基于CDIO模式的單片機原理及應(yīng)用課程改革與實踐

趙燕燕 劉馨芳 李佳立 胡建霞

[摘 要] 為有效提高高職高專電氣自動化類專業(yè)人才培養(yǎng)質(zhì)量，將CDIO模式引入單片機原理及應(yīng)用課程教學(xué)中，以實踐為主線開展項目式教學(xué)，以項目任務(wù)為切入點，引入相關(guān)知識點，通過任務(wù)實現(xiàn)，引出單片機應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計與實施過程，突出課程的實踐性與實用性。實踐證明，基于CDIO模式的任務(wù)驅(qū)動法有利于學(xué)生理解和掌握本課程內(nèi)容，同時有效調(diào)動了學(xué)生積極性，培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新能力和團隊協(xié)作能力，取得了良好的教學(xué)效果。

[關(guān) 鍵 詞] CDIO；單片機；一體化；教學(xué)改革

[中圖分類號] G712 [文獻標(biāo)志碼] A [文章編號] 2096-0603（2018）18-0144-02

高等職業(yè)教育的目標(biāo)是要給學(xué)生提供必需夠用的知識，培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)技能，提升學(xué)生的綜合素質(zhì)，培養(yǎng)學(xué)生的社會意識和創(chuàng)新精神，使其成為服務(wù)于一線的高技能型人才[1]。單片機原理及應(yīng)用是高職高專電氣自動化類專業(yè)的必修課，是工程性、實踐性很強的一門課程，除要求學(xué)生掌握夠用的理論知識外，尤為重要的是要具備較強的動手能力，能夠完成實際的單片機系統(tǒng)開發(fā)應(yīng)用等工作。因此，對工科學(xué)生來說，很好地掌握單片機應(yīng)用技術(shù)，不僅有助于深入地學(xué)習(xí)專業(yè)知識技能，提高自身的整體專業(yè)素養(yǎng)，培養(yǎng)動手能力與團隊意識，更重要的是能夠獲得實用的專業(yè)技能，提升就業(yè)競爭力。

那么，如何培養(yǎng)出適應(yīng)社會需求的專業(yè)技能型人才，是高職教師面臨的一項緊迫而艱巨的任務(wù)。專業(yè)教師和學(xué)生越來越重視單片機原理及應(yīng)用課程的教學(xué)成果。但傳統(tǒng)的理論教學(xué)模式，教師講授為主體的教學(xué)方式，使學(xué)生的自主學(xué)習(xí)很被動，學(xué)生的實踐能力和綜合素質(zhì)培養(yǎng)不夠，造成課程學(xué)習(xí)效果不佳。這種現(xiàn)狀與培養(yǎng)技能型人才的理念相違背。因此，單片機課程的教學(xué)改革勢在必行。

一、課程現(xiàn)狀

傳統(tǒng)的基于匯編語言的單片機理論教學(xué)方法是：老師在課堂上按照教科書理論知識的章節(jié)順序進行授課。（1）單片機基礎(chǔ)、硬件結(jié)構(gòu)部分概念多、專有名詞多，內(nèi)容較抽象，對高職學(xué)生來說會感覺入門較難；（2）匯編編程語言指令111條之多，且需要講授每條指令的功能及操作數(shù)來源，因此需要占用大量的課時，同時講授指令的實例大都簡單、不能滿足工程的實際應(yīng)用；（3）本課程各部分知識銜接緊密，邏輯性和完整性強，學(xué)生在前半部分學(xué)不好，后半部分應(yīng)用普遍感到難學(xué)，因此授課教師也存在許多困惑，只能講授最簡單、最基本的知識。

因此，傳統(tǒng)的理論教學(xué)存在以下問題：在講課學(xué)習(xí)過程中，更多的是關(guān)注知識的傳授講解，而作為系統(tǒng)工程應(yīng)用，解決工程問題的積累往往被忽視。學(xué)生即使學(xué)完了教學(xué)計劃所規(guī)定的全部內(nèi)容，仍然無法系統(tǒng)、徹底地掌握單片機控制系統(tǒng)的工程應(yīng)用。這就要求專業(yè)課教師不斷反思教學(xué)過程，如何培養(yǎng)順應(yīng)市場需求的高技能和創(chuàng)新型人才，需要我們在課程教學(xué)方法上進行不斷的改革和探索[2]。

