基于OBE與課程思政的“單片機(jī)原理及應(yīng)用”教學(xué)探索

趙仁濤，李穎宏，劉 碩

（北方工業(yè)大學(xué) 電氣與控制工程學(xué)院，北京 100144）

引言

2020年5月，教育部印發(fā)的《高等學(xué)校課程思政建設(shè)指導(dǎo)綱要》指出把思想政治教育貫穿人才培養(yǎng)體系，全面推進(jìn)高校課程思政建設(shè)，發(fā)揮好每門課程的育人作用。理學(xué)、工學(xué)類專業(yè)課程，要在課程教學(xué)中把馬克思主義立場觀點方法的教育與科學(xué)精神的培養(yǎng)結(jié)合起來［1］。“單片機(jī)原理及應(yīng)用”課程作為我校電氣與控制工程學(xué)院的核心課程，為了將大學(xué)生的德育、工程教育認(rèn)證理念有機(jī)融入課堂及實踐教學(xué)中，課程教學(xué)團(tuán)隊結(jié)合課程特點，在文獻(xiàn)［2-5］的基礎(chǔ)上重新設(shè)計了教學(xué)大綱和教學(xué)過程環(huán)節(jié)。

一、基于OBE理念的教學(xué)設(shè)計

工程教育認(rèn)證強調(diào)以學(xué)生為中心、產(chǎn)出導(dǎo)向、持續(xù)改進(jìn)，課程團(tuán)隊根據(jù)布魯姆教育目標(biāo)分類學(xué)，將6 個課程目標(biāo)（概念理解與運用、系統(tǒng)硬件開發(fā)、軟件編程、實驗設(shè)計與分析能力、現(xiàn)代工具運用能力和團(tuán)隊合作能力）和教學(xué)活動輸出歸納為10個維度的能力，含4個知識維度、3個技能維度和3個工程維度，課程內(nèi)容拆分為知識點和能力微模塊。

知識維度和技能維度相關(guān)能力通過課堂、實驗教學(xué)和課外綜合訓(xùn)練多種模塊奠定基礎(chǔ)，競賽成效采用特殊設(shè)計的信息反饋表查漏補缺，在培養(yǎng)綜合應(yīng)用能力的同時構(gòu)成反饋，作為調(diào)整知識維度和技能維度具體要求的重要依據(jù)。

工程維度能力培養(yǎng)在畢業(yè)設(shè)計、專業(yè)綜合實踐方面有所體現(xiàn)，需要在畢業(yè)后5年的實際工作中，從工程實際項目設(shè)計、實施過程中形成該維度3個能力。

圖1 課程能力緯度劃分

基于上述能力目標(biāo)，團(tuán)隊重新設(shè)計了教學(xué)大綱，規(guī)范、細(xì)化課程目標(biāo)、畢業(yè)要求觀測點及教學(xué)過程環(huán)節(jié)。

（一）課程支撐的畢業(yè)要求觀測點

1.設(shè)計實現(xiàn)。能夠按照工程要求完成自動化相關(guān)領(lǐng)域的系統(tǒng)硬件及軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計，制定具體的工藝控制流程，并借助現(xiàn)代工具選擇、驗證和優(yōu)化控制算法，體現(xiàn)創(chuàng)新意識。

2.專業(yè)運用工具。能夠運用現(xiàn)代工程工具對自動化相關(guān)領(lǐng)域復(fù)雜工程問題的關(guān)鍵環(huán)節(jié)或單元進(jìn)行模型搭建、算法仿真及優(yōu)化、電路仿真驗證等工作。

3.承擔(dān)角色責(zé)任。能夠在團(tuán)隊中以成員或負(fù)責(zé)人的角色承擔(dān)相應(yīng)的責(zé)任，并能與他人良好合作。

（二）課程目標(biāo)

課程設(shè)置了8個課程知識能力目標(biāo)（簡稱：DPJ-X）。其中，“觀測點3-2”和“觀測點5-2”由課堂教學(xué)過程的5個課程目標(biāo)支撐，“觀測點9-2”由課外訓(xùn)練環(huán)節(jié)和實驗教學(xué)過程的1個課程目標(biāo)達(dá)成（見表1）。另根據(jù)教育部和學(xué)校要求，課程設(shè)置了2個素質(zhì)目標(biāo)，不做輸出目標(biāo)考核。

