OBE理念下基于項目驅動的單片機原理及應用課程教學改革與實踐

摘 "要 "在工程認證大背景下，以OBE理念為指導，以項目驅動為抓手，理論聯系實際，工程設計指導實踐，全面進行單片機原理及應用課程理論和實踐相關教學改革探索。同時進行線上線下教學資源建設，使用混合教學模式彌補學時不足，使用實際競賽項目補充教學實例和引導學生實踐練習，進一步提高學生對所學知識的運用能力和項目開發能力。綜合來看，單片機原理及應用課程教學改革成效顯著。

關鍵詞 "OBE理念；項目驅動；單片機原理及應用；教學改革；實踐教學

中圖分類號：G642.0 " "文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2024）12-0052-03

0 "引言

成果導向教育（Outcomes-based Education，OBE）理念是以學習到產出為過程，以產出引導學習的教育理念。OBE理念在1981年由美國Spady率先提出，其基于成果導向的教育理念以驚人的速度獲得教育界認可和應用。目前，OBE理念已經形成比較完整的理論體系，已成為美國、英國、加拿大等國家教育改革的主流理念，被工程教育專業認證完全采納[1]。2016年，我國正式成為《華盛頓協議》成員國后，我國工程教育得到國際實質等效。目前國內各大高校都在積極開展工程教育專業認證，這一工作的深入開展對于我國工程技術領域人才培養模式變革具有重要意義[2]。工程教育專業認證的核心是基于學習產出的教育模式。在此背景下，基于OBE理念的教學改革與實踐成為當前國內教育教學研究的熱點[3-4]。

淮陰工學院通信工程專業2019年通過工程認證，在此背景下，近幾年結合單片機原理及應用理論與實驗課程的教學以OBE理念為導向，對基于項目驅動的單片機原理及應用課程教學進行深入探索和改革實踐，完成相關教學資源建設，教學效果

顯著。

1 "項目驅動的理論教學

不同于原有的平鋪直敘式理論教學，項目驅動的理論教學模式以技術價值體現為前提，分析課程價值和技術應用領域及實例，提高學生學習興趣和給出學習目標。在理論課程講授之前和初期，結合行業技術需求和企業產品設計需求，分析應用背景和課程教學目標，引導學生認識課程的重要性和學習方向。

主要針對高校技術服務地域和技術領域的特點，結合具體行業和企業技術需求，有針對性地規劃課程教學內容和教學過程。從培養方案的制定、教學大綱的撰寫和課程教學計劃的實施，全方位地結合地區行業和企業的技術需求。以工程項目實施為背景，以工程項目實施的技術需求為前提，優化教學內容，重組教學資源，校企結合、理實結合，全面改革課程教學內容與方法。

具體針對學校服務的江蘇北部的智慧農業領域，針對農業自動化、農業物聯網、農業生產環境智能監管和農業大數據的農業數據采集與傳輸開展理論教學改革。具體課程教學改革與教學過程設計思路如圖1所示。

如圖1所示，課程初期進行工程背景引導，舉例分析工程實現方法和技術需求，細化課程體系結構與工程應用關系及教學目標，同時明確教學進度安排和教學方法。

理論教學開始后針對工程項目實施過程中的各方面技術需求和與本門課程的相關知識點的關系，由淺入深、從基礎到綜合再到提高和優化，逐步開展理論教學工作。授課知識點的順序安排既著眼于單片機課程的體系結構又著眼于工程項目應用前提，以需求為線索，以課程體系結構為限制，全面開展理論教學。教學過程中結合實際應用實例，逐步分析、講解和驗證，從而進一步引導學生開展實踐練習，對相關知識和技術進行驗證和拓展練習。課程教學過程中，同時輔以簡單易懂的生活實例對單片機電路結構和程序設計方法等相關知識進行感性引導，促進學生對相關知識和程序設計過程進行理解和記憶，讓學生全面理解和掌握課程全部內容。在實踐練習的幫助下，培養學生的工程應用能力，有助于后續教學過程的實施。

2 "項目驅動的實踐教學

實踐教學過程是單片機原理及應用教學過程的一個重要環節，是該課程重要的教學組成部分。因為單片機是計算機，涉及硬件電路的學習和程序設計的學習兩方面，都面向設計的教學目標。以完成系統硬件電路設計和程序設計為目標的特點決定了實踐環節的重要性。沒有實踐操作就無法驗證所學知識的正確性，無法了解自己對知識的掌握程度，無法認知自己對所學知識的靈活運用能力，學生無法形成工程應用能力。

實踐操作過程所有任務要求都以工程應用為背景，綜合考慮產品性能與需求，合理設計電路與程序。例如：對LED和數碼管顯示電路的軟硬件設計原理及程序設計要求的講解，可以通過結合洗衣機、空調和各種儀器儀表等工程設計需求開展實踐練習；定時/計數器器的實踐練習可以結合頻率計、學習型遙控器等產品設計需求開展。為了使學生有的放矢地練習和鞏固與拓展相關的知識和技術，教學團隊設計并制作一套實踐教學和綜合實訓平臺。

