基于TOPCARES_CDIO的單片機原理與接口教材的探索

林瑾

摘 要：文章論述了TOPCARES-CDIO教育理念指導下的教材改革，以培養學生八大能力為切入點，從教材的構建、特色及建設成效等方面論述了基于TOPCARES_CDIO的單片機原理與接口課程教材改革的探索與實踐。

關鍵詞：TOPCARES-CDIO;單片機原理與接口;教材

1引言

CDIO是工程教學改革的重要成果。CDIO代表構思（Conceive）、設計（Design）、實現（Implement）和運作（Operate），它以產品研發到產品運行的生命周期為載體，讓學生以主動的、實踐的、課程之間有機聯系的方式學習工程。在CDIO基本教育理念的基礎上，東軟集團根據本土的IT專業情況和教育方式提出了TOPCARES-CDIO的教育理念，對CDIO能力培養大綱做了繼承基礎上的創新，調整并增加了部分能力指標，構建了具有東軟學院特色的TOPCARES-CDIO能力指標體系。

[1]廣東東軟學院計算機學院實施TOPCARES_CDIO教學改革，并創建了具有專業特色的TOPCARES_CDIO（下文簡稱T-C）能力指標體系，而教材是課程教學內容的載體，也是學生學習的必要工具。我們只有把TOPCARES_CDIO的教學理念落實到教材中的每一章節，才能實現以TOPCARES_CDIO改革的人才培養目標的實現。本課程單片機原理與接口正是實施了TOPCARES_CDIO改革并在實施過程中針對本課程和專業的特點對課程教材進行了探索及編寫。我們從TOPCARES-CDIO能力指標體系中的八大能力3級指標中的一百多個指標中，結合單片機課程的特點，選取了8個能力目標分別是專業知識能力、全方位思維能力、實驗性的探索能力、書面的交流能力、閱讀、理解專業領域文獻能力、學習態度與習慣能力、職業道德、正直并勇于負責能力、硬、軟件集成能力作為該課程該教材的培養目標。

2基于T-C的單片機課程教材建設

2.1前期收集及合理的編排

教材編寫前期，對每個知識點及知識點對應的項目收集資料，包括出現問題、定位，確定每章節統一風格。編排順序遵循從簡單到復雜，教材的內容是基于STC89C51單片機的原理與接口技術及51單片機的編程方法，共分為10章。第1章介紹了單片機概述;第2章介紹單片機的內部結構及原理;第3章介紹單片機C語言編程;第4章介紹單片機的常見的接口設計，第5章到第7章介紹中斷系統、定時器/計數器、串行口的原理及使用方法;第8章介紹單片機AD和DA轉換接口;第9章介紹單片機系統擴展接口技術;第10章介紹一些單片機貫穿本教材大多數知識點的綜合項目及案例。

2.2過程中注重教材內容的設計

本書在充分了解學生課程學習的基礎上，在教學實施過程中，以課程的各項能力培養目標為主線，對教學內容組織進行編寫和優化。首先要了解該課程存在的學習問題和學習內容，然后定下目標和重難點，針對問題找到可能的解決方法，并提煉出解決方案，最后對知識點進行評價。教材中根據T-C的教學理念的指引，設置了【主要知識內容】、【學習目標】、【重點和難點】、【教學設計與實施方法】、【實踐環節設計】、【教學效果測評】等環節，以此為主線進行設計，帶動學生學習。并將知識和技能清晰的展示出來。

2.3實踐環節以案例為載體將設計思路引入教材

充分考慮到學生在實踐過程中對項目整體的把握能力的培養，注重學生學習過程中的主動學習、主動動腦的能力。以項目案例為載體，通過項目內容、設計目標、需掌握知識、項目電路連接、程序設計、項目的運行測試等環節，將設計思路引入教材，讓學生在學習教材的過程中進行案例分析、項目實踐，實現知識、技術及創新能力的一體化提升。基于項目案例項目的學習可以獲得很多具體的經驗，把握項目的背景包括設計方案、設備條件、技術需求、項目要求等，通過案例的設計實施，學生可以親身體驗項目的實施過程，通過案例提高專業知識、全方位思維、實驗性的探索、書面的交流等能力，也激發學生學習的積極性，提高學生工程實踐的能力。[2]

