OBE理念下單片機技術課程改革探索

簡 磊

(四川大學錦江學院 四川·眉山 620860）

由 Spady等人于1981年提出貫穿工程教育認證標準的成果導向教育(Outcome Based Education，簡稱OBE)理念以學生成果導向、學生中心、持續改進作為核心，緊扣新經濟對應用型人才的需求特點。OBE理念的實施，可以幫助改進教育教學。單片機技術是電子信息類專業重要的專業基礎課，對培養學生工程實踐能力有重要作用。在單片機技術課程教學中開展基于 OBE教育理念的教學改革有助于培養符合工程需要、與工程實踐相結合的高素質應用型工程技術人才。本文從課程學習目標、教學實施、課程評價三個方面探索基于OBE模式的課程教學改革。

1 調整課程學習目標、內容適應行業需求

人才培養應當服務于行業經濟、地方經濟，確定人才培養目標需要結合行業需求。課程內容需要依據培養目標進行正向實施。單片機技術課程內容主要包括基本概念及開發工具、I/O功能及應用、中斷系統及應用、定時/計數器原理及應用、串行通信原理及應用、A/D與D/A轉換原理及應用等。通過問卷調查、文獻研究法等方式對行業崗位從業人員的知識、能力及素質要求進行調查，發現單片機工程師的任職要求熟悉USB、RS485、I2C、SPI、CAN等接口協議。現有課程學習目標、教學內容與就業崗位需求之間存在差距，需要調整學習目標，同時對課程教學內容進行整合。調整后的課程內容與學習目標之間的對應關系如表1所示。

表1：課程內容與學習目標矩陣

在原課程目標4：“掌握單片機系統設計方法及流程”中增加“具備以單片機技術為核心的系統設計能力”的要求；將課程內容中的“A/D與D/A轉換原理及應用”拓展為“系統總線與擴展”，保留現有A/D、D/A轉換元件相關講授內容，但不再只是講授所使用元件的一種接口，而是結合不同型號A/D、D/A轉換元件的多種接口方式拓展講解并行、SPI、I2C等總線知識。在授課學時沒有增加的情況下，充分利用線上線下、慕課、微課等教學資源，對教學時間進行調整優化。例如：要求觀看慕課、微課等線上學習資源，減少課堂上介紹軟件安裝、使用流程等內容；利用Proteus仿真軟件及Keil仿真調試功能，學生可以提前預習、仿真實驗內容，提高線下實驗效率；增加SPI、I2C等接口協議實驗內容，使課程教學與職業崗位能力培養緊密結合。

2 設計教學環節

2.1 設計教學內容，培養系統意識

依據OBE教學理念，分析課程目標達成情況發現較為突出的問題是當遇到綜合、設計類題目時學生普遍缺乏全面、系統分析解決問題的能力，對孤立考核的知識點卻能掌握較好。分析發現，傳統單片機技術課程教學按章節進行知識點講解的模式，缺少與模擬電子技術、數字電子技術等課程聯系，知識點之間無法有效銜接。導致學生在面對具體實際問題時，不能夠全面、系統的審視問題，對理論知識的理解不深，知識點掌握不牢。

實現知識點的有效整合，需要精心設計教學內容。教學過程可以采用項目驅動法。針對需要講解的知識點，如：學習定時/計數器原理及應用時，提出需要應用到所學知識的設計任務，如：直流電機轉速監控系統設計。該任務涉及傳感器、信號調理電路、驅動電路設計等前置課程知識，以及單片機定時/計數器的應用。通過前后課程知識的組合運用，不僅解決縱向的課程之間以及橫向的章節之間有效銜接問題，而且能夠將所學知識應用到實際項目中，做到學有所用，培養學生的系統觀、全局意識。

2.2 采用項目驅動法教學，提升教學效果

在教學過程中，依據“項目提出→功能分析→知識準備→任務實施→項目評價→總結拓展”六個步驟組織教學。以A/D、D/A轉換原理及應用的教學為例，設計以數字電壓表設計為載體展開學習。

首先明確任務目標。本項目要求基于單片機技術，利用A/D轉換模塊實現50mV直流電壓信號的測量、計算、顯示功能。收到任務后，學生首先自主學習，通過線上教學平臺提交設計方案。課前，教師檢查并收集學生預習情況，同時記錄下共性問題及難點。

