CDIO在高職《單片機技術》課程中的應用

馬永軍　李偉民　華有斌

[摘 要]本文充分借鑒CDIO工程教育模式改革單片機技術課程，以典型電子產(chǎn)品設計制作為載體，能力培養(yǎng)為目標，更新教學觀念，關注工程實踐，培養(yǎng)自學能力，加強人際溝通技能和職業(yè)道德培養(yǎng)并重，注重課程過程的評價，學生綜合素質與教育質量有了明顯提高。

[關鍵詞]CDIO 單片機技術 應用

[中圖分類號] G424.1[文獻標識碼] A[文章編號] 2095—3437（2012）09—0103—02

CDIO（Conceive—Design—Implement—Operate）工程教育模式采用“做中學”的教學方法，以產(chǎn)品研發(fā)到產(chǎn)品運行的生命周期為載體，讓學生以主動的實踐的方式學習工程。[1]CDIO所強調的基于項目全過程學習的理念給高職教育的人才培養(yǎng)方式的改革提供了新的思路和方向。本文根據(jù)高職教育的實際情況，在高職《單片機技術》課程教學中引入CDIO工程教育理念，教學內容圍繞實際的職業(yè)活動和典型工作任務展開，以項目訓練促進學生綜合能力的培養(yǎng)，效果較好。

一、基于CDIO模式的課程改革

高職《單片機技術》課程是高職電類專業(yè)的一門專業(yè)基礎課程，課程的培養(yǎng)目標是使學生能掌握單片機基礎知識和簡單控制系統(tǒng)的設計應用，并具有開發(fā)典型工程項目的能力。傳統(tǒng)的單片機教學多采用理論實踐相結合的模式，經(jīng)教改后先后采用過任務驅動式教學方法和項目教學方法，對教學效果有較好的改善。但由于單片機的基礎理論知識比較抽象，實驗內容過于單元化，項目的設計制作主要集中在學期末一段時間內進行，學習過程較為被動，學生項目制作過程中缺乏團隊協(xié)作的訓練，也沒有切實有效的評價手段，這些都不利于學生工程能力和綜合素質的培養(yǎng)和提高，也容易導致和企業(yè)需求脫節(jié)。

我們參照CIDO教學模式“系統(tǒng)的能力培養(yǎng)，全面的實施指導及實施過程和結果檢驗的12條標準”為依據(jù)，對單片機技術課程的內容進行改革，以典型電子產(chǎn)品為載體，項目選取體現(xiàn)團隊化特征，與實際應用對接，通過對基于單片機控制的典型電子產(chǎn)品的構思、設計、實施和運作（CDIO）培養(yǎng)學生掌握控制電路的基本分析方法和技能，同時在產(chǎn)品制作的過程中，強化學生的團隊意識，提高學生的溝通交流能力和協(xié)作技能。[2]

二、基于CDIO模式的課程教學

我們結合電類專業(yè)崗位真實工作任務和學校實際情況采用基于CDIO的單片機課程教學，選取“單片機控制交通信號燈系統(tǒng)”、“單片機恒溫控制系統(tǒng)”、“基于單片機電子點陣屏設計”等多個綜合項目引入教學，讓學生通過課程實踐，完成CDIO整體訓練，得到全面的訓練和提高。

（一）項目構思（C）

主要對要設計的單片機控制系統(tǒng)進行分析、討論、交流，了解系統(tǒng)總體的要求和開發(fā)意義，對高職學生來說項目重在實施，設計的過程可在老師的啟發(fā)下，學生分小組討論，完成系統(tǒng)結構設計的總體框圖，項目構思主要是通過引導和交流探討工程方法，加強團隊意識，培養(yǎng)工程推理和解決問題的能力。

（二）項目設計（D）

進行項目總體設計，包括硬件設計（電路原理圖、印刷電路板圖、元件布置圖）和項目軟件設計（程序流程圖和程序清單）。在設計過程中，通過查找資料、研討、互評、優(yōu)化和小組互動，根據(jù)學生能力不同，分工合作，統(tǒng)一調度，設計出合理的實施方案并生成Protues系統(tǒng)仿真實現(xiàn)圖。項目設計過程鍛煉了學生的自學能力、職業(yè)態(tài)度和人際交流能力，培養(yǎng)了學生工程項目的設計和實踐能力。