3基于T-C的單片機課程教材特色

3.1基于T-C的課程教材內容

本教材以工程教育理念為指導，遵循TOPCARES-CDIO教學模式。不僅介紹C51單片機的相關知識，更注重完成一個單片機工程項目能力的訓練。教材內容分為知識和技能兩部分，并以項目為核心將知識與技能有機地結合在一起。本書以典型的單片機系統工程項目為主線貫穿全書展開各部分的知識。在每一章中除了介紹相關知識外，又輔以若干個小項目的訓練，將知識轉化為解決問題的技能。

3.2基于T-C的課程教材方法

在教材編寫中引入專業學科競賽的項目案例及企業優秀案例，采用工程模式開發項目，對學生的工程能力培養起到很好的作用。另外結合配套實驗板進行線上課程指導，激發學生競賽積極性，手機學習通線上資源的指導使對學生學習有著積極的作用并方便老師統計。

本書基于TOPCARES-CDIO工程教育理念，教學過程中，鼓勵學生自主學習，團隊協作等、加強職業能力的訓練，運用啟發引導、分組討論、課堂提問、網絡答疑等多種互動式教學方法，完成課程教學任務。實施過程中將學生分組，以組為單位完成實驗和綜合項目實踐環節，以課堂邊講邊練及課下小組合作研討的形式開展教學。

3.3基于T-C單片機教材的形式

我院電子信息專業與企業合作開展基于CDIO的電子信息工程師資體系建設項目，培養教師掌握產品設計的技術縱深和工程實現的路徑流程，我們將專業理論知識和行業工程實際需要結合，指導學生完成各種電路模塊、電子產品、智能終端等項目的開發與實現，依托企業項目，將校企合作成果引入到課程教材中，實現產學研合作一體化開發。教材中綜合項目案例以市場需求為導向，幫助學生熟悉企業實際的產品設計流程，更早的適應企業運作模式，同時也能、促進教學發展和學科建設。

T-C單片機課程教材包括課程教材、教師參考書、教學大綱、實驗指導書、線上習題、線上試題庫、項目庫等，其表現形式有紙質書本、電子版資源和線上教學資源等，能最大限度的滿足教學和學習的需要。[3]

4教材建設成效

構建有特色的課程教材，以社會需求為根本，即考慮基本理論，又面向企業需求及學生的未來發展，從企業對學生的評價來看，還是成功和有效的。

目前本書初稿已在18電子信息工程專業以講義教材的形式在學生開展，從考核和動手能力看，效果比之前的好，學生參與競賽和項目的積極性更高。

總之，教材建設研究對學生和老師收益非淺，對于學生，強化了學生的知識綜合運用能力和項目開發能力，學生通過教材學習，進一步鞏固了專業知識和技能，強化了實踐動手能力，教材中加入了比賽的案例，使學生在“藍橋杯”軟件設計大賽、全國大學生電子競賽、合泰杯比賽、智能車等比賽中受益。對于老師，教師既是指導者也是參與者，在不斷編寫修訂教材中不斷的反思總結，提升了自己，豐富了自己。在此期間，多位老師參加各種培訓提升自己的專業技能及教學方法。形成了一系列研究成果，成就了我校教師團隊的專業發展。

參考文獻：

[1]溫濤.探索構建一體化TOPCARES-CDIO人才培養模式[J].中國高等教育，2011，（7）

[2]徐云飛基于TOPCARES_CDIO的教材改革探索與實踐[J]美術教育研究2012，12

[3]馬玉杰TOPCARES-CDIO系列教材的探索與建設[J]教育教學論壇2012，6