OBE-CDIO工程教育模式下的單片機(jī)模塊課程改革與實(shí)踐

張曉培 何永玲 崔傳真 王躍飛 申 康

（欽州學(xué)院機(jī)械與船舶海洋工程學(xué)院，廣西 欽州 535011）

0　引言

近年來，我國(guó)高等教育發(fā)展的重點(diǎn)放在了應(yīng)用型人才的培養(yǎng)上，國(guó)內(nèi)的諸多學(xué)者也紛紛在教育教學(xué)改革中不斷的摸索和改進(jìn)[1-2]，其中工程專業(yè)認(rèn)證中的OBE-CDIO人才培養(yǎng)模式與我國(guó)的應(yīng)用型人才培養(yǎng)理念基本上是一致的，而且系統(tǒng)地體現(xiàn)了“學(xué)做結(jié)合”的理念。“單片機(jī)模塊”是自動(dòng)化專業(yè)的一門綜合性較強(qiáng)的專業(yè)基礎(chǔ)課程，它不僅是控制系統(tǒng)等后續(xù)專業(yè)課程的基礎(chǔ)，還是畢業(yè)設(shè)計(jì)、機(jī)器人設(shè)計(jì)類競(jìng)賽的核心基礎(chǔ)。該課程在自動(dòng)化專業(yè)應(yīng)用型人才培養(yǎng)方案中對(duì)培養(yǎng)和提高學(xué)生工程分析和解決實(shí)際問題的能力起著重要的作用。因此,本文提出采用OBE-CDIO工程教育模式來設(shè)計(jì)開發(fā)我校的單片機(jī)模塊課程的教學(xué)過程，對(duì)改進(jìn)該課程的教學(xué)提供了一個(gè)新的教學(xué)改革思路。

1　以往單片機(jī)模塊教學(xué)中存在的問題

單片機(jī)模塊課程包括單片機(jī)原理和單片機(jī)原理實(shí)驗(yàn)，是理論與實(shí)踐并重的課程。然而在傳統(tǒng)的教學(xué)過程中存在如下問題：

1.1　教材內(nèi)容過于陳舊

比如在單片機(jī)編程語言的學(xué)習(xí)過程中，大多教材的案例還是采用的是編程語言等。

1.2　教學(xué)方法陳舊

在教學(xué)過程中老師按照教學(xué)大綱進(jìn)行課堂內(nèi)容的講授，造成了學(xué)生學(xué)習(xí)的內(nèi)容局限于教材中。從而使得學(xué)生缺乏思維鍛煉的機(jī)會(huì)，學(xué)習(xí)興趣比較低，教學(xué)效果不理想。

1.3　實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)效果差

目前單片機(jī)的實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)占的比重不大，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目都是依據(jù)現(xiàn)有的開發(fā)板而進(jìn)行的，并且基本上都是驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，缺乏綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。學(xué)生所做的實(shí)驗(yàn)知識(shí)點(diǎn)連貫性不強(qiáng)，導(dǎo)致整個(gè)課程學(xué)完了，大多數(shù)學(xué)生依然不能系統(tǒng)地掌握單片機(jī)項(xiàng)目開發(fā)的過程。

1.4　考核方式單一

目前，該門課程以平時(shí)成績(jī)占10%、實(shí)驗(yàn)成績(jī)占30%和卷面成績(jī)占60%的最終成績(jī)作為評(píng)價(jià)學(xué)生學(xué)習(xí)效果的考核方式。通過傳統(tǒng)考核形式只能了解到學(xué)生們學(xué)習(xí)到了什么書面知識(shí)，不能夠了解到學(xué)生是否達(dá)到了學(xué)以致用的程度。

表1　單片機(jī)模塊課程的CDIO能力培養(yǎng)目標(biāo)矩陣

針對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)模式下的問題，一些高校將項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)和案例分析的方法應(yīng)用到單片機(jī)課程教學(xué)改革中[3-4]。雖然通過這些方法，學(xué)生的興趣和學(xué)習(xí)的主動(dòng)性都得到了一定的提高，但是作為應(yīng)用型人才他們?cè)趫F(tuán)隊(duì)協(xié)作和企業(yè)環(huán)境下開發(fā)設(shè)計(jì)等方面還有一定的不足之處。而工程認(rèn)證中的CDIO教育模式恰恰可以彌補(bǔ)前者的缺陷。鑒于上述的問題，本文將專業(yè)認(rèn)證中的OBE人才培養(yǎng)體系和CDIO教育模式引入到單片機(jī)模塊化教學(xué)過程中，通過此方法培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)推理、溝通、協(xié)作等方面的能力，培養(yǎng)德才兼?zhèn)涞膽?yīng)用型人才。

