OBE教育理念下單片機實驗教學模式研究

張陽熠 謝國雄 周海軍

摘要：針對應用型本科院校單片機實驗教學中遇到的一些問題，基于OBE教育理念提出了“開放型”混合式實驗教學模式。根據成果導向設計單片機實驗內容，并基于仿真軟件和開發板相結合的實驗平臺實施“開放型”混合式實驗教學模式。

關鍵詞：OBE教育理念;單片機實驗;混合式

1、引言

單片機技術是應用型本科院校電子類專業的一門應用性非常強的專業課程。該課程開設目的在于培養學生了解單片機的基本結構，掌握單片機系統的分析、設計和研發的方法，以及培養學生的實踐能力和創新能力。其中，單片機實驗教學環節起到實踐和實訓的作用，訓練學生單片機設計實戰的能力，在單片機課程整個教學過程中十分重要。Outcomes-based education（OBE）教育理念是以學生為中心，基于成果導向的教育模式，根據預期的學習成果反向設計教學內容和教學過程，并分階段對階段性成果進行評價[1]。將OBE教育理念應用于單片機實驗教學中，需要認真思考以下幾個問題：（1）通過單片機實驗教學想讓學生獲得什么樣的成果？（2）如何有效的幫助學生獲得這些成果？（3）如何評價學生獲得的這些成果？（4）教師在實驗教學過程的角色？在OBE教育理念下，單片機實驗教學的核心在于明確學習成果并圍繞學習成果展開教學，優化實驗內容、協調實驗和理論教學、以學生做實驗為主教師講授為輔，從而引導和協助學生達到預期的成果。

2、單片機課程實驗教學現狀

單片機技術課程在應用型本科院校電子類專業中基本都有開設。據了解，目前高校的單片機實驗課大多采用以下幾種方式進行[2]：

（1）采用單片機實驗箱[3]。這種方式是早期單片機實驗教學最常用的一種方式。使用專門的實驗箱進行實驗，學生只要簡單的連連線搭建電路，然后加載程序即可完成實驗內容。這種方式看似方便實驗的開展，實則學生無法掌握所學的實驗內容，達不到訓練的效果。

（2）利用虛擬仿真平臺進行仿真模擬[4]。仿真軟件具有豐富的元器件資源和虛擬儀器儀表。目前，各種仿真平臺已經在單片機教學中得到廣泛的應用。在單片機實驗過程中，學生可以根據實驗要求利用仿真軟件設計電路，然后編寫程序并將其下載到單片機中進行調試。這種方式不受限于硬件電路、節約成本，適合單片機初學者。

（3）利用單片機開發板[5]。使用開發板是一種很好的方法，開發板中的模塊可以任意拆卸。此外，還可以通過導線連接到自己設計的電路上。相較于單片機實驗箱來說，開發板成本相對較低，可以實現學生人手一臺。但是，利用開發板開展實驗教學就要求學生對電路原理、數字電路等非常熟悉。因此利用單片機開發板進行實驗教學，適用于學生稍有基礎以后。

3、“開放型”混合式實驗教學模式的設計與實施

針對上述單片機實驗教學過程中遇到的一些問題，研究“開放型”混合式實驗教學模式。基于OBE教育理念成果導向結合應用型本科教學定位設計，將“開放型”理念融入到實驗設備的選擇和梯度實驗項目的設置，通過對課堂實驗和課后項目完成情況的考察對學生的學習成果進行評價。

3.1 實驗內容的優化。

從教學目標出發優化實驗內容，遵循從簡單到復雜的順序：I/O口的控制→數碼管→鍵盤→外部中斷→定時器→串口通訊→綜合性實驗項目。實驗內容的優化旨在實驗內容設計不局限于某一個功能的實現，而是設計成包含梯度的“基本項目”、“擴展項目”和“發揮項目”等。實驗教學過程中不拘泥于規定的實驗項目，學生也可以根據自己的興趣完成該實驗項目相關的技術指標。這就需要教師在實驗過程對每個學生給予相應的指導，以及實驗結束后逐一檢查。

3.2實驗設備的選擇

暫時放棄單片機實驗箱的使用，選擇利用仿真平臺和開發板相結合的方式。目前來說，大學生基本上都擁有自己的電腦，學生可以隨時隨地進行單片機設計訓練。開發板價格便宜、體積小、方便攜帶。仿真平臺和開發板相結合使得實驗場所不局限于在特定的實驗教室，實現了“口袋實驗室”、“宿舍實驗室”等移動實驗室。優化后的實驗模式是先進行虛擬仿真，仿真成功后再利用開發板實現效果。

3.3 改善學習成果評價機制

基于上述單片機實驗教學方案的調整和優化，對實驗課學習成果的評價過程提出了更高的要求，也對教師提出了更高的要求。實驗課結束后，教師需要逐一進行檢查、提問，最后給出成績。提問是非常重要的環節，可以有效地防止照搬照抄。此外，允許和鼓勵學生進行“申辯”。“申辯”的目的是鼓勵學生課后繼續進行鉆研。課后能完成實驗要求，經檢查提問，可以適當提高本次實驗的成績。實驗報告在實驗成果評價中也是十分重要的，要求學生不但要會“做”，也要會“寫”，會把自己做的東西表達出來，為后續的課程設計和畢業設計等奠定基礎。

4、總結

本文基于OBE教育理念對單片機實驗課教學的方式、方法進行了研究、探索和優化。以虛擬仿真軟件和開發板相結合為實驗平臺拓展“口袋實驗室”、“宿舍實驗室”。通過實驗項目難度梯度的設置、實驗內容可控范圍內的靈活調整等充分激發出學生對單片機程序設計的興趣，發揮學生的能動性，達到單片機程序設計訓練的效果，實現成果導向。

參考文獻：

[1]. 謝佩軍.OBE理念下單片機虛擬仿真實驗教學改革研究[J].計算機時代，2021，06：91-94.

[2]. 邵磊，閆晨陽，曾華鵬，徐喆，陳鵬，張敏.基于口袋實驗室的項目式單片機教學改革[J].創新創業理論研究與實踐，2021，4（14）：42-44.

[3]. 姚松麗，周志峰.基于單片機課程的創新實驗教學探索與實踐[J].產業與科技論壇，2021，20（18）：118-119.

[4]. 章信華，朱明英，嵇建波，柏元忠.以應用為導向的“單片機原理及應用”實驗教學過程探索[J].創新創業理論研究與實踐，2021，4（18）：57-59.

[5]. 張守峰.基于微型開發板的單片機教學模式探索[J].商丘職業技術學院學報，2014，13（02）：55-56+59.

項目支持：滁州學院教學研究項目（2021jyc031、2021jyc033）資助58ED6BB7-FD0E-4E6C-A614-E2BB7A8360B8