淺析基于CDIO 理念的高職《單片機(jī)技術(shù)與應(yīng)用》課程綜合實(shí)訓(xùn)教學(xué)改革

徐 航

（江西環(huán)境工程職業(yè)學(xué)院，江西 贛州 341000）

單片機(jī)憑借著體積小、功耗低、價(jià)格低廉和可靠性高等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)生活的各個(gè)領(lǐng)域。目前，《單片機(jī)技術(shù)與應(yīng)用》課程已經(jīng)成為高職電子類專業(yè)的專業(yè)核心課程。該課程主要培養(yǎng)學(xué)生開發(fā)基于單片機(jī)控制的系統(tǒng)的能力，包括硬件設(shè)計(jì)、程序設(shè)計(jì)、軟硬件聯(lián)調(diào)和實(shí)踐動(dòng)手制作能力。課程涉及的知識(shí)面比較廣，對(duì)學(xué)生動(dòng)手能力要求比較高，如何將CDIO 工程教育理念引入課程的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，強(qiáng)化學(xué)生工程思維、創(chuàng)新意識(shí)、實(shí)踐動(dòng)手能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)助能力的培養(yǎng)，對(duì)提高教學(xué)質(zhì)量有重要意義。

1 高職單片機(jī)實(shí)踐教學(xué)現(xiàn)狀

單片機(jī)課程的綜合實(shí)訓(xùn)是培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用單片機(jī)相關(guān)知識(shí)解決實(shí)際問題和提高學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手能力的重要環(huán)節(jié)。目前，單片機(jī)課程的綜合實(shí)訓(xùn)教學(xué)存在著以下問題。

1.1 教學(xué)時(shí)間安排不科學(xué)

目前，一般的做法都是講單片機(jī)課程的綜合實(shí)訓(xùn)安排在期末考試前的一到兩周進(jìn)行，這期間正是學(xué)生進(jìn)行期末復(fù)習(xí)的期間，學(xué)生各種事務(wù)繁多，往往難以集中精力進(jìn)行單片機(jī)系統(tǒng)的綜合設(shè)計(jì)和開發(fā)，從而導(dǎo)致教學(xué)的效果不是很理想。

1.2 實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目不夠豐富

單片機(jī)綜合實(shí)訓(xùn)有的是按照實(shí)訓(xùn)設(shè)備現(xiàn)有的元器件開展相應(yīng)的實(shí)訓(xùn)，有的是教師統(tǒng)一布置給學(xué)生。項(xiàng)目的來源比較單一，往往存在多組同學(xué)共用一個(gè)項(xiàng)目的情況。學(xué)生被動(dòng)地接受選題，會(huì)讓不同能力的學(xué)生無法發(fā)揮自己所長，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣無法有效地被激發(fā)。

1.3 教學(xué)組織實(shí)施不合理

由于整個(gè)綜合實(shí)訓(xùn)的時(shí)間不長，整個(gè)過程往往由老師統(tǒng)一協(xié)調(diào)組織實(shí)施。學(xué)生更多地還是停留在用Proteus 軟件進(jìn)行系統(tǒng)仿真的階段，沒有更多地時(shí)間進(jìn)行實(shí)物制作和調(diào)試嗎，學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力和工程素養(yǎng)無法得到培養(yǎng)，綜合實(shí)訓(xùn)的教學(xué)效果也大打折扣，教學(xué)目標(biāo)難以達(dá)成。

1.4 綜合實(shí)訓(xùn)的考核方式待改善

綜合實(shí)訓(xùn)的考核形式比較單一，存在不合理的地方。不如，大部分的考核都集中在課堂考勤、系統(tǒng)設(shè)計(jì)報(bào)告、仿真完成情況等方面，無法全面、系統(tǒng)、客觀地對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)的真實(shí)情況進(jìn)行評(píng)價(jià)。

