基于OBE理念的單片機課程項目化教學改革探索

王 佳，趙耕云

基于OBE理念的單片機課程項目化教學改革探索

王 佳，趙耕云

（蘭州工業學院 汽車工程學院，甘肅 蘭州 730050）

單片機課程是汽車服務工程專業的一門主要專業基礎課，傳統的單片機教學過程存在理論與實踐結合不緊密、教學模式單一等問題，文章提出了一種基于成果導向教育（OBE）理念的單片機課程項目化教學改革方法。以成果導向為目標，采取項目驅動、反向設計、正向實施的設計思路確定課程教學目標和教學內容、優化教學設計、持續改進課程考核方式。通過實踐驗證，采用多元化的教學改革不僅解決了單片機教學過程存在的問題，而且培養了學生的自主意識、創新意識和實踐動手能力。

單片機課程；成果導向教育理念；課程改革；項目化教學

單片機原理與接口技術課程是汽車服務工程專業培養方案中的專業基礎課之一，以MCS-51單片機為范例學習單片機原理與接口技術，是一門面向應用的、具有很強的實踐性與綜合性的課程。通過本課程的學習，使學生獲得單片機應用系統設計的基本理論、基本知識與基本技能，并具備單片微型計算機的基本應用能力，為將來從事相關工作打下堅實的基礎，提高學生的實際動手能力。

1 傳統教學存在的問題

1.1 教學內容的實踐性不足

目前單片機課程的教學內容主要注重理論知識的講解。以我校2018級汽車服務工程專業為例，該專業單片機課程總學時40學時，其中理論32學時，實驗8學時。由于實驗課時太少缺乏實踐性，導致學生在學習的過程中很難理解如存儲器、存儲單元、地址等較為抽象的概念。

1.2 教學過程中理論與實踐結合不緊密

傳統的教學模式注重理論知識的講解，先講基礎內容，再進行應用舉例。為了確保知識體系的系統性和完整性，一般在理論知識講解完成后進行相應實驗環節，并且實驗類型多為驗證性實驗，實驗時只需要簡單地連線或者將參考程序下載到單片機實驗開發儀中就可以看到相應的實驗現象，這就容易使學生學到的理論知識不能和實踐緊密結合，導致理論和實踐相分離。

1.3 教學過程以教師講授為主

教學方式主要以教師講，學生聽，教學過程的設計是按照課程大綱規定的內容實施的，其中教師的理論講解占絕大部分，忽略了學生對知識的獲取。并且老師和學生之間缺乏互動，導致學生對課程失去興趣，沒有實現“以教師為中心”向“以學生為中心”轉變。

1.4 考核方式較為傳統

單片機課程的評價主要是由期末考試成績決定，這種方式難以全面地考查學生對知識的掌握程度和運用所學的知識分析和解決實際問題的能力，使學生在學習過程中的課堂參與度不高，大多數同學選擇在考試前突擊復習。這種“一考定終身”的考核方式大大降低了學生的學習積極性，也難以從多角度多層次去評判每一位學生的學習情況。

為了解決上述問題，使教師教學理念發生轉變，本文提出了一種將工程教育專業中的基于學習產出的教育模式（Outcomes Based Education, OBE）人才培養方案引入到教學中，形成以“項目驅動、教師引導、學生為主體”的教學模式，以實際的工程項目為背景，以培養工程實踐能力為中心，將理論知識融入工程項目中[1-2]。以此激發學生的學習興趣，提高其實際動手能力、工程思維與創新能力，以及團隊協作能力。

2 制定OBE課程目標

OBE理念是由Spady等人于1981年提出的一種基于成果導向教育的理念，重點關注“學生學到了什么”。采取反向設計、正向實施的設計思路確定課程目標，根據課程目標制定相應的課程大綱，確定支撐課程目標的教學內容，從而完成以學生為中心的教學改革[3]。設計流程圖如圖1所示。

圖1 OBE理念下的教學設計流程圖

目標1：理解MCS-51單片微型計算機的概念和基本原理，掌握單片機各個引腳功能和匯編語言程序設計的基本方法。

目標2：掌握單片機各個片內功能部件的結構組成、工作原理及應用方法。

目標3：掌握單片機應用系統設計的基本方法、基本知識與基本技能，并具備在汽車專業領域內應用單片微型計算機進行控制系統設計的初步能力。

目標4：培養學生的科學精神、工匠精神、團隊精神、責任意識和紀律意識，激發學生的創新意識和民族自豪感，增強學生的工程素養和家國情懷。

3 OBE課程教學設計

以培養創新型人才為切入點，以學生的實際動手能力的提升為重點，設計了一種多元化的課程教學體系。

3.1 理論教學

為了培養符合社會需求的應用型人才，單片機課程上課地點為實驗室，具備隨時計算機仿真和電路板制作調試的條件基礎，實現以項目化教學、軟件仿真與實物調試相配套，突出“做中學、學中做”的教學方法改革[4]。教師在授課過程中結合實際應用，設置理論與實踐相結合的教學內容。比如講到單片機最小系統，課后要求學生焊出最小系統電路（含1個LED指示燈），第二次上課的時候下發LED燈控制程序，讓學生觀看現象，提出“如何給單片機編寫程序，實現相關的控制功能”，進而引出“單片機指令系統”，完成本節課后再引導學生編寫相應的LED快閃、慢閃功能程序，使學生對課本上的理論知識有更深入的理解，提高學生的學習效果，知道自己“學的是什么”“學的有什么用”。采用項目驅動化教學，將知識點融入到項目的實現過程中，實現了理論與實踐相結合的目的。各章節教學內容與課程目標對應關系如表1所示。

