，而且選擇的項目要涉及單片機全部的基本知識點。（2）項目的復雜度要由簡到繁，循序漸進；難易程度要由淺入深，層層推進。因為剛開始，學生對單片機還比較陌生，感性認識和理性認識都很淺，所以先選一些訓練內容單一的項目，然后逐漸過渡到綜合性項目。

將所有項目分為兩類，一類是訓練內容單一項目，如表1所示一類是綜合性項目。因此項目的實施根據是單一項目還是綜合項目也分為兩個階段，由于單一項目比較簡單、任務量較小，因此對于單一項目采取暫時不分組的辦法，以個人為單位完成每個項目，雖然項目簡單，但要求每個學生都按照單片機項目開發的一般流程，從需求分析，可行性分析，到最終的綜合調試逐步完成。其實這也是在為接下來以小組團隊形式完成綜合性項目開發做準備，雖然團隊的協作很重要，但好的團隊也是建立在個人能力基礎之上的，否則，團隊只能是有名無實。

再者從培養人才的角度講，讓每個學生都成才，才是教育真正的目的所在。每個項目完成之后，都會讓一部分學生上臺展示自己的作品，并講述其設計思路、設計方案及在完成項目的過程中遇到什么問題，然后又是如何解決的，這是一種分享，一種交流，同時鍛煉學生的表達能力。當所有單一項目做完，爭取每個同學都有上臺的機會。

在第一階段進行完的基礎之上，把所有學生按三人一組，組成一個項目團隊。每個團隊的成員根據自己的喜好與特長，選擇在綜合項目開發過程中的不同角色。能力突出的可以擔任隊長，負責整個項目的實施，其他兩位同學可以分別負責軟件、硬件的設計，雖然有分工，但是每一個環節的完成，組員之間都可以交流討論，獻計獻策。當然，也鼓勵每個團隊的成員都擔當一次隊長，鍛煉自己。每一個項目完成之后，也會像第一階段一樣，讓一些團隊上臺展示自己的作品，和其他團隊的作品進行比較，交流心得體會，取長補短，不斷改進。

表1 訓練內容單一項目

表2 綜合性項目

二、以成果為導向，改變考核方式

在基于OBE的工程教育模式中對“學習成果”給出這樣的定義：學習成果是學生最終取得的學習結果，是學生通過某一階段學習后所能達到的最大能力。從這個定義中，我們看到它注重的不是學生了解什么、知道什么，而關心的是學生能做什么，通過對單片機課程的學習，獲得了能做什么的能力[3-4]。本文所提出的考核方式主要是受到OBE工程教育模式中對“學習成果”的定義的啟發，對學生學習結果的考核分為“小組項目考核”和“理論考試考核”兩部分。

1.小組項目考核。

“小組項目考核”注重的是整個小組運用理論知識解決實際問題的能力，以及團隊成員之間的協作能力，該考核貫穿整個項目實施的全過程，對各項能力進行客觀評價，以及最終完成項目的質量情況、有無創新之處，綜合打分。該成績占整個考核的比重的70%。

2.理論考試考核。

針對“單片機課程”來說，雖然實踐動手能力很重要，但不能矯枉過正，完全忽視理論知識，畢竟理論知識是實踐的基礎，再者對于本科教育來說，掌握理論知識也是進一步深造的基礎，所以有必要對理論知識進行考核，該成績占整個考核的比重的30%。

實行這樣的考核方式還達到了其他效果，比如學生的出勤率明顯提高，這主要有兩方面原因，一是學生對動手比較感興趣，相對于枯燥的理論課堂授課更有吸引力；二是他們是以小組為單位，如果是某位同學缺席，就會對他們這一組的項目進度產生影響。