二、COID工程教育模式

COID工程教育模式是一種先進的工程教育理念和實施體系，也是目前我國高校工程教育領(lǐng)域的研究熱點。COID的四個字母分別代表構(gòu)思（conceive）、設(shè)計（design）、實施（implement）和運行（operate）。從產(chǎn)品的研發(fā)到產(chǎn)品的運行構(gòu)成一個完整的周期，在整個過程中，學(xué)生積極主動參與每一個具體的環(huán)節(jié)，從而使學(xué)生體會到了產(chǎn)品設(shè)計的艱辛與樂趣，培養(yǎng)了學(xué)生具備一個工程師的職業(yè)道德和團隊協(xié)作精神[3]。COID的理念符合高職教育對技能型人才的理念，進行COID工程教育模式的教學(xué)改革，將會幫助我國職業(yè)教育更好地借鑒國際先進的工程教育研究成果，推進國內(nèi)高職教育從課堂教學(xué)到工程教學(xué)，從理論教學(xué)到實踐教學(xué)，有助于改善我國高等職業(yè)教育的現(xiàn)狀，同時促進了我國高等職業(yè)教育的良性發(fā)展[4]。因此，本文提出針對單片機課程在課堂教學(xué)、實驗教學(xué)和課程考核等環(huán)節(jié)，查找該課程在教學(xué)中的矛盾所在，探討基于CDIO以項目式教學(xué)促進學(xué)生能力素養(yǎng)提升的單片機教學(xué)模式。

三、基于CDIO工程教育模式的單片機教學(xué)改革探索

（一）以項目任務(wù)為主導(dǎo)，整合教學(xué)內(nèi)容

單片機的理論來源于實踐，又反過來指導(dǎo)實踐，當(dāng)前我國高等職業(yè)院校單片機教學(xué)的普遍現(xiàn)象是學(xué)生的基礎(chǔ)理論知識掌握得比較扎實，但工程實踐能力普遍較薄弱。因此，本專業(yè)教學(xué)團隊在研究CDIO教育模式的理念和本質(zhì)基礎(chǔ)上，轉(zhuǎn)變觀念，改革教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式和手段，緊密結(jié)合“必需夠用”的理論知識，設(shè)計項目任務(wù)，整合教學(xué)內(nèi)容，并將CDIO理念融入教學(xué)內(nèi)容、課堂教學(xué)環(huán)節(jié)中。

具體課堂教學(xué)以項目任務(wù)為主導(dǎo)，以任務(wù)實現(xiàn)為切入點，引入相關(guān)知識點，在學(xué)生掌握一定的單片機知識之后，讓學(xué)生建立項目實施的理念，明確單片機在系統(tǒng)設(shè)計中的實際角色，明確具體的項目任務(wù)功能和要求后，引導(dǎo)學(xué)生完成系統(tǒng)硬件設(shè)計、軟件設(shè)計、系統(tǒng)調(diào)試等。這樣，把課程的教學(xué)任務(wù)轉(zhuǎn)變?yōu)橐豁楉椖抗こ倘蝿?wù)，來提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生有一種學(xué)以致用的成就感，從而促使學(xué)生去學(xué)習(xí)和項目有關(guān)的知識點，如，電路基礎(chǔ)、電子技術(shù)、C程序結(jié)構(gòu)算法等知識，使學(xué)生建立項目工程設(shè)計開發(fā)的思路，并掌握相關(guān)必備的理論知識。因此，本課程按照COID教學(xué)理念實施教學(xué)，以任務(wù)驅(qū)動的方式完成各項目所設(shè)定的任務(wù)，實現(xiàn)專業(yè)技能和理論知識的有機整合。以項目三為例說明整合后的教學(xué)內(nèi)容結(jié)構(gòu)，如下表所示。

（二）采取“教、學(xué)、做”一體化教學(xué)模式

本課程突破傳統(tǒng)的學(xué)科體系教學(xué)框架，融入任務(wù)驅(qū)動、理實一體化的CDIO理念。將課程內(nèi)容設(shè)計成具體任務(wù)模塊，采取任務(wù)驅(qū)動式“教、學(xué)、做”一體化教學(xué)模式，即按職業(yè)活動順序的每一個過程環(huán)節(jié)來傳授相關(guān)的理論知識和專業(yè)技能，整個項目完成后使學(xué)生能更深刻地理解單片機知識。這種教學(xué)模式使課堂知識獲得與工程實踐充分聯(lián)系起來，實現(xiàn)理論知識和專業(yè)技能的有機融合。在實施項目教學(xué)的過程中，項目任務(wù)的教學(xué)內(nèi)容直接在單片機實訓(xùn)室進行，教師一邊講授，學(xué)生一邊動手在單片機實訓(xùn)裝置平臺上完成。在具體項目任務(wù)的安排方式上，靈活采取proteus仿真軟件、keil軟件與實訓(xùn)模塊設(shè)備相結(jié)合的方式，充分體現(xiàn)單片機系統(tǒng)工程開發(fā)設(shè)計過程。

