OBE理念下單片機技術(shù)課程改革探索

簡 磊

(四川大學(xué)錦江學(xué)院 四川·眉山 620860）

由 Spady等人于1981年提出貫穿工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)的成果導(dǎo)向教育(Outcome Based Education，簡稱OBE)理念以學(xué)生成果導(dǎo)向、學(xué)生中心、持續(xù)改進(jìn)作為核心，緊扣新經(jīng)濟(jì)對應(yīng)用型人才的需求特點。OBE理念的實施，可以幫助改進(jìn)教育教學(xué)。單片機技術(shù)是電子信息類專業(yè)重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，對培養(yǎng)學(xué)生工程實踐能力有重要作用。在單片機技術(shù)課程教學(xué)中開展基于 OBE教育理念的教學(xué)改革有助于培養(yǎng)符合工程需要、與工程實踐相結(jié)合的高素質(zhì)應(yīng)用型工程技術(shù)人才。本文從課程學(xué)習(xí)目標(biāo)、教學(xué)實施、課程評價三個方面探索基于OBE模式的課程教學(xué)改革。

1 調(diào)整課程學(xué)習(xí)目標(biāo)、內(nèi)容適應(yīng)行業(yè)需求

人才培養(yǎng)應(yīng)當(dāng)服務(wù)于行業(yè)經(jīng)濟(jì)、地方經(jīng)濟(jì)，確定人才培養(yǎng)目標(biāo)需要結(jié)合行業(yè)需求。課程內(nèi)容需要依據(jù)培養(yǎng)目標(biāo)進(jìn)行正向?qū)嵤纹瑱C技術(shù)課程內(nèi)容主要包括基本概念及開發(fā)工具、I/O功能及應(yīng)用、中斷系統(tǒng)及應(yīng)用、定時/計數(shù)器原理及應(yīng)用、串行通信原理及應(yīng)用、A/D與D/A轉(zhuǎn)換原理及應(yīng)用等。通過問卷調(diào)查、文獻(xiàn)研究法等方式對行業(yè)崗位從業(yè)人員的知識、能力及素質(zhì)要求進(jìn)行調(diào)查，發(fā)現(xiàn)單片機工程師的任職要求熟悉USB、RS485、I2C、SPI、CAN等接口協(xié)議。現(xiàn)有課程學(xué)習(xí)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容與就業(yè)崗位需求之間存在差距，需要調(diào)整學(xué)習(xí)目標(biāo)，同時對課程教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行整合。調(diào)整后的課程內(nèi)容與學(xué)習(xí)目標(biāo)之間的對應(yīng)關(guān)系如表1所示。

表1：課程內(nèi)容與學(xué)習(xí)目標(biāo)矩陣

在原課程目標(biāo)4：“掌握單片機系統(tǒng)設(shè)計方法及流程”中增加“具備以單片機技術(shù)為核心的系統(tǒng)設(shè)計能力”的要求；將課程內(nèi)容中的“A/D與D/A轉(zhuǎn)換原理及應(yīng)用”拓展為“系統(tǒng)總線與擴(kuò)展”，保留現(xiàn)有A/D、D/A轉(zhuǎn)換元件相關(guān)講授內(nèi)容，但不再只是講授所使用元件的一種接口，而是結(jié)合不同型號A/D、D/A轉(zhuǎn)換元件的多種接口方式拓展講解并行、SPI、I2C等總線知識。在授課學(xué)時沒有增加的情況下，充分利用線上線下、慕課、微課等教學(xué)資源，對教學(xué)時間進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化。例如：要求觀看慕課、微課等線上學(xué)習(xí)資源，減少課堂上介紹軟件安裝、使用流程等內(nèi)容；利用Proteus仿真軟件及Keil仿真調(diào)試功能，學(xué)生可以提前預(yù)習(xí)、仿真實驗內(nèi)容，提高線下實驗效率；增加SPI、I2C等接口協(xié)議實驗內(nèi)容，使課程教學(xué)與職業(yè)崗位能力培養(yǎng)緊密結(jié)合。

2 設(shè)計教學(xué)環(huán)節(jié)

2.1 設(shè)計教學(xué)內(nèi)容，培養(yǎng)系統(tǒng)意識

依據(jù)OBE教學(xué)理念，分析課程目標(biāo)達(dá)成情況發(fā)現(xiàn)較為突出的問題是當(dāng)遇到綜合、設(shè)計類題目時學(xué)生普遍缺乏全面、系統(tǒng)分析解決問題的能力，對孤立考核的知識點卻能掌握較好。分析發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)單片機技術(shù)課程教學(xué)按章節(jié)進(jìn)行知識點講解的模式，缺少與模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)等課程聯(lián)系，知識點之間無法有效銜接。導(dǎo)致學(xué)生在面對具體實際問題時，不能夠全面、系統(tǒng)的審視問題，對理論知識的理解不深，知識點掌握不牢。

