CDIO工程教育理念下單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)課程的研究與實(shí)踐

邱丹 熊小娟

[摘 要] 針對(duì)目前“單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)”課程的教學(xué)特點(diǎn)，結(jié)合CDIO工程教育理念和教育模式，提出一種新的教學(xué)思路。在明確了課程的知識(shí)、能力、素質(zhì)培養(yǎng)的目標(biāo)下，以典型案例為載體，遵循實(shí)際工程項(xiàng)目開(kāi)發(fā)流程，對(duì)單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)課程進(jìn)行整體設(shè)計(jì)，并構(gòu)建了基于CDIO工程教育理念下的教學(xué)模式和評(píng)價(jià)體系。結(jié)果表明，基于CDIO理念的教學(xué)模式極大地提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性，更好地激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)新思維，增強(qiáng)了學(xué)生的應(yīng)用能力和職業(yè)能力。

[關(guān) 鍵 詞] CDIO；單片機(jī)；教學(xué)模式；評(píng)價(jià)體系

[中圖分類號(hào)] G712 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼] A [文章編號(hào)] 2096-0603（2019）02-0102-02

一、引言

單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)課程是高等院校很多工科專業(yè)，如機(jī)電、電子、控制、自動(dòng)化等專業(yè)的一門(mén)必修課，是一門(mén)綜合性很強(qiáng)的課程。開(kāi)發(fā)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)除了要有單片機(jī)的專業(yè)知識(shí)外，還需要學(xué)生具有比較扎實(shí)的硬件電路設(shè)計(jì)能力、較強(qiáng)的動(dòng)手實(shí)踐能力和掌握編程的基本方法，這對(duì)剛剛開(kāi)始學(xué)習(xí)相關(guān)專業(yè)知識(shí)的學(xué)生來(lái)說(shuō)是比較困難的。同時(shí)，單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)課程又是一門(mén)實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，需要大量的實(shí)踐環(huán)節(jié)作為理論知識(shí)的有益補(bǔ)充，目前提供的實(shí)踐活動(dòng)大多停留在對(duì)理論知識(shí)的驗(yàn)證上，案例老套、創(chuàng)造性缺乏，使學(xué)生的認(rèn)知大多停留在對(duì)書(shū)本的闡述，教學(xué)效果不盡如人意。因此，提高課堂教學(xué)質(zhì)量，強(qiáng)化學(xué)生實(shí)踐能力是教學(xué)急需改進(jìn)的問(wèn)題

國(guó)際先進(jìn)的CDIO是一整套工程教育理念和實(shí)施體系，代表著構(gòu)思（Conceive）、設(shè)計(jì)（Design）、實(shí)施（Implement）和運(yùn)行（Operate），強(qiáng)調(diào)的是學(xué)生在工程背景環(huán)境下進(jìn)行的理論知識(shí)和實(shí)踐技能的學(xué)習(xí)，在很多國(guó)外高校中得到實(shí)踐并取得了理想成果。在高等院校尤其是高職院校的學(xué)生培養(yǎng)過(guò)程中往往會(huì)存在實(shí)踐教學(xué)脫離實(shí)際工程、學(xué)生缺乏工程思維和協(xié)作能力等問(wèn)題，若能將實(shí)際工程中產(chǎn)品研發(fā)到產(chǎn)品運(yùn)行的生命周期作為課堂的載體，構(gòu)建項(xiàng)目化教學(xué)，引入CDIO的教育理念，勢(shì)必能加強(qiáng)教學(xué)內(nèi)容與工作場(chǎng)景的關(guān)聯(lián)性和貼近度。本文依據(jù)高職院校人才培養(yǎng)的能力要求，以項(xiàng)目實(shí)踐為驅(qū)動(dòng)，在單片機(jī)技術(shù)課程中融入CDIO工程教育理念，探索和實(shí)踐CDIO理念在課程教學(xué)中的應(yīng)用。

二、單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)的教學(xué)特點(diǎn)

單片機(jī)控制系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)是學(xué)習(xí)單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)課程的最終目的，也是開(kāi)發(fā)人才需要具備的專業(yè)能力，除了要有扎實(shí)的學(xué)科和專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)，更需要具備技術(shù)與工程實(shí)踐能力，這樣在實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)項(xiàng)目時(shí)才能思路清晰，更有效地提升自身解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

（一）體系復(fù)雜，綜合性強(qiáng)

單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)是硬件電路設(shè)計(jì)和軟件程序編寫(xiě)相結(jié)合的產(chǎn)物，它融合了電路設(shè)計(jì)、編程技術(shù)、智能控制、數(shù)據(jù)通信等多種技術(shù)，是一門(mén)多學(xué)科的交叉課程。具體涉及數(shù)字電路、模擬電路、C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)、接口技術(shù)、傳感器與檢測(cè)等多門(mén)前導(dǎo)課程，通過(guò)應(yīng)用能關(guān)聯(lián)到機(jī)電、控制、電子等專業(yè)的相關(guān)課程，因此需要與諸多課程相融合，綜合性強(qiáng)。