2 CDIO 工程教育理念

CDIO 是工程教育領(lǐng)域最新的研究成果，是一種先進(jìn)的工程教育理念，在工程教育中有很多的應(yīng)用。CIDO 強(qiáng)調(diào)了在實(shí)際的工程背景下，以產(chǎn)品全生命周期為載體，在工程實(shí)施過程中探索理論知識(shí)，鍛煉動(dòng)手能力，加深對(duì)理論知識(shí)的理解，提高運(yùn)用知識(shí)解決實(shí)際問題的能力。學(xué)生在實(shí)踐中，培養(yǎng)工程思維、激發(fā)創(chuàng)新動(dòng)力、體驗(yàn)團(tuán)隊(duì)協(xié)作。在整個(gè)CDIO 理念的教學(xué)實(shí)踐過程中體現(xiàn)了“做中學(xué)，學(xué)中做”，體現(xiàn)了基于項(xiàng)目和基于問題（PBL）的教學(xué)模式。

3 基于CDIO 理念的單片機(jī)綜合實(shí)訓(xùn)教學(xué)改革

要將CDIO 先進(jìn)的工程教育理念應(yīng)用到單片機(jī)的綜合實(shí)訓(xùn)教學(xué)環(huán)節(jié)，需要從綜合實(shí)訓(xùn)的時(shí)間安排、項(xiàng)目選題、組織實(shí)施、考核評(píng)價(jià)等四個(gè)方面進(jìn)行全方位的改革。將產(chǎn)品的構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)施和運(yùn)行貫穿到教學(xué)的全過程，以學(xué)生未主體，教師為主導(dǎo)展開教學(xué)，讓學(xué)生在實(shí)踐過程中加深對(duì)單片機(jī)相關(guān)知識(shí)的理解與應(yīng)用，在實(shí)施完整的產(chǎn)品周期中培養(yǎng)工程素質(zhì)。

3.1 時(shí)間安排

改變以往單片機(jī)綜合實(shí)訓(xùn)集中在期末考試前進(jìn)行的時(shí)間安排，提前3 到4 周啟動(dòng)綜合實(shí)訓(xùn)，讓學(xué)生有更加充分的時(shí)間來實(shí)施項(xiàng)目。具體可以按照CDIO 理念分為4 個(gè)階段。一是對(duì)學(xué)生進(jìn)行分組，引導(dǎo)每個(gè)小組的學(xué)生選題。二是開展系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)，主要通過仿真軟件Proteus 和Keil C51 進(jìn)行。三是制作實(shí)物。學(xué)生根據(jù)仿真結(jié)果，選用相應(yīng)元器件，搭建電路，進(jìn)行軟硬件聯(lián)合調(diào)試。四是運(yùn)行展示，答辯考核。學(xué)生提交設(shè)計(jì)說明書和使用說明書，以小組為單位匯報(bào)演示作品，回答老師的提問，完成答辯考核。

3.2 選題

綜合實(shí)訓(xùn)的選題要基于單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域，盡可能的覆蓋單片機(jī)課程的重要知識(shí)點(diǎn)，又要注意相關(guān)知識(shí)的覆蓋面和學(xué)生自身學(xué)習(xí)情況，在設(shè)計(jì)難度上要適中，符合相應(yīng)學(xué)生的學(xué)習(xí)水平。選題盡量來源于應(yīng)用實(shí)際，體現(xiàn)工程背景，可以從企業(yè)項(xiàng)目、科研項(xiàng)目或者技能競賽題目中選取，也可以讓學(xué)生根據(jù)自己的興趣自主選題。選題后，需要進(jìn)行可行性分析，對(duì)選題進(jìn)行評(píng)估，進(jìn)行設(shè)計(jì)任務(wù)分解，學(xué)生跟老師協(xié)商后最終確定。確定選題后，老師制定好任務(wù)書，明確具體要求，指導(dǎo)學(xué)生按照任務(wù)書實(shí)施項(xiàng)目。

3.3 組織實(shí)施

項(xiàng)目實(shí)施采取分組方式進(jìn)行，每組設(shè)立組長一名，牽頭負(fù)責(zé)項(xiàng)目實(shí)施的各項(xiàng)工作，比如設(shè)計(jì)方案研討、具體技術(shù)問題的研究、組內(nèi)事務(wù)分工等。在整個(gè)過程中，學(xué)生自我組織、自我管理、教師全程指導(dǎo)，既能充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性、培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考、實(shí)際動(dòng)手和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，又能保證項(xiàng)目的實(shí)施遵循正確的方向，提高項(xiàng)目實(shí)施的成功率。以交通信號(hào)燈的設(shè)計(jì)與制作為例，說明具體的實(shí)施過程。