表1 畢業(yè)要求與課程目標(biāo)對應(yīng)關(guān)系

1.DPJ-1：知識與概念理解能力。圍繞微處理器、內(nèi)部結(jié)構(gòu)及用途、基于三總線的存儲器擴(kuò)展等核心內(nèi)容，具備對單片機(jī)相關(guān)基本概念和基本原理的理解能力。

2.DPJ-2：系統(tǒng)硬件開發(fā)能力。針對實際工程背景和問題，理解單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計方法，進(jìn)而能夠運用單片機(jī)I/O接口、定時器、串行通信、中斷系統(tǒng)、人機(jī)接口、ADC/DAC完成系統(tǒng)硬件設(shè)計。

3.DPJ-3：軟件編程能力。以硬件系統(tǒng)為基礎(chǔ)，理解常用的分支、循環(huán)、中斷、子程序的編程方法；結(jié)合工程需求，遵循自頂向底的設(shè)計理念，具備多種程序結(jié)構(gòu)的程序設(shè)計能力。

4.DPJ-4：實驗設(shè)計與分析能力。運用所學(xué)單片機(jī)編程知識，結(jié)合試驗平臺硬件資源，以自由的團(tuán)隊形式，采用匯編/C語言編寫實驗程序，并能根據(jù)現(xiàn)象分析和解決問題。

5.DPJ-5：現(xiàn)代工具運用能力。理解、描述并搭建常規(guī)單片機(jī)系統(tǒng)模塊的仿真模型，掌握嵌入式軟件編程、系統(tǒng)驗證、調(diào)試及優(yōu)化方法。

6.DPJ-6：團(tuán)隊合作能力。通過課外綜合訓(xùn)練項目的實施，學(xué)習(xí)小組成員能夠合理進(jìn)行任務(wù)分工與合作。

7.DPJ-7：建立科學(xué)世界觀。

8.DPJ-8：建立符合社會主義道德要求的價值觀。

（三）畢業(yè)要求與課程目標(biāo)的關(guān)系

由于篇幅受限，大綱中的教學(xué)過程設(shè)計、過程考核內(nèi)容及方法、實驗設(shè)計等其他內(nèi)容不再贅述。

二、課程思政元素的有機(jī)融合

課程教學(xué)團(tuán)隊在完成單片機(jī)應(yīng)用典型案例的設(shè)計與仿真中培養(yǎng)學(xué)生的基本素質(zhì)，如“公德意識”“創(chuàng)新精神”“工匠精神”“職業(yè)精神”等。

以課程建設(shè)為“主戰(zhàn)場”，發(fā)揮課堂教學(xué)“主渠道”的關(guān)鍵作用，將社會主義核心價值觀、自然辯證法與中國文化融入課程教學(xué)和能力培養(yǎng)中，形成了完整的課程思政體系。堅持“教育為本，德育為先”的教育理念，幫助學(xué)生塑造正確的世界觀和人生觀、價值觀，培養(yǎng)社會主義的合格建設(shè)者與高端人才。

將專業(yè)學(xué)習(xí)與課程思政深度融合，核心思想是“結(jié)合國際形勢，認(rèn)識行業(yè)現(xiàn)狀，奮發(fā)進(jìn)取圖強”，從中外國際形勢對比、我國自主研發(fā)技術(shù)的快速發(fā)展、中國共產(chǎn)黨黨史、大國工匠精神等多維度組織課程思政素材和講授內(nèi)容，探索教學(xué)內(nèi)容與中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化、自然辯證法及經(jīng)濟(jì)建設(shè)的結(jié)合點，鼓勵學(xué)生在中國文化中尋找創(chuàng)新源泉；立足中國制造，以我國嵌入式系統(tǒng)芯片產(chǎn)業(yè)的發(fā)展成就激勵學(xué)生熱愛專業(yè)，投身工業(yè)，實干興邦（見表2）。

表2 課程內(nèi)容與思政元素對應(yīng)關(guān)系

結(jié)語

基于課程思政和OBE理念，圍繞“單片機(jī)原理及應(yīng)用”課程特點，本文從確定畢業(yè)要求觀測點、基于能力維度的課程目標(biāo)設(shè)計、思政要素的有機(jī)融入等方面重構(gòu)了教學(xué)大綱，重視過程考核，結(jié)合文獻(xiàn)［2］中的教學(xué)舉措，將教學(xué)案例與仿真開發(fā)平臺相結(jié)合，以課程思政元素為引領(lǐng)，進(jìn)一步提升了課程教學(xué)質(zhì)量，達(dá)到了專業(yè)教育與思政協(xié)同育人的良好效果。