課堂上，教師簡要復習A/D轉換工作原理，講授A/D轉換器應用編程方法，重點介紹分辨率、轉換速率等參數的意義，指出A/D轉換器選型要求及前置放大器設計要求。通過課堂理論學習、課后設計仿真、實驗課上實物驗證，引導學生逐步實現任務要求。教學過程中利用好線上、線下教學資源，通過仿真軟件解決實驗環境局限性問題，通過課后項目練習調動學生學習主動性。

項目完成后從方案設計、系統軟硬件設計、系統測試等方面對學生進行考核評價，作為平時過程考核的一部分。在課堂總結環節，和學生一起就項目設計、實施過程中出現的問題展開討論，提出自適應放大器的應用、基于 I2C總線的EEPROM芯片存儲數據等拓展內容。最終實現學習掌握單片機系統設計方法及流程，使學生具備以單片機技術為核心的系統設計能力、創新能力的教學目標。

2.3 利用混合式教學法，提高學習效率

混合式教學是將在線教學和傳統教學的優勢結合起來的一種“線上”+“線下”的教學法，通過發揮線上和線下兩種形式教學的優勢，有效提升學生學習的深度。

單片機技術課程線上教學平臺由課程資源、學習任務、資源推薦、討論等多個模塊組成。線上學習平臺拓展了師生之間的交流渠道。學生利用線上學習平臺可以提前了解學習目的，并通過閱讀推薦的學習資料具備一定的知識基礎，不僅可以保障線下課堂教學的質量，而且給予學生靈活的學習時間，提升了學生的課堂參與度和學習主動性。通過統計、分析線上平臺設置的任務點及學習任務完成情況，教師可以快速了解學生對知識點的掌握情況，及時并有針對性的在線下課堂或利用線上討論區對相關知識點進行補充，不僅實現對每個階段課程學習成果的過程考核，同時提高了教學效果與學習效率。線下教學活動中，學生會更加容易理解掌握知識難點和重點，教師除了查缺補漏、鞏固所授知識以外，還可以就更深入的知識點設計問題，組織學生分析、解決問題，鍛煉學生的工程實踐能力。例如：在講授定時/計數器測量頻率的應用舉例時，除了組織學習常用的頻率測量方法：計數測量法和周期測量法以外，逐步引導學生發現計數測量法和周期測量法的局限性，進而討論、學習等精度頻率測量法的原理。

3 綜合評價學習成果，促進學習成果達成

“如何知道學生取得的學習成果”是OBE教學理念關注的關鍵問題之一。原有卷面考核方式形式單一、考試內容客觀題居多。通過卷面分析發現學生多是靠死記硬背達到解題目的。理論知識與實踐環節沒有能夠有效銜接，面對較復雜的綜合問題沒法再依葫蘆畫瓢。這樣的考核機制已經不能夠全面評價課程教學效果，不適應學生的工程實踐能力、創新思維培養。需要制定以學生為中心，多層次、多元化的課程評價體系，促進學生進行目標導向式學習。

依據OBE教學理念，對本門課程的考核及評價方式做進一步的調整。設置單片機技術課程考核項目包括平時過程考核、實踐考核和期末綜合考核三部分，在總評成績中所占權重分別為0.25、0.25和0.5。其中平時過程考核包含日常考勤、線上學習完成情況、課內設計任務實施、課后作業完成情況等，目的是調動學生學習積極性，培養自主學習以及創造性思維、創新能力。實踐考核則設計一個包含多個知識點、不同難度要求的實踐任務，要求學生單人單機半封閉式限時完成，根據任務完成情況進行評分，考核學生理論聯系實際的能力以及綜合工程應用能力。期末綜合考核則要求學生系統掌握單片機技術知識，具備運用專業知識提出問題、分析問題和解決問題的能力。通過采用多樣性的考核方式，從不同層次綜合評價學生的學習效果，真實反映學生學習成果，實現根據評價結果進行反思、總結并持續改進教學效果的目的。

4 結語

本文基于 OBE模式對單片機技術課程教學改革進行了初步探索，分析了當前單片機技術課程教學中遇到的問題，從制定符合行業需求的學習目標出發，調整課程教學內容；重視課程之間、章節之間內容的銜接，通過項目驅動教學法、混合式教學法調動學生學習主動性，提升學習深度；改進課程考核評價方式，建立以學生學習過程和成果作為反饋，持續改進教學方法的閉環機制。以此切實提高學生的學習效率、工程實踐能力和崗位適應能力，為單片機技術課程的教學改革思路提供一定的借鑒與參考。