（三）項目實施（I）

進行項目實施主要是完成單片機控制系統(tǒng)的在線仿真調試和印刷電路板的生產(chǎn)以及元器件的焊接，包括印刷電路板的布線，正確性檢測、元器件布置。印刷電路板的制作在我院工程中心進行，元器件的焊接在單片機綜合實訓室完成，各項工作及時互通進度，及時檢測錯誤，商討改進，培養(yǎng)團隊協(xié)作交流能力。

（四）項目運行（O）

項目運行主要是程序的固化并使單片機控制系統(tǒng)獨立運行，應做到能對系統(tǒng)故障進行分析和檢查，并能尋找解決問題的切入點和具體解決問題的方法，學會運行維護系統(tǒng)的方法。最后要進行控制系統(tǒng)項目開發(fā)的總結，整理分析資料，包括系統(tǒng)說明書、設計圖紙及設計總結，建立工程檔案以備日后應用參考和查驗。

三、基于CDIO模式的具體實施

《單片機技術》課程的整個教學實踐過程以學習者為中心，在CDIO全過程中引導學生進行自主性的電子產(chǎn)品電路的設計、制作、調試。給予學生更多自己做的機會，使學生更好地理解和掌握各分散的單元內容，真正實現(xiàn)做中學和做中教，使學生的工程能力和綜合技能得到很大的提高。[3]

我們以"單片機控制交通信號燈系統(tǒng)"為例說明基于CDIO模式教學的具體組織與實施步驟。

（一）讓學生明確任務內容及要求，本任務采用單片機和可編程并行I/O接口芯片8255A為中心器件來設計交通燈控制器，實現(xiàn)能根據(jù)實際車流量通過8051芯片的P1口設置紅、綠燈燃亮時間的功能，紅綠燈循環(huán)點亮，倒計時剩5秒時黃燈閃爍警示，綠燈時間可檢測車流量并可通過雙位數(shù)碼管顯示，本系統(tǒng)實用性強、操作簡單、擴展功能強，具有一定的綜合性和實踐性。

（二）設計過程由學生分析和教師指導完成，在明確任務之后，教師引導學生對任務加以分析，進行任務所需的資料、材料等的準備。把學生分成幾個組，由組長組織討論實施步驟并對人員進行分工，要求學生畫出系統(tǒng)框圖、設計系統(tǒng)電路以及程序流程圖，教師可以根據(jù)需要給出主要程序設計內容，但關鍵知識點要留給學生自己完成，讓學生動筆和獨立思考，學生根據(jù)自己的知識積累、相互討論和查找資料，設計硬件電路和參考程序，教師要進行必要的提示并對學生出現(xiàn)的錯誤及時加以修正，講解，根據(jù)學生實際情況可適當調整任務難度和要求，增加學生完成任務的信心。

（三）前面構思和設計的任務需要教師協(xié)助學生完成，實施的任務則要求學生自己獨立完成，每組內的同學根據(jù)能力不同可以有所側重，學生在項目實施前應使用Protues仿真軟件繪制電路原理圖并進行系統(tǒng)程序的仿真、修改和調試，仿真通過后，再將目標文件下載到實際制作的單片機系統(tǒng)中進行聯(lián)調，并進行完整的硬件電路設計。

（四）在調試運行過程中，要求學生根據(jù)出現(xiàn)的問題和運行的結果，進行進一步的分析、思考，培養(yǎng)學生創(chuàng)新的能力。同時要設計好考核評價表，考核評價要對工作態(tài)度、完成質量、團結協(xié)作、文明規(guī)范、安全操作等方面都應有所體現(xiàn) ，重在促進學生工作技能、職業(yè)素質的全面提高。

基于CDIO的《單片機技術》課程以接近電子工程實際所涉及的單片機綜合設計項目為主要載體，建立學生的工程價值觀，激發(fā)學生的實踐積極性，改善學生的學習態(tài)度和信心，培養(yǎng)學生團隊協(xié)作意識，以產(chǎn)品為導向的工程教育更加強調了學生綜合能力的培養(yǎng)，該模式也可以為其他專業(yè)課程的改革提供一些借鑒和嘗試。

[參考文獻]

[1] 查建中.論“做中學”戰(zhàn)略下的CDIO模式[J].高等工程教育研究，2008，（3）.

[2] 嚴石.CDIO在高職《模擬電子》課程教學中的應用[J].天津職業(yè)大學學報，2009，（6）.

[3] 胡占軍.基于CDIO的模式的項目教學實施方案[J].中國職業(yè)技術教育，2009，（8）.

[責任編輯：戴禎杰]