基于OBE-CDIO的單片機課程教學改革與研究

葉鋼

摘 要：由于目前高職院校單片機課程在教學中普遍存在以理論知識學習為重點，普遍存在“老師講、學生聽”的傳統課堂教學模式，普遍存在單一的期末考試成績作為最終評價學生學習效果的考核方式，因此通過構建基于OBE-CDIO的單片機課程的教學改革及課程評價模式，并在評價模式中引入“增值”理念，重新構建單片機課程的評價方案，從而提高單片機課程的教學質量，以及學習單片機課程的積極性。

關鍵詞：OBE CDIO 單片機 教學改革 增值

1 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]，而基于工程專業認證的OBE-CDIO人才培養模式主要體現了“做學結合”，與我國高校的應用型人才培養理念基本一致。

單片機課程是一門電子信息類專業的專業課程，也是一門理實一體化的課程，非常強調實踐動手能力。因此本文提出采用OBE-CDIO工程教育模式對單片機課程進行教學改革，通過改革使得單片機課程以任務驅動的方式進行教學，以項目任務為單元的教學活動，使學生掌握單片機及C51的基本原理和基本技能，從而形成電子產品設計與開發的整體認識和技術儲備，培養學生在電子產品開發的學習興趣。

2 傳統單片機課程教學存在的問題

在傳統的單片機課程教學中，教師往往嚴格按照教學大綱在教室里進行理論講課，講課知識也嚴格圍繞課程章節內容，從單片機內部結構講到單片機外部器件，從匯編語言、指令系統講到了單片機程序設計，形成了“老師站臺上講，學生坐臺下聽”的局面，此時學生處于被動接受知識，而無法理論聯系實際。而單片機課程確是一門非常強調實踐動手能力的課程，如果僅僅圍繞課程知識，不讓學生實踐動手，學生往往無法理解單片機課程的相關知識，從而也無法真正掌握單片機課程的相關技能。

由于惰性因素的影響，任課教師在單片機課程期末考試中，往往采用傳統的理論筆試的形式，試卷題型分為單選、填空、判斷、程序分析、畫圖等，學生在考前機械地記憶單片機相關知識，只是為了應付課程考試，但對于單片機課程的學習卻只能“紙上談兵”，學過就忘，非常不利于日后的就業。

3 基于OBE-CDIO工程教育模式，確立單片機課程教學目標

在基于OBE的工程教育模式中對“學習成果”給出這樣的定義：學習成果是學生最終取得的學習結果，是學生通過某一階段學習后所能達到的最大能力。 從這個定義中，我們看到它注重的不是學生了解什么、知道什么，而關心的是學生能做什么，通過對單片機課程的學習，獲得了能做什么的能力[3-4]。因此基于OBE-CDIO 工程教育模式，確立單片機課程的教學目標和定位。要求注重課程學習后的產出，要求學生能夠重點掌握單片機的理論知識和技能，能夠為企業和社會培養具備創新能力的高素質技術技能的單片機人才。正是圍繞以上要求，單片機課程的教學目標可以分為知識目標、能力目標、素質目標三個方面，課程教學目標的實現方法如表1所示。

（1）知識目標：掌握單片機系統的內部結構（存儲器、I/O接口）、C51程序設計、定時器/計數器、中斷系統、串行通信接口、鍵盤、顯示、模數/數模轉換等器件的工作原理等。

（2）能力目標：能借助單片機仿真軟件Proteus和Keil C51編譯器，虛實結合，進行單片機項目的硬件設計、程序設計、系統仿真、電路制作、項目調試等能力。

（3）素質目標：積極貫徹“思政元素”進課堂，積極培養學生愛崗敬業、知行合一、創新奉獻、團結合作的職業素養。

4 圍繞智能小車，融入思政元素，重構單片機課程的教學內容

圍繞智能小車，重構單片機課程的教學內容。將單片機課程的知識點和技能點分解到四個智能小車項目中：項目一智能小車顯示功能的實現、項目二智能小車循跡功能的實現、項目三智能小車避障功能的實現、項目四智能小車整機系統安裝與調試。每個項目的課時數均為16學時，總課時為64學時。每個項目都按照“識、裝、測、合”的步驟分解為四個教學任務，如圖1所示。在單片機項目教學中，要求學生通過這些真實項目的設計與制作，學會單片機課程的知識和技能，掌握單片機項目設計的方法。

例如項目三智能小車避障功能的實現分解為四個教學任務，分別是任務1避障小車整體設計及各模塊選擇、任務2避障小車的組裝與整機測試、任務3紅外避障小車的設計與測試、任務4超聲波避障小車的設計與測試，每個任務均為4個學時。而每個任務又分解為2～3個子任務，并在子任務教學中，充分融入課程思政元素，例如通過組裝避障小車，鍛煉學生的耐心和細心，培養學生精益求精的工匠精神；例如通過觀看國內無人駕駛相關視頻，增強學生民族自豪感等視頻、網頁教學手段，讓思政元素“潤物細無聲”地融入到專業課程的教學中，如圖2所示。

5 基于增值理念，重新構建單片機課程的評價方案

單片機課程項目的考核評價基于“三方考核、強調過程、動態監控、注重增值”的評價理念，如圖3所示，由學生、教師、企業三方共同評價完成。項目考核評價主要包含四大部分：課前自主預習、課中技能實戰、課后鞏固拓展、增值考核評價。

（1）課前自主預習：占項目成績的20%。課前，任課老師發布項目的微課視頻、PPT、課前任務單等相關材料供學生自主學習，根據學生的完成情況、學習通在線時長等進行評分。

（2）課中技能實戰：占項目成績的50%。課中，任課老師根據學生的6S管理、課堂考勤、項目完成情況、小組匯報等情況等進行評分，其中6S管理占10%，課堂考勤占10%，項目完成情況占60%，具體分為程序設計（占20%）、虛擬仿真（占20%）、實物制作（占20%），小組匯報占20%。

（3）課后鞏固拓展：占項目成績的20%。課后，任課老師發布課后任務和拓展知識，讓學生利用課余時間線上完成，根據學生的完成情況、在線互動情況等進行評分。

（4）增值考核評價：占項目成績的10%。基于增值評價理念，根據三個增值點對學生進行評價：此次項目相對于上一個項目成績的進步情況；學生上臺匯報時的進步情況；學生項目參與度情況。

6 結束語

本文提出了一種基于OBE-CDIO的單片機課程教學改革思路，通過積極融入思政元素，圍繞智能小車，以項目驅動的方式重構單片機課程教學內容，使得單片機的理論知識與實踐技能緊密聯系，改變單片機課程傳統的“重理論、輕實戰”的情況，并建立基于“增值”理念的單片機項目考核評價方案，讓學生從枯燥的單片機理論知識教學脫離出來，通過智能小車的設計與制作，激發學生學習單片機的積極性，掌握單片機項目開發設計方法，從而實現“做中學、學中做”的教學理念，大大地提高了工程應用人才的培養質量。

基金項目：2023年浙江省高職教育“十四五”第一批教學改革項目（jg20230335）。

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]顧佩華，胡文龍，林鵬，等.基于“學習產出”（OBE）的工程教育模式——汕頭大學的實踐與探索［J］.高等工程教育研究，2014（1）：27-37.

[4]邱劍鋒，朱二周，周勇，等.OBE教育模式下的操作系統課程教學改革[J].計算機教育，2015（12）：28-34.