三、改革效果

1.興趣引導，轉被動為主動。

傳統教學模式通常為教師講授理論知識為主，學生以記憶和理解抽象知識點為主，教與學形式單一，枯燥無味，嚴重挫傷了學生學習的積極性。基于CDIO工程教育理念的教學模式，是以項目的實施貫穿著整個學習過程，學生在完成項目的過程中，遇到什么問題，就主動想方設法解決問題，包括有針對性地查找相關資料、和其他同學討論及尋求老師的幫助，最后問題得到解決[5]。當一個問題通過他們自己的努力得到解決時，他們總是很興奮，更加充滿學習動力，極大地激發了他們進一步學習單片機的興趣，這種良性循環在項目完成過程中不斷得到循環。

2.知識整合，提高綜合能力。

“單片機課程”是一門以電路、數電、模電及C語言等專業基礎課為支撐的綜合性課程。但是這些專業基礎課之間的聯系并不那么緊密，學生學完這些課程之后，很快就會忘記。CDIO工程教育模式下，單片機的學習以完成項目為主線，其中所遇到的問題要得以解決，就要運用到支撐它的專業基礎課中的知識點，將這些知識點運用到項目中，就像鑲嵌其中一樣，和項目融為一體，而不再是片面的、零碎的知識點。根據OBE的成果特點，其中一條“成果越接近學生真實學習經驗越可能持久存在尤其是經過學生長期廣泛實踐的成果其存續性更高”可知，這樣習得的知識記憶得更長久，而且提高了學生運用知識的綜合能力。

3.分工合作，培養團隊精神。

團隊意識已經成為越來越多的企業在招聘人才時的一項考核內容。在現代這個追求高品質、高速度的社會，要想高質量、快速度地完成一個綜合項目，靠一個人單打獨斗的模式已經被淘汰，也幾乎不可能完成[6]。傳統的教學模式，恰恰忽視了這一能力培養，每個學生的學習過程都是個體單獨完成的。基于CDIO的工程教育模式，學生以小組形式完成項目，期間他們為了解決一個共同問題進行深入交流，互相學習，彼此配合，不知不覺中鍛煉團隊協作精神。

4.注重實踐，提高動手能力。

“重理論，輕實踐”一直是理工科高等教育傳統教學模式中的一個普遍現象。老師過于注重理論教學，學生為了順利通過考試，把主要經歷放到理論知識的學習上，單片機課程結束了，一些學生連簡單的電路板都不會焊接，更不用說調試。在CDIO工程教學理念指導下，始終堅持教學與實踐一體化，將所學理論知識通過動手實踐運用到實際項目中，從而提高學生的實踐動手能力。

四、結語

借鑒CDIO工程教育模式，以項目為主線培養學生優勢，改革教學模式，以及OBE基于學習結果培養學生的特色，改革考核模式，然后綜合兩大教育模式，提出基于CDIO-OBE的教學模式，使得理論與實踐結合得更加緊密，改善“單片機課程”傳統教學模式中“重理論、輕實踐”的狀況。新的考核方式，讓學生不再只為“分數”學習，而是以興趣激發動力，全身心投入到單片機項目開發中，形成“做中學，學中做”的局面，大大提高教學質量。

參考文獻：

[1]顧佩華，沈民奮，李升平，等.從CDIO到EIP-CDIO：汕頭大學工程教育與人才培養模式探索[J].高等教育研究，2008（1）：12-20.

[2]康全禮，陸小華，熊光晶.CDIO大綱與工程創新型人才培養[J].高等教育研究學報，2008（4）：16-18.

[3]顧佩華，胡文龍，林鵬，等.基于“學習產出”（OBE）的工程教育模式——汕頭大學的實踐與探索[J].高等工程教育研究，2014（1）：27-37.

[4]邱劍鋒，朱二周，周勇，等.OBE教育模式下的操作系統課程教學改革[J].計算機教育，2015（12）：28-34.

[5]王芳楷.基于CDIO的單片機課程教學研究[J].廣東輕工職業技術學院學報，2012，11（1）：34-36.

[6]張翼成，劉美，王濤.CDIO模式下“單片機原理及應用”課程教學改革[J].計算機教育，2012（23）：90-93.

基金項目：2014廣東省高等教育教改項目（GDJG 20142405）。

通訊作者：徐小玲