表1 理論教學內容與課程目標對應關系表

開發單片機調試開發套件，培養學生解決實際問題的能力，同時提供有一定復雜性的開發模塊，培養學生解決復雜工程問題的能力。通過開發板實物的體驗和軟件虛擬平臺的擴展設計，激發學生對單片機學習的創造性思維，提高學生的知識水平、專業能力和專業素質。

3.2 實驗教學

利用實驗室現有的實驗設備，確定四個實驗環節的相關內容，學生通過實驗前準備、設計實驗方案、完成實驗內容，教學過程從“以教師為中心”向“以學生為中心”轉變，實現“教師主導、學生主體”的辯證統一。通過完成實驗內容，激發學生創新的意識。

3.3 實訓環節

在學生學完汽車傳感器、程序設計、單片機原理與接口技術、汽車電控技術等有關課程之后，通過汽車電子課程設計進行知識的整合與應用，分析和解決汽車電子控制系統方面問題，初步具備設計一個中等復雜程度的汽車電控系統的能力。同時，該課程設計也培養學生查找技術資料，編寫技術文件的基本技能，培養學生的動手能力和團隊協作精神。其中圖2為學生設計的汽車車門未關報警系統實物模擬圖，圖3為學生設計的汽車倒車測距儀實物模擬圖。

圖2 汽車車門未關報警系統實物模擬圖

圖3 汽車倒車測距儀實物模擬圖

3.4 開展課外科技活動

鼓勵學生參加各種課外科技活動，如大學生雙創項目、“挑戰杯”、大學生電子設計大賽等活動。通過學與賽的相互促進，培養學生的創新思維能力和實際動手能力[5]。

4 課程的考核、評價及持續改進

為了更好地實現以學生為中心的教學改革，依據OBE教學理念，以學生的學習成果為導向，對單片機課程的考核、評價方式做了多元化和多層次的改革。具體包括過程考核和期末考核，過程考核占分值比例的40%，期末考試占分值比例的60%。其中過程考核又分為課堂考勤、作業、課堂表現和實驗，過程考核包括的四部分內容有利于調動學生學習的主動性和積極性，尤其作業這一環節，主要以學生在項目化教學過程中的完成情況作為評判的依據[6]。本課程結束時，學生制作的作品也已完成，通過評價學生所設計的電路以及功能情況給出對應的成績，達到理論與實踐相結合的目的。

采用項目化教學，實現教師引導，學生為主，過程評價更加多元化。這樣有利于學生積極參與到課堂教學過程中，充分發揮學生的主觀能動性和調動學習熱情，提高了學生解決復雜工程問題的能力[7]。并且在課程的教學過程中，對學生的評價結果進行反思和總結并持續改進教學內容，從而實現了基于OBE理念的單片機課程項目化教學的改革。

5 結束語

通過引入OBE的教學理念，將項目式教學法融入到單片機課程教學中，充分利用虛擬仿真平臺，實現單片機基本知識與基本應用能力的培養。激發學生對單片機學習的創造性思維，提高學生的知識水平、學習熱情、專業能力和專業素質，突出應用型人才培養。過程考核方法的改革，培養學生解決實際問題的能力，通過做中學、學中做，體現以“學生為中心”的教學理念，逐步培養學生的學習興趣，實現真正的應用轉型。

[1] 薛玉利,柳欣.OBE理念下的單片機課程教學改革與實踐[J].計算機時代,2020(11):92-94.

[2] 趙雪娟,劉馨陽.基于OBE理念的《單片機應用設計》課程教學改革探索[J].電子測試,2020(19):128-130.

[3] 張欣.基于OBE的《單片機原理及應用》課程教學設計與實踐[J].長春工程學院學報(社會科學版), 2019,20(1):150-152.

[4] 王建衛,李佐,廖大麟,等.基于OBE理念的單片機課程教學改革與實踐[J].貴州工程應用技術學院學報, 2019,37(3):129-134.

[5] 羅劍,黃俊梅.基于創新創業教育的單片機課程建設與實踐[J].科技風,2021(3):29-30.

[6] 李志義,朱泓,劉志軍,等.用成果導向教育理念引導高等工程教育教學改革[J].高等工程教育研究,2014 (2):29-34,70.

[7] 曹鳳,蘇敏,臧紅巖,等.基于“項目引領，任務驅動”的三段式教學模式的探索——以《單片機原理及應用》課程為例[J].國際公關,2020(11):135-136.

Exploration on Project-based Teaching Reform of Single-chip Microcomputer Course Based on OBE Concept

WANG Jia, ZHAO Gengyun

( School of Automotive Engineering, Lanzhou Institute of Technology, Lanzhou 730050, China )

Single-chip microcomputer course is a main professional basic course of automobile service engineering specialty. Due to the problems of loose combination of theory and practice and single teaching mode in the traditional single-chip microcomputer teaching process, this paper put forward a project-based teaching reform method of single-chip microcomputer course based on the concept of outcome based education (OBE). With the outcome based as the goal, the design ideas of project-driven, reverse design and positive implementation were adopted to determine the curriculum teaching objectives and teaching contents, optimize the teaching design and continuously improve the curriculum assessment methods. Through practice, the diversified teaching reform not only solves the problems existing in the teaching process of single-chip microcomputer, but also cultivates students' independent consciousness, innovative consciousness and practical ability.

Single-chip microcomputer course; Outcome based education concept; Curriculum reform;Project-based teaching

G712

A

1671-7988(2022)23-211-04

G712

A

1671-7988(2022)23-211-04

10.16638/j.cnki.1671-7988.2022.023.038

王佳（1986—），女，碩士，講師，研究方向為汽車電控技術，E-mail:598103909@qq.com。

2022年蘭州工業學院創新創業教育教學改革研究項目：突出雙創能力培養的項目化教學在單片機課程中的研究與實踐（LGYCXJG-22-15）。