淺析基于CDIO工程教育理念的高職單片機課程教學改革

徐航

【摘 要】高職單片機課程是一門綜合性和實踐性很強的專業核心課，注重學生軟硬件綜合設計能力和工程應用能力的培養。基于CDIO工程教育理念的課程教學改革必須從制定適應技術發展的課程教學目標，構建跨學科的一體化教學體系和突破傳統課堂的時空限制等方面推進，培養具有扎實軟硬件知識基礎并具備較強工程實踐能力的單片機人才。

【關鍵詞】CDIO；單片機；教學改革

《單片機技術與應用》是一門融合電子技術與計算機技術、軟硬件緊密結合的綜合性專業課，是培養機電類學生軟硬件綜合設計能力和工程應用能力的核心專業課程。《單片機技術與應用》課程的改革一直是機電類專業教學改革的一個重點。

隨著計算機技術和電子技術的高速發展和快速融合，單片機在消費、生產各個領域的應用越來越廣泛。單片機產品的設計開發和工程應用能力得到用人單位的廣泛重視，具有扎實軟硬件知識基礎并具備較強工程實踐能力的學生越來越受到企業青睞。

1 高職單片機課程教學現狀

（1）當前的教學模式

經過近些年的改革，傳統的圍繞著單片軟硬件知識進行教條式教學的方式已經被絕大多數高職院校摒棄，項目式、任務驅動式的教學模式已經成為目前的主流。學生通過完成具體的項目或者任務，在實踐中學習操作技能和相關的理論知識。相比之前的教條式教學，項目化教學確實是一種進步，但是隨著教學改革的深入，我們發現目前的項目化教學還存在不少弊端。目前項目的設計上還是圍繞著單片機的功能模塊和知識點來進行，項目之間的知識模塊獨立，系統性不強。項目的功能上與實際的產品或者工程項目存在較大差別。理論知識和實踐技能分散在各個項目的具體任務中，聯系不夠緊密，學生的思維容易單一，缺乏系統性、多方位的思考，分析和解決工程問題的能力得不到培養，工程素質難以養成。

（2）教學實踐與工程實際差別較大

目前的高職單片機教學還是通過仿真軟件和單片機開發板等實訓裝置來進行實踐教學的。學生在學習的過程中，往往就獨立的電路功能模塊進行理論與實踐相結合的學習，對基于單片機的系統開發沒有完整的概念。學校里單獨的單片機仿真環境或者獨立的單片機實驗裝置與企業里實際的工程開發環境存在較大差異，學生的專業素質與企業崗位要求還有一定距離，無法無縫對接。

例如基于單片機控制的十字路口交通燈控制系統，目前的項目化教學可能只是局限于紅綠黃三色LED控制的實現。而現實中的系統還涉及數碼管倒計時顯示、開關按鈕、電力控制及繼電器控制等內容，對于交通燈控制系統與違章拍照系統的接口設計、手動控制面板的設計，學生就很難進行把握了。而這些都是工程實踐中需要面對的現實考慮，特別是現實環境中對單片機工作的干擾因素、成本控制、標準化設計、元器件選型、PCB尺寸空間要求及穩固裝置設計等要求，都很難在實踐教學中體現出來。

（3）知識綜合應用能以實現，綜合性項目無法開展

單片機系統的開發涉及到了電子技術、計算機技術、傳感器技術等多門學科的知識，軟硬件設計聯系緊密，學生普遍感到學習難度大。特別是單片機系統的各種接口技術、外部拓展電路以及軟硬件高度結合的編程。這些內容很難在常規課堂教學中展開，理論教學和實踐操作融合不好，教學效果差強人意。目前解決這個問題的做法是安排一些綜合性的實踐項目。綜合性的實踐項目提高了學生的參與意識，加強了學生的動手能力，但是教學場所和課時量的限制使得學生往往只能進行驗證性的操作，對整個項目的把握還不夠，無法完全吃透。學生受到知識面的限制，對單片機系統的構建往往只能按照老師預設的設計進行按部就班的重復，缺乏自己的系統化思考，綜合運用專業知識解決工程問題的能力得不到鍛煉，學習的主動性和創造性都存在問題，工程素養的養成更是困難。