（二）理論系統(tǒng)，實(shí)踐性強(qiáng)

單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)課程主要是講授單片機(jī)控制系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)，是一門(mén)實(shí)踐性很強(qiáng)的專業(yè)課程，以單片機(jī)在系統(tǒng)中的應(yīng)用為中心，以微型控制系統(tǒng)為主線，進(jìn)行軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)，這就決定了單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)課程需要理論與實(shí)踐緊密結(jié)合、側(cè)重于動(dòng)手實(shí)踐能力培養(yǎng)的特點(diǎn)，所以，實(shí)踐教學(xué)是單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)課程的重要環(huán)節(jié)，是培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力的關(guān)鍵。

（三）發(fā)展迅速，更新較快

單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展非常迅速，其新理論和新應(yīng)用也在不斷變化，這就要求單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)課程要密切跟蹤相關(guān)知識(shí)的前沿技術(shù)，授課教師要有效地結(jié)合課程教學(xué)大綱結(jié)構(gòu)更新教學(xué)內(nèi)容，將教學(xué)融入真正的實(shí)踐領(lǐng)域。

三、基于CDIO理念的教學(xué)模式和評(píng)價(jià)體系

（一）基于項(xiàng)目式驅(qū)動(dòng)的探究式教學(xué)模式

單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)課程采用“學(xué)中做、做中學(xué)、邊學(xué)邊做”項(xiàng)目式驅(qū)動(dòng)的教學(xué)模式，以8路搶答器、簡(jiǎn)易密碼鎖和數(shù)碼管的動(dòng)態(tài)顯示設(shè)計(jì)這三大模塊作為教學(xué)項(xiàng)目的載體，將課程內(nèi)容進(jìn)行整合，按產(chǎn)品的生命周期過(guò)程要求和引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行相關(guān)知識(shí)學(xué)習(xí)和項(xiàng)目設(shè)計(jì)實(shí)踐。該教學(xué)模式需要教師先整合項(xiàng)目中所包含的教學(xué)內(nèi)容，思考采用怎樣的教學(xué)方法和手段，如何激發(fā)學(xué)生的興趣點(diǎn)，引入什么樣的圖片、視頻，再通過(guò)仿真軟件演示出項(xiàng)目執(zhí)行的結(jié)果等方式，給學(xué)生一個(gè)直觀明確的認(rèn)識(shí)，然后學(xué)生以該項(xiàng)目為載體，按照發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的邏輯順序進(jìn)行構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)施和運(yùn)行。通過(guò)上面的過(guò)程學(xué)生不僅可以獲得項(xiàng)目中的工程基礎(chǔ)知識(shí)，還能得到實(shí)踐鍛煉，體驗(yàn)工程問(wèn)題的解決過(guò)程。

在課程教學(xué)規(guī)劃和設(shè)計(jì)中需要根據(jù)企業(yè)所需人才的實(shí)際要求，讓學(xué)生參與到教學(xué)規(guī)劃的整個(gè)過(guò)程，激發(fā)學(xué)生的自主意識(shí)，增強(qiáng)主觀能動(dòng)性。同時(shí)也會(huì)請(qǐng)學(xué)生通過(guò)教學(xué)設(shè)計(jì)過(guò)程提出并總結(jié)適合自己的學(xué)習(xí)方法和經(jīng)驗(yàn)，提升學(xué)生的責(zé)任感，加強(qiáng)學(xué)生間的協(xié)作能力，促進(jìn)CDIO教育理念和理論教學(xué)的進(jìn)一步融合。

單片機(jī)應(yīng)用的開(kāi)發(fā)人才需要具備較強(qiáng)的工程實(shí)踐能力，僅僅有理論知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，需要技術(shù)人員在理論知識(shí)的指導(dǎo)下具有分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，傳統(tǒng)“理論+實(shí)驗(yàn)”的教學(xué)方式已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足人才的培養(yǎng)需求，理論化、知識(shí)化的教學(xué)思路也要逐步轉(zhuǎn)向應(yīng)用性、實(shí)踐性，重視培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。本課程遵循CDIO工程教育理念，不論是課程的培養(yǎng)目標(biāo)還是課程體系的設(shè)計(jì)以及采用的教學(xué)模式，都是從宏觀的人才培養(yǎng)角度設(shè)計(jì)的。課程以典型項(xiàng)目案例為載體，力爭(zhēng)學(xué)習(xí)過(guò)程和項(xiàng)目開(kāi)發(fā)過(guò)程保持一致，項(xiàng)目在設(shè)計(jì)過(guò)程中不僅考慮到基本理論知識(shí)的學(xué)習(xí)要求，同時(shí)也突出了CDIO工程教育模式中項(xiàng)目引領(lǐng)的特點(diǎn)，采用“知識(shí)點(diǎn)分解、小項(xiàng)目→大項(xiàng)目、逐層遞進(jìn)”的教學(xué)方式構(gòu)建整體教學(xué)設(shè)計(jì)。下面以“數(shù)碼管的動(dòng)態(tài)顯示設(shè)計(jì)”項(xiàng)目為例來(lái)說(shuō)明，如下圖所示。