（1）項(xiàng)目構(gòu)思（concept）：學(xué)生根據(jù)系統(tǒng)功能和技術(shù)指標(biāo)、查閱相關(guān)資料。組長組織成員開展組內(nèi)討論確定技術(shù)參數(shù)，提出實(shí)施方案。老師對(duì)小組提交的項(xiàng)目實(shí)施方案進(jìn)行可行性分析，給出指導(dǎo)性的修改意見，確定最終實(shí)施方案。

（2）項(xiàng)目設(shè)計(jì)（design）：單片機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)分為硬件和軟件兩個(gè)部分。學(xué)生先根據(jù)系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)系統(tǒng)的硬件電路，確定具體的元器件參數(shù)，在proteus軟件上繪制電路原理圖，進(jìn)行仿真調(diào)試。然后在Keil C51 環(huán)境下進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)、調(diào)試，最終編譯生成HEX 文件。將HEX 文件導(dǎo)入單片機(jī)，進(jìn)行調(diào)試。調(diào)試完成后，對(duì)系統(tǒng)硬件和軟件定型，生成PCB 圖和BOM 清單。

（3）項(xiàng)目實(shí)施（implement）：根據(jù) BOM 清單和PCB 圖，選取元器件制作實(shí)物，進(jìn)行焊接調(diào)試，硬件電路完成后，向單片機(jī)導(dǎo)入HEX 文件，通電測試，驗(yàn)證功能是否正常，對(duì)存在的問題進(jìn)行分析和修正，開展軟硬件聯(lián)合調(diào)試。功能實(shí)現(xiàn)后，撰寫產(chǎn)品設(shè)計(jì)說明書和使用說明書。

（4）項(xiàng)目運(yùn)行（operate）：根據(jù)產(chǎn)品功能，編制項(xiàng)目文檔，包括產(chǎn)品演示的多媒體資源，匯報(bào)用PPT等。產(chǎn)品實(shí)施過程中技術(shù)文檔的歸類和收集，例如系統(tǒng)設(shè)計(jì)和調(diào)試過程中遇到的問題及解決方案。為產(chǎn)品演示和小組答辯做準(zhǔn)備。

3.4 考核評(píng)價(jià)

改變原來偏重于結(jié)果的考核方式，以過程性考核為主。過程考核由學(xué)生自評(píng)、小組互評(píng)和教師評(píng)價(jià)三部分組成。其中學(xué)生自評(píng)，由學(xué)生對(duì)自己的學(xué)習(xí)態(tài)度、知識(shí)掌握情況、實(shí)踐動(dòng)手能力、任務(wù)完成情況等方面進(jìn)行評(píng)價(jià)，占20%。小組互評(píng)，是小組成員之間從團(tuán)隊(duì)協(xié)作情況、對(duì)小組的貢獻(xiàn)度、專業(yè)素養(yǎng)等方面相互評(píng)價(jià)，占30%。教師評(píng)價(jià)，由教師根據(jù)學(xué)生的出勤情況、作業(yè)和任務(wù)的完成情況、分析問題和解決問題的能力等方面進(jìn)行評(píng)價(jià)，占50%。

答辯考核以學(xué)生答辯表現(xiàn)、實(shí)物展示和項(xiàng)目文檔完成情況進(jìn)行綜合評(píng)分。

綜合實(shí)訓(xùn)總成績由過程評(píng)價(jià)（70%）和答辯考核（30%）兩部分組成。

4 結(jié) 語

基于CDIO 工程教育理念的改革，讓每一名學(xué)生參與到綜合實(shí)訓(xùn)的全過程，成為學(xué)習(xí)的主體，在實(shí)踐中掌握知識(shí)，鍛煉思維，提高動(dòng)手能力，培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神。實(shí)踐表明，改革后的單片機(jī)綜合實(shí)訓(xùn)極大地激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，學(xué)生的學(xué)習(xí)由被動(dòng)變?yōu)橹鲃?dòng)，教學(xué)質(zhì)量提升明顯。