實現(xiàn)知識點的有效整合，需要精心設(shè)計教學(xué)內(nèi)容。教學(xué)過程可以采用項目驅(qū)動法。針對需要講解的知識點，如：學(xué)習(xí)定時/計數(shù)器原理及應(yīng)用時，提出需要應(yīng)用到所學(xué)知識的設(shè)計任務(wù)，如：直流電機轉(zhuǎn)速監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計。該任務(wù)涉及傳感器、信號調(diào)理電路、驅(qū)動電路設(shè)計等前置課程知識，以及單片機定時/計數(shù)器的應(yīng)用。通過前后課程知識的組合運用，不僅解決縱向的課程之間以及橫向的章節(jié)之間有效銜接問題，而且能夠?qū)⑺鶎W(xué)知識應(yīng)用到實際項目中，做到學(xué)有所用，培養(yǎng)學(xué)生的系統(tǒng)觀、全局意識。

2.2 采用項目驅(qū)動法教學(xué)，提升教學(xué)效果

在教學(xué)過程中，依據(jù)“項目提出→功能分析→知識準(zhǔn)備→任務(wù)實施→項目評價→總結(jié)拓展”六個步驟組織教學(xué)。以A/D、D/A轉(zhuǎn)換原理及應(yīng)用的教學(xué)為例，設(shè)計以數(shù)字電壓表設(shè)計為載體展開學(xué)習(xí)。

首先明確任務(wù)目標(biāo)。本項目要求基于單片機技術(shù)，利用A/D轉(zhuǎn)換模塊實現(xiàn)50mV直流電壓信號的測量、計算、顯示功能。收到任務(wù)后，學(xué)生首先自主學(xué)習(xí)，通過線上教學(xué)平臺提交設(shè)計方案。課前，教師檢查并收集學(xué)生預(yù)習(xí)情況，同時記錄下共性問題及難點。

課堂上，教師簡要復(fù)習(xí)A/D轉(zhuǎn)換工作原理，講授A/D轉(zhuǎn)換器應(yīng)用編程方法，重點介紹分辨率、轉(zhuǎn)換速率等參數(shù)的意義，指出A/D轉(zhuǎn)換器選型要求及前置放大器設(shè)計要求。通過課堂理論學(xué)習(xí)、課后設(shè)計仿真、實驗課上實物驗證，引導(dǎo)學(xué)生逐步實現(xiàn)任務(wù)要求。教學(xué)過程中利用好線上、線下教學(xué)資源，通過仿真軟件解決實驗環(huán)境局限性問題，通過課后項目練習(xí)調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)主動性。

項目完成后從方案設(shè)計、系統(tǒng)軟硬件設(shè)計、系統(tǒng)測試等方面對學(xué)生進(jìn)行考核評價，作為平時過程考核的一部分。在課堂總結(jié)環(huán)節(jié)，和學(xué)生一起就項目設(shè)計、實施過程中出現(xiàn)的問題展開討論，提出自適應(yīng)放大器的應(yīng)用、基于 I2C總線的EEPROM芯片存儲數(shù)據(jù)等拓展內(nèi)容。最終實現(xiàn)學(xué)習(xí)掌握單片機系統(tǒng)設(shè)計方法及流程，使學(xué)生具備以單片機技術(shù)為核心的系統(tǒng)設(shè)計能力、創(chuàng)新能力的教學(xué)目標(biāo)。

2.3 利用混合式教學(xué)法，提高學(xué)習(xí)效率

混合式教學(xué)是將在線教學(xué)和傳統(tǒng)教學(xué)的優(yōu)勢結(jié)合起來的一種“線上”+“線下”的教學(xué)法，通過發(fā)揮線上和線下兩種形式教學(xué)的優(yōu)勢，有效提升學(xué)生學(xué)習(xí)的深度。