2 基于CDIO工程教育理念的單片機教學改革

打破傳統，探索一種能夠較好培養學生工程應用能力和系統化思維的教學模式，提高單片機課程教學質量以適應企業對單片機人才所提出來的要求是單片機課程改革的方向。CDIO教育模式是以工程產品構思、設計、實施、運行的生命周期為主線，引導學生主動地在實踐中進行跨課程的知識學習和技能訓練，強調學生工程基礎知識、個人能力、團隊能力和工程系統能力的培養。CDIO模式與目前高職院校普遍采用的項目式教學都是以產品的生產服務生命周期為教學載體，強調“基于項目的學習”和“做中學”。

（1）CDIO工程教育理念

CDIO是Conceive（構思）、Design（設計）、Implement（實施）、Operate（運行）四個英文單詞的縮寫。“構思”是指在綜合考慮客戶需求、技術實現、企業制度和戰略的基礎上，不斷改進產品概念、技術和商業計劃；“設計”是指在構思的基礎上制定開發產品所需的計劃、方案和技術細節；“實施”就是將之前的設計轉變為產品的過程，包括軟硬件生產、調試、檢驗等過程；“運行”值對現有產品的升級優化、維護更新等。CDIO工程教育模式，能夠讓學生在課程之間主動、有機的學習，學習的過程是在產品從構思到運行的整個生命周期中實踐完成的。學生在此過程中積累個人技術、熟練職業技能、培養工程素質。

（2）改革策略

基于CDIO工程教育理念的高職單片機課程教學改革必須樹立“做中學”的理念，對教學模式進行逐層探索。在培養目標上，應該根據單片機人才的崗位需求，明確課程定位和課程教學目標；在教學體系上，應該以產品為載體，構建跨學科的一體化教學體系；在教學實施上，利用網絡技術突破課堂時空限制，翻轉傳統課堂。

1）制定適應技術發展的課程教學目標

隨著電子技術、計算機技術、通信技術和傳感器技術的發展和融合，市場對單片機人才的要求在不斷變化。單片機課程的教學目標應該依據技術升級情況和崗位需求變化，制定出相應的知識、能力和素質目標。學生的專業知識面要寬，深度夠用即可，專業技術要新，實用性要強。強化實踐教學，通過循序漸進的技能訓練和系統性思維訓練，提升學生專業技能和工程素養。

2）構建跨學科的一體化教學體系

單片機開發涉及到了多門課程的知識，按照CDIO構建一體化課程體系的流程，應當以核心課程為主、支撐性課程為輔，依據產品開發流程來整合課程資源，創新課程教學體系。讓學生吸收較多的信息，拓寬其專業知識面和視野，促進其多角度分析解決問題能力的提升。在實踐教學中強化實踐創新能力的培養，追蹤技術發展，動態更新實踐教學內容，盡量與工作崗位掛鉤，以工程項目的實施過程為主線貫穿課程設置全過程。

3）突破傳統課堂時空限制

引入CDIO工程教育模式后，系統化、大容量的工程教學內容和有限的課堂教學時間之間存在矛盾。在教學過程中，應該以產品開發實踐活動為主線，將問題導向和實踐技能訓練相結合，引導學生課外進行探究式學習，課堂上老師進行指導、演示、答疑和反饋，實施翻轉教學，并充分利用網絡技術向學生提供學習資料，掌握學生學習情況，突破傳統課堂的時空限制。

總之，CDIO工程教育理念強調“做中學”，以產品開發為主線的教學改革能夠充分激發學生的學習興趣，調動學生的學習積極性，培養學生的專業技能和工程素養。

【參考文獻】

[1]李文，黃文，李連勝.CDIO理念下硬件課程體系改革與實踐[J].實驗室研究與探索，2014，（7）：161-164.

[2]王剛.CDIO工程教育模式的解讀與思考[J].中國高教研究，2009，（5）：86-87.