如上圖所示，在教學(xué)設(shè)計(jì)過(guò)程中將四名左右不同個(gè)性特點(diǎn)的學(xué)生編為一組，組成若干個(gè)學(xué)習(xí)小組，各組均開(kāi)展項(xiàng)目設(shè)計(jì)。每組選擇一位親和力強(qiáng)、做事嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致的學(xué)生作為組長(zhǎng)，負(fù)責(zé)教師和同學(xué)之間的溝通，每位學(xué)生分配不同的工作任務(wù)，例如有的學(xué)生負(fù)責(zé)硬件電路設(shè)計(jì)、有的學(xué)生負(fù)責(zé)軟件系統(tǒng)編程等，并且具體任務(wù)可以再細(xì)化，如軟件編程的任務(wù)由大模塊分解成小模塊，由不同學(xué)生完成，最后大家聯(lián)合起來(lái)整體調(diào)試。教師統(tǒng)一講解項(xiàng)目相關(guān)的基本知識(shí)點(diǎn)，然后引導(dǎo)小組按照實(shí)際工程的運(yùn)作流程來(lái)進(jìn)行項(xiàng)目規(guī)劃的制訂、工作計(jì)劃的細(xì)化和工作任務(wù)的完成。當(dāng)項(xiàng)目階段性完成時(shí)，教師組織各小組成員進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)交流，總結(jié)工作中的得失、經(jīng)驗(yàn)和各自的感悟，提高學(xué)生的實(shí)際工作能力和協(xié)調(diào)溝通能力。

（二）多樣化考核的評(píng)價(jià)體系

傳統(tǒng)的單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)課程考核都是以筆試卷面成績(jī)?yōu)橹鳎瑢W(xué)生往往只是在考試之前做理論知識(shí)復(fù)習(xí)，實(shí)踐能力的考核較難體現(xiàn)，對(duì)課程的掌握程度不容易真實(shí)反映出來(lái)。借鑒CDIO工程教育的項(xiàng)目評(píng)價(jià)方法，根據(jù)每個(gè)項(xiàng)目的知識(shí)點(diǎn)和難易程度安排實(shí)踐考核內(nèi)容，構(gòu)建分項(xiàng)目、分階段、多樣化的考核評(píng)價(jià)體系。以學(xué)生在項(xiàng)目運(yùn)行過(guò)程中的課堂研討表現(xiàn)、項(xiàng)目設(shè)計(jì)合理性、項(xiàng)目設(shè)計(jì)報(bào)告、項(xiàng)目答辯匯報(bào)的各項(xiàng)成績(jī)?yōu)橐罁?jù)，進(jìn)而給出一個(gè)綜合評(píng)價(jià)的實(shí)踐成績(jī)，使成績(jī)能合理反映學(xué)生的綜合素質(zhì)和能力。

四、結(jié)論

遵循CDIO工程教育模式的要求，筆者構(gòu)建了單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)課程項(xiàng)目一體化教學(xué)實(shí)踐體系。通過(guò)引入CDIO工程教育理念，完成了基于項(xiàng)目式驅(qū)動(dòng)的探究式教學(xué)模式的構(gòu)建，并采用了分項(xiàng)目、分階段、多維度的評(píng)價(jià)體系。在教學(xué)實(shí)際過(guò)程中以工程實(shí)踐案例為載體進(jìn)行整體教學(xué)設(shè)計(jì)，將以教師為主的“聽(tīng)中學(xué)”的消極學(xué)習(xí)模式改進(jìn)為以學(xué)生為主的“做中學(xué)”的積極學(xué)習(xí)模式，顯著提升了學(xué)生對(duì)單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)的學(xué)習(xí)興趣，對(duì)課程教學(xué)質(zhì)量的提高起到了決定性作用。新的教學(xué)模式的采用大大提高了學(xué)生課堂的出勤率、課堂參與性和項(xiàng)目完成度，并在學(xué)生后期的學(xué)科競(jìng)賽、畢業(yè)設(shè)計(jì)及相關(guān)就業(yè)能力方面都取得了積極直觀的效果。相信隨著教學(xué)改革的進(jìn)一步深入，基于CDIO工程教育理念的創(chuàng)新型培養(yǎng)模式能更有效地促進(jìn)高職課程建設(shè)水平的提高，培養(yǎng)出更適應(yīng)實(shí)踐工程的優(yōu)秀應(yīng)用型人才。

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編輯 馬燕萍