如圖2所示，該平臺包括基礎教學電路板、總線學習電路板、擴展電路板和工程實例訓練板等。基礎教學電路板用于學習和驗證單片機片內集成電路的功能和進行相關電路單元的應用練習與拓展訓練。通過實踐階段再借助總線學習電路板的實踐練習，以加強總線系統電路和程序設計方法的驗證與對比練習。擴展電路板用于功能擴展學習，使學生掌握計算機系統的總線結構和總線系統的軟硬件關系及軟硬件設計方法，為后續嵌入式系統課程及相關技術的學習打下基礎，也能夠進一步提高其嵌入式系統設計的工程應用能力。使用工程實例訓練板開展綜合訓練，在訓練中對學生所學知識和工程應用能力進行檢驗和提升，以達到本門課程教學目標。

3 "競賽項目驅動教與學

教學過程中和課外練習與綜合訓練過程中，結合學科競賽內容進行任務布置和考核，主要針對基于單片機系統設計方面的競賽開展教學工作，如“藍橋杯”全國電子信息類個人賽等。以競賽項目的實現為練習目標，強化訓練和有針對性指導，既可以提高課程教學內容的掌握程度，加強實踐練習環節，又可以為學生參加競賽做準備，實現以賽促訓、以賽促學的目的。

注重與課程銜接的基礎理論與技能的培養。本門課程的先修課程C語言程序設計的教學過程中全面貫穿嵌入式系統程序設計應用背景，特別是單片機程序設計的應用程序設計方法講解。同時鼓勵學生深入學習C言編程技巧和實踐運用能力，通過鼓勵和指導學生參加各級各類程序設計學科競賽提高學生學習動力和學習效率，從實踐角度提高學生的程序設計能力，為后續單片機等嵌入式系統程序設計課程的學習打好基礎。

在單片機課程教學過程中，針對“藍橋杯”等單片機類學科競賽題目開展有針對性的教學內容設計和實踐任務安排，使學生在課程學習過程中以比賽具體任務要求的實現為目標，從實際角度學習程序設計方法和單片機系統綜合設計中遇到問題的分析和解決方法，提高學生工程設計、競賽獲獎的能力，從而提高學生面向應用的單片機綜合系統設計與優化的能力。

鼓勵學生開展嵌入式系統應用方面更高性能處理器的學習。鼓勵學生參加嵌入式系統技術領域的學科競賽，進一步提高學生的工程實踐能力，使學生能夠根據工程項目的技術需求快速學習不同系列嵌入式處理器的軟硬件設計方法，靈活運用嵌入式系統程序設計方法與技巧完成工程項目的技術開發，提高學生終身學習能力和技術創新能力，為學生的職業生涯打下堅實基礎，有助于學生將來為從事的行業發展貢獻力量。

4 項目驅動的線上線下混合教學模式改革及資源建設

隨著科學技術的不斷發展，特別是計算機技術和網絡技術的發展，教學方法、過程和教學資源建設都發生很大的變革。教學實施過程不再單一地使用課堂教學這一形式，線上教學得以廣泛應用。單片機原理及應用這門課程是一個實踐性強、設計能力要求高的課程，因此，在不斷建設和豐富線下教學資源的同時也應進行全面的線上教學資源建設。線下建設能夠覆蓋全部教學班級的基礎實驗模塊，確保學生人手一個實驗平臺，無論課上還是課下，無論是在教室還是在宿舍，都可以進行實踐驗證練習。同時，能夠減輕疫情等對實踐要求高的課程的不良影響，任課教師可以在學生無法返校的情況下通過郵寄方式將建設好的實驗平臺電路郵寄給學生，使得學生在家也能夠完成練習與訓練。

使用網絡課堂資源補充線下教學由于學時限制等因素無法完成或無法詳細講解的相關內容。根據該課程的工程應用背景和相關訓練項目的需求，建設部分工程設計接口電路資源介紹和練習模塊，以擴展學生知識面，提升學生的技術水平和項目開發能力。另外，為開展學科競賽和相關拓展訓練，在網絡課堂上建設相關競賽知識與技能講解和分析單元。全面講授競賽平臺的電路結構和各個功能電路的程序設計方法，為學生開展競賽訓練做好技術和技能儲備。建設競賽真題分析講解單元，從省賽到國賽使用教師視頻授課和參賽獲獎選手反哺教學視頻授課方式進行建設，進一步為學生參加競賽并取得好成績做必要的引導與輔導。同時，使用反哺教學模式進一步引導學生全面提升項目開發能力和總結分析與系統完善的綜合技能。

5 "結束語

OBE理念是工科專業特別是電子信息類專業學生必不可少的教育教學導引，單片機原理及應用課程近幾年的教學過程實施和改革都是在OBE理念的指引下進行的。以工程應用為抓手，不論理論教學還是實踐教學，都貫穿工程設計實例和生活實例，使學生學習和練習有目標、有成就感，大幅增強學生的感性認識和學習的積極性與主動性。學校很好地完成對學生工程能力培養的教學目標，使學生能夠在取得學科競賽好成績的同時，為將來擇業和就業做好充分的知識與能力儲備。

6 "參考文獻

[1] Spady W G. Outcome-Based Education： Critical Issues and Answers[M].Arlington， VA： American Association of School Administrators，1994：1-10.

[2] 李峰，張晶棋，劉文娟.基于OBE的畢業要求和培養目標持續改進[J].教育教學論壇，2022（27）：25-28.

[3] 曹一鵬，吳昊，毛艷娥.OBE理念下單片機實踐教學改革的探索與實踐[J].中國現代教育裝備，2022（17）：128-

130，136.

[4] 王鳳云，聶利青，蔡毅.基于OBE理念的線上線下混合教學模式設計探究[J].科技與創新，2022（13）：10-12，

16.