在實訓(xùn)室，兩人一組，自行分配不同任務(wù)，而后采取集中討論、設(shè)計最佳方案的方式來完成項目設(shè)計。在項目實施過程中出現(xiàn)問題，盡量促使學(xué)生能自主解決問題，如，學(xué)生可通過互相討論或上網(wǎng)查閱資料解決問題。最后難以解決的問題由教師指導(dǎo)完成，充分發(fā)揮學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和調(diào)動學(xué)生的主觀能動性。同時也很好地培養(yǎng)了學(xué)生的團隊協(xié)作能力，使學(xué)生體會到團隊的力量，形成了很好的團隊合作意識，為畢業(yè)后的工作打下了堅實的基礎(chǔ)。

（三）改進成績考核方式

傳統(tǒng)的學(xué)生成績考核通常是由任課教師以試卷考試的形式對學(xué)生進行考核，學(xué)生的考核成績由平時成績和卷面成績按照若干比例構(gòu)成。這種單一的考核方式難以考查學(xué)生的綜合能力，諸如，理論知識、動手能力、團隊合作意識、自主解決實際問題的能力。為改善這種傳統(tǒng)考核方式，確保考核方式的合理性、公平性和有效性，單片機的成績將以CDIO工程教育基本理念為指導(dǎo)，以項目結(jié)合的形式，理論知識和實操技能相結(jié)合評定學(xué)生成績，具體考核分為兩部分：（1）過程化考核方式：將學(xué)生每個項目任務(wù)的理論知識、實踐操作技能、實踐工單完成情況相融合，綜合評定學(xué)生每個項目任務(wù)成績，將所有成績按權(quán)相加求和占學(xué)生總成績50%。（2）期末考核方式：學(xué)生參加一人一機一題方式考核，即學(xué)生根據(jù)任務(wù)要求獨立完成一個項目任務(wù)的設(shè)計、實施、仿真、實現(xiàn)過程，真正考查學(xué)生在具體項目實施過程中的動手能力，占學(xué)生總成績的50%。

將以上兩部分成績按1∶1模式作為一個學(xué)生對此課程學(xué)習(xí)情況的成績評定方法，注重“過程考核”，關(guān)注學(xué)生知識、技能的學(xué)習(xí)過程，關(guān)注實踐環(huán)節(jié)及工程應(yīng)用能力，力求知識與能力有機融合的教學(xué)考核，不僅增強衡量學(xué)生掌握知識的能力，同時也利于引導(dǎo)學(xué)生注重動手實踐能力和自身綜合素質(zhì)的提高。

（四）CDIO教學(xué)模式的特點

（1）合理的一體化教學(xué)方案。（2）工程實踐引導(dǎo)，項目任務(wù)驅(qū)動教學(xué)。（3）激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，學(xué)中做、做中學(xué)。（4）培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)、解決問題能力。（5）培養(yǎng)團隊協(xié)作溝通能力。（6）強調(diào)平時積累，重視過程化考核。

四、結(jié)束語

為解決傳統(tǒng)的單片機原理及應(yīng)用課程理論教學(xué)存在的種種問題，為提高職業(yè)類院校電氣自動化類專業(yè)人才培養(yǎng)質(zhì)量，我們將CDIO工程理念引入該課程教學(xué)中，注重學(xué)生專業(yè)技能培養(yǎng)，將理論知識和實踐技能有機融合，真正做到學(xué)中做、做中學(xué)的教學(xué)模式。實踐教學(xué)證明，該教學(xué)模式教學(xué)效果顯著，明顯提高了學(xué)生對單片機學(xué)習(xí)的積極性和主動性，有效培養(yǎng)了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，提升了學(xué)生的工程實踐能力。同時，該課程的教學(xué)目標(biāo)也基本滿足了社會對單片機開發(fā)應(yīng)用的市場需求和技術(shù)需求，為培養(yǎng)真正的發(fā)展型高技能人才提供了一條有效的途徑。

參考文獻：

[1]宋秋實，馮博楷.高等職業(yè)教育中單片機教學(xué)探索[J].科教導(dǎo)刊，2015（10）：92-93.

[2]蘇淑靖.CDIO模式下單片機原理及應(yīng)用教學(xué)改革與探索[J].教育教學(xué)論壇，2015（20）：101-102.

[3]寧彬，袁磊，谷瓊，等.基于CDIO模式的軟件工程課程教改探討[J].計算機時代，2014（3）：44-45.

[4]張翼成，劉美，王濤.CDIO模式下“單片機原理及應(yīng)用”課程教學(xué)改革[J].計算機教育，2012（32）：22.