2　CDIO模式下的單片機(jī)模塊項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)學(xué)習(xí)

2.1　單片機(jī)能力培養(yǎng)目標(biāo)矩陣

CDIO以培養(yǎng)工程師的角度確定了人才的培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)，這些具體的標(biāo)準(zhǔn)有效地體現(xiàn)了培養(yǎng)應(yīng)用型人才所應(yīng)該具備的能力。所以本文在單片機(jī)模塊教學(xué)改革中建立了基于CDIO培養(yǎng)目標(biāo)的能力矩陣，如表1所示。該能力矩陣主要是從專業(yè)能力和素質(zhì)兩大方面進(jìn)行細(xì)化的。專業(yè)能力側(cè)重于在教學(xué)過程中，學(xué)生專業(yè)知識(shí)和技術(shù)性水平的提高。在單片機(jī)模塊課程中所需要掌握的專業(yè)能力從技術(shù)知識(shí)和推理能力這個(gè)層面體現(xiàn)，由4個(gè)方面組成：（1）掌握系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中的框架和設(shè)計(jì)步驟；（2）硬件電路設(shè)計(jì)；（3）軟件程序設(shè)計(jì)；（4）系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)課程群內(nèi)其他知識(shí)的綜合應(yīng)用。素質(zhì)能力從個(gè)人職業(yè)技能和職業(yè)道德等其他3個(gè)層面體現(xiàn)，具體包含了職業(yè)技能、團(tuán)隊(duì)協(xié)作、企業(yè)環(huán)境等。

2.2　項(xiàng)目實(shí)施環(huán)節(jié)

在單片機(jī)模塊教學(xué)過程中，采用項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的方法來培養(yǎng)能力矩陣中的能力。根據(jù)CDIO能力培養(yǎng)大綱的四個(gè)層面展開項(xiàng)目的實(shí)施過程，具體環(huán)節(jié)包括了以下四個(gè)步驟：首先，單片機(jī)模塊理論教學(xué)環(huán)節(jié)；其次，教師介紹項(xiàng)目任務(wù)和要求，指導(dǎo)學(xué)生組成若干有效的團(tuán)隊(duì)；再次，學(xué)生對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行目標(biāo)分析、可行性分析和成本預(yù)算等，到最終的綜合調(diào)試和項(xiàng)目報(bào)告的形成；最后，項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)結(jié)果的測(cè)試和項(xiàng)目報(bào)告的評(píng)價(jià)。它可以包括教師評(píng)價(jià)、學(xué)生自評(píng)和學(xué)生間互評(píng)等。

2.3　考核方式

依據(jù)OBE的教育理念，主要從知識(shí)和能力兩方面考核。考勤和平時(shí)作業(yè)占10%、實(shí)驗(yàn)與報(bào)告占30%、項(xiàng)目實(shí)施占20%和期末試卷考試占40%。卷面成績(jī)反映了學(xué)生掌握理論知識(shí)的能力，實(shí)驗(yàn)與項(xiàng)目及其對(duì)應(yīng)的報(bào)告反映了學(xué)生的工程推理與解決問題、分析和交流溝通的能力。該考核方式在滿足OBE的要求情況下，可以有效地評(píng)估學(xué)生的能力。

3　OBE-CDIO模式下的教學(xué)改革的效果

3.1　學(xué)生由被動(dòng)到主動(dòng)的轉(zhuǎn)變

傳統(tǒng)教學(xué)是以教師計(jì)劃給學(xué)生介紹關(guān)于單片機(jī)的概念并向?qū)W生展示單片機(jī)的具體應(yīng)用，基于結(jié)果為本的教學(xué)是學(xué)生將能夠運(yùn)用單片機(jī)相關(guān)的知識(shí)發(fā)現(xiàn)和解決問題。

3.2　教學(xué)目標(biāo)從內(nèi)容為本到結(jié)果為本的轉(zhuǎn)變

傳統(tǒng)的教學(xué)是學(xué)生會(huì)：認(rèn)識(shí)選擇單片機(jī)及外圍芯片的準(zhǔn)則；掌握單片機(jī)接口電路的驅(qū)動(dòng)方法等。而以結(jié)果為本即學(xué)生能選擇合適的單片機(jī)芯片和外圍接口來實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)項(xiàng)目的需求等。

3.3　獨(dú)立完成到團(tuán)隊(duì)合作的轉(zhuǎn)變

以項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的學(xué)習(xí)方法，需要學(xué)生以小組的形式完成任務(wù)。而在合作的過程中，團(tuán)隊(duì)中的成員為了項(xiàng)目實(shí)施會(huì)進(jìn)行一系列的協(xié)調(diào)和交流，它們?cè)谶@個(gè)過程中逐漸培養(yǎng)了團(tuán)隊(duì)合作精神。

4　結(jié)束語

本文提出的基于OBE-CDIO教學(xué)模式下的單片機(jī)模塊的改革，以學(xué)習(xí)結(jié)果為導(dǎo)向，以CDIO工程教育標(biāo)準(zhǔn)為課程教學(xué)設(shè)計(jì)的核心，通過項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的方法來培養(yǎng)單片機(jī)模塊課程能力矩陣中的能力目標(biāo)。該方法有效地培養(yǎng)了學(xué)生的技術(shù)知識(shí)、團(tuán)隊(duì)協(xié)作和職業(yè)素質(zhì)等方面的能力，為應(yīng)用型人才的培養(yǎng)提供了一個(gè)有效的解決方案。

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