OBE-CDIO工程教育模式下的單片機模塊課程改革與實踐

張曉培 何永玲 崔傳真 王躍飛 申 康

（欽州學院機械與船舶海洋工程學院，廣西 欽州 535011）

0　引言

近年來，我國高等教育發展的重點放在了應用型人才的培養上，國內的諸多學者也紛紛在教育教學改革中不斷的摸索和改進[1-2]，其中工程專業認證中的OBE-CDIO人才培養模式與我國的應用型人才培養理念基本上是一致的，而且系統地體現了“學做結合”的理念。“單片機模塊”是自動化專業的一門綜合性較強的專業基礎課程，它不僅是控制系統等后續專業課程的基礎，還是畢業設計、機器人設計類競賽的核心基礎。該課程在自動化專業應用型人才培養方案中對培養和提高學生工程分析和解決實際問題的能力起著重要的作用。因此,本文提出采用OBE-CDIO工程教育模式來設計開發我校的單片機模塊課程的教學過程，對改進該課程的教學提供了一個新的教學改革思路。

1　以往單片機模塊教學中存在的問題

單片機模塊課程包括單片機原理和單片機原理實驗，是理論與實踐并重的課程。然而在傳統的教學過程中存在如下問題：

1.1　教材內容過于陳舊

比如在單片機編程語言的學習過程中，大多教材的案例還是采用的是編程語言等。

1.2　教學方法陳舊

在教學過程中老師按照教學大綱進行課堂內容的講授，造成了學生學習的內容局限于教材中。從而使得學生缺乏思維鍛煉的機會，學習興趣比較低，教學效果不理想。

1.3　實驗教學環節效果差

目前單片機的實驗學時占的比重不大，實驗項目都是依據現有的開發板而進行的，并且基本上都是驗證性實驗，缺乏綜合設計性實驗項目。學生所做的實驗知識點連貫性不強，導致整個課程學完了，大多數學生依然不能系統地掌握單片機項目開發的過程。

1.4　考核方式單一

目前，該門課程以平時成績占10%、實驗成績占30%和卷面成績占60%的最終成績作為評價學生學習效果的考核方式。通過傳統考核形式只能了解到學生們學習到了什么書面知識，不能夠了解到學生是否達到了學以致用的程度。

表1　單片機模塊課程的CDIO能力培養目標矩陣

針對傳統教學模式下的問題，一些高校將項目驅動和案例分析的方法應用到單片機課程教學改革中[3-4]。雖然通過這些方法，學生的興趣和學習的主動性都得到了一定的提高，但是作為應用型人才他們在團隊協作和企業環境下開發設計等方面還有一定的不足之處。而工程認證中的CDIO教育模式恰恰可以彌補前者的缺陷。鑒于上述的問題，本文將專業認證中的OBE人才培養體系和CDIO教育模式引入到單片機模塊化教學過程中，通過此方法培養學生的學習推理、溝通、協作等方面的能力，培養德才兼備的應用型人才。

2　CDIO模式下的單片機模塊項目驅動學習

2.1　單片機能力培養目標矩陣

CDIO以培養工程師的角度確定了人才的培養標準，這些具體的標準有效地體現了培養應用型人才所應該具備的能力。所以本文在單片機模塊教學改革中建立了基于CDIO培養目標的能力矩陣，如表1所示。該能力矩陣主要是從專業能力和素質兩大方面進行細化的。專業能力側重于在教學過程中，學生專業知識和技術性水平的提高。在單片機模塊課程中所需要掌握的專業能力從技術知識和推理能力這個層面體現，由4個方面組成：（1）掌握系統設計過程中的框架和設計步驟；（2）硬件電路設計；（3）軟件程序設計；（4）系統設計時課程群內其他知識的綜合應用。素質能力從個人職業技能和職業道德等其他3個層面體現，具體包含了職業技能、團隊協作、企業環境等。

2.2　項目實施環節

在單片機模塊教學過程中，采用項目驅動的方法來培養能力矩陣中的能力。根據CDIO能力培養大綱的四個層面展開項目的實施過程，具體環節包括了以下四個步驟：首先，單片機模塊理論教學環節；其次，教師介紹項目任務和要求，指導學生組成若干有效的團隊；再次，學生對項目進行目標分析、可行性分析和成本預算等，到最終的綜合調試和項目報告的形成；最后，項目實現結果的測試和項目報告的評價。它可以包括教師評價、學生自評和學生間互評等。

2.3　考核方式

依據OBE的教育理念，主要從知識和能力兩方面考核。考勤和平時作業占10%、實驗與報告占30%、項目實施占20%和期末試卷考試占40%。卷面成績反映了學生掌握理論知識的能力，實驗與項目及其對應的報告反映了學生的工程推理與解決問題、分析和交流溝通的能力。該考核方式在滿足OBE的要求情況下，可以有效地評估學生的能力。

3　OBE-CDIO模式下的教學改革的效果

3.1　學生由被動到主動的轉變

傳統教學是以教師計劃給學生介紹關于單片機的概念并向學生展示單片機的具體應用，基于結果為本的教學是學生將能夠運用單片機相關的知識發現和解決問題。

3.2　教學目標從內容為本到結果為本的轉變

傳統的教學是學生會：認識選擇單片機及外圍芯片的準則；掌握單片機接口電路的驅動方法等。而以結果為本即學生能選擇合適的單片機芯片和外圍接口來實現設計項目的需求等。

3.3　獨立完成到團隊合作的轉變

以項目驅動的學習方法，需要學生以小組的形式完成任務。而在合作的過程中，團隊中的成員為了項目實施會進行一系列的協調和交流，它們在這個過程中逐漸培養了團隊合作精神。

4　結束語

本文提出的基于OBE-CDIO教學模式下的單片機模塊的改革，以學習結果為導向，以CDIO工程教育標準為課程教學設計的核心，通過項目驅動的方法來培養單片機模塊課程能力矩陣中的能力目標。該方法有效地培養了學生的技術知識、團隊協作和職業素質等方面的能力，為應用型人才的培養提供了一個有效的解決方案。

【參考文獻】

［1］劉亮軍.地方普通本科高校應用型人才培養機制創新[J].教 育 與 職 業 ，2017(14)：50-53.

［2］葛雷,金巨波,唐友.基于混合式教學的產教融合、工學結合培養模式的探索[J].信息記錄材料,2018,19(01)：157-160.

［3］尤新芳.單片機一體化教學中項目驅動法之教學設計[J].職 業 ,2016(34)：62.

［4］劉宏濤.淺談案例分析法在中職教育中的應用——單片機原理的案例分析應用[J].新課程(教育學術),2012(03)：113.