單片機技術(shù)課程線上教學(xué)平臺由課程資源、學(xué)習(xí)任務(wù)、資源推薦、討論等多個模塊組成。線上學(xué)習(xí)平臺拓展了師生之間的交流渠道。學(xué)生利用線上學(xué)習(xí)平臺可以提前了解學(xué)習(xí)目的，并通過閱讀推薦的學(xué)習(xí)資料具備一定的知識基礎(chǔ)，不僅可以保障線下課堂教學(xué)的質(zhì)量，而且給予學(xué)生靈活的學(xué)習(xí)時間，提升了學(xué)生的課堂參與度和學(xué)習(xí)主動性。通過統(tǒng)計、分析線上平臺設(shè)置的任務(wù)點及學(xué)習(xí)任務(wù)完成情況，教師可以快速了解學(xué)生對知識點的掌握情況，及時并有針對性的在線下課堂或利用線上討論區(qū)對相關(guān)知識點進(jìn)行補充，不僅實現(xiàn)對每個階段課程學(xué)習(xí)成果的過程考核，同時提高了教學(xué)效果與學(xué)習(xí)效率。線下教學(xué)活動中，學(xué)生會更加容易理解掌握知識難點和重點，教師除了查缺補漏、鞏固所授知識以外，還可以就更深入的知識點設(shè)計問題，組織學(xué)生分析、解決問題，鍛煉學(xué)生的工程實踐能力。例如：在講授定時/計數(shù)器測量頻率的應(yīng)用舉例時，除了組織學(xué)習(xí)常用的頻率測量方法：計數(shù)測量法和周期測量法以外，逐步引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)計數(shù)測量法和周期測量法的局限性，進(jìn)而討論、學(xué)習(xí)等精度頻率測量法的原理。

3 綜合評價學(xué)習(xí)成果，促進(jìn)學(xué)習(xí)成果達(dá)成

“如何知道學(xué)生取得的學(xué)習(xí)成果”是OBE教學(xué)理念關(guān)注的關(guān)鍵問題之一。原有卷面考核方式形式單一、考試內(nèi)容客觀題居多。通過卷面分析發(fā)現(xiàn)學(xué)生多是靠死記硬背達(dá)到解題目的。理論知識與實踐環(huán)節(jié)沒有能夠有效銜接，面對較復(fù)雜的綜合問題沒法再依葫蘆畫瓢。這樣的考核機制已經(jīng)不能夠全面評價課程教學(xué)效果，不適應(yīng)學(xué)生的工程實踐能力、創(chuàng)新思維培養(yǎng)。需要制定以學(xué)生為中心，多層次、多元化的課程評價體系，促進(jìn)學(xué)生進(jìn)行目標(biāo)導(dǎo)向式學(xué)習(xí)。

依據(jù)OBE教學(xué)理念，對本門課程的考核及評價方式做進(jìn)一步的調(diào)整。設(shè)置單片機技術(shù)課程考核項目包括平時過程考核、實踐考核和期末綜合考核三部分，在總評成績中所占權(quán)重分別為0.25、0.25和0.5。其中平時過程考核包含日常考勤、線上學(xué)習(xí)完成情況、課內(nèi)設(shè)計任務(wù)實施、課后作業(yè)完成情況等，目的是調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，培養(yǎng)自主學(xué)習(xí)以及創(chuàng)造性思維、創(chuàng)新能力。實踐考核則設(shè)計一個包含多個知識點、不同難度要求的實踐任務(wù)，要求學(xué)生單人單機半封閉式限時完成，根據(jù)任務(wù)完成情況進(jìn)行評分，考核學(xué)生理論聯(lián)系實際的能力以及綜合工程應(yīng)用能力。期末綜合考核則要求學(xué)生系統(tǒng)掌握單片機技術(shù)知識，具備運用專業(yè)知識提出問題、分析問題和解決問題的能力。通過采用多樣性的考核方式，從不同層次綜合評價學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，真實反映學(xué)生學(xué)習(xí)成果，實現(xiàn)根據(jù)評價結(jié)果進(jìn)行反思、總結(jié)并持續(xù)改進(jìn)教學(xué)效果的目的。

4 結(jié)語

本文基于 OBE模式對單片機技術(shù)課程教學(xué)改革進(jìn)行了初步探索，分析了當(dāng)前單片機技術(shù)課程教學(xué)中遇到的問題，從制定符合行業(yè)需求的學(xué)習(xí)目標(biāo)出發(fā)，調(diào)整課程教學(xué)內(nèi)容；重視課程之間、章節(jié)之間內(nèi)容的銜接，通過項目驅(qū)動教學(xué)法、混合式教學(xué)法調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)主動性，提升學(xué)習(xí)深度；改進(jìn)課程考核評價方式，建立以學(xué)生學(xué)習(xí)過程和成果作為反饋，持續(xù)改進(jìn)教學(xué)方法的閉環(huán)機制。以此切實提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率、工程實踐能力和崗位適應(yīng)能力，為單片機技術(shù)課程的教學(xué)改革思路提供一定的借鑒與參考。