“單片機原理”課程CDIO模式的設(shè)計

曹羅生++李寧

摘 要：基于校企合作的CDIO專業(yè)課程教學模式是推進高職院校CDIO工程教育模式改革的重要基礎(chǔ)，結(jié)合自己的教學經(jīng)歷，對高職院?！皢纹瑱C原理”課程的教學大綱、教學內(nèi)容、教學方法的CDIO模式設(shè)計與實施進行了分析探討，提出了基于課程團隊項目即培養(yǎng)學生技術(shù)知識和推理、個人職業(yè)技能與職業(yè)道德、團隊協(xié)作與交流和社會——工程大系統(tǒng)4個方面能力的培養(yǎng)途徑。

關(guān)鍵詞：CDIO 單片機原理 課程模式 項目與任務(wù)

中圖分類號：G42 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）11（b）-0158-02

CDIO工程教育模式是近年來國際工程教育改革的最新成果，CDIO代表構(gòu)思（Conceive）、設(shè)計（Design）、實現(xiàn)（Implement）和運作（Operate），它以產(chǎn)品研發(fā)到運行的生命周期為載體，讓學生以主動的、實踐的、課程內(nèi)容之間有機聯(lián)系的方式學習工程的理論、技術(shù)與經(jīng)驗，旨在培養(yǎng)學生技術(shù)知識和推理、個人職業(yè)技能與職業(yè)道德、團隊協(xié)作與交流和社會——工程大系統(tǒng)4個方面的能力[1]。

設(shè)計“單片機原理”CDIO課程模式，旨在從專業(yè)教學的角度培養(yǎng)學生作為一名工程師的職業(yè)道德和知識技能的基本素養(yǎng)，課程模式設(shè)計的核心內(nèi)容是利用校企合作平臺引進了一個實際成型的產(chǎn)品，然后根據(jù)教學環(huán)境實際狀況進行物理抽象后衍生出教學過程中所需的知識與能力培養(yǎng)大綱，即課程大綱、課程教學內(nèi)容、課堂教學組織與考核方法等。

1 課程模式設(shè)計

以CDIO工程教育理念為指導(dǎo)的“單片機原理”課程設(shè)計模式的要點是將校企合作基地作為設(shè)計課程平臺，特別是通過校企合作平臺所采用的“走出去，請進來”[2]的技術(shù)交流形式，充分利用社會、企業(yè)資源使學生比較深入地了解企業(yè)的商業(yè)、文化氛圍和產(chǎn)品開發(fā)流程方面的知識，提升作為一個工程師的職業(yè)道德和知識技能的基本素養(yǎng)。在此基礎(chǔ)上引進一個實際成型的產(chǎn)品，并加以抽象而成為課程項目。考慮到課程項目的復(fù)雜度較高，實施過程中對學生團隊協(xié)作精神要求較高，所以有必要循序漸進，將課程項目拆分成5個實踐任務(wù)（子項目），課程所有專業(yè)知識通過構(gòu)思分布在5個任務(wù)中。教學模式的重點在于依據(jù)CDIO工程教育理念設(shè)計、布局課程教學大綱[3]、課程項目實踐部分的內(nèi)容與要求以及教學的手段與方法。

2 課程教學大綱設(shè)計

基于CDIO工程專業(yè)學生四大能力的培養(yǎng)目標[4]，“單片機原理”課程大綱即知識與能力培養(yǎng)大綱的設(shè)計目標要求學生學習、實踐單片機控制技術(shù)中硬件與軟件系統(tǒng)的專業(yè)基礎(chǔ)知識、程序設(shè)計的基本方法。在此基礎(chǔ)上強調(diào)能力、素質(zhì)的提升，訓(xùn)練學生從創(chuàng)新思維角度對單片機控制系統(tǒng)進行構(gòu)思、設(shè)計、評估和檢測的能力。本課程在技術(shù)知識推理（基本知識的掌握與應(yīng)用），即第一級大綱中強調(diào)了單片機系統(tǒng)各部分之間的聯(lián)系與融合，例如將硬件結(jié)構(gòu)與程序設(shè)計融合在一個任務(wù)中作為一個完整的學習單元，注重學習硬件與軟件知識的關(guān)聯(lián)性，同時關(guān)注單片機工作性能與環(huán)境的聯(lián)系。第2、3、4級大綱同樣根據(jù)CDIO培養(yǎng)目標設(shè)計而成。

“單片機原理”知識與能力培養(yǎng)大綱以布盧姆學習目標分類法[5]為基礎(chǔ)描述學生在學完本課程后應(yīng)具有的能力。

3 教學方法設(shè)計

教學活動圍繞1個課程項目而展開，專業(yè)基礎(chǔ)知識貫穿于5個任務(wù)之中。項目式、任務(wù)式教學活動耗時較大，在總學時維持基本不變的情況下保證教學質(zhì)量，非常有必要提高教學效率，豐富教學手段、培養(yǎng)學生的自學能力、開展多種靈活的教學形式。

（1）以專業(yè)協(xié)會（課外興趣小組）為平臺組織學生定期開展專業(yè)活動。一方面彌補了課堂學習時間的不足，拓展了專業(yè)學習空間；另一方面在學生中培訓(xùn)了一批專業(yè)學習帶頭人，為項目實施打下了一個基礎(chǔ)。

（2）實施教學任務(wù)時，根據(jù)企業(yè)項目團隊的構(gòu)建要求將學生分組，每組5～7人。每個小組明確一名專業(yè)能力較強的學生擔任項目組長（學習帶頭人）承擔任務(wù)的分工組合、師生之間溝通、項目相關(guān)資料匯總和課堂討論小組主持等角色。

（3）充分利用各種資源和手段激發(fā)學生的學習熱情和創(chuàng)新思維能力。

（4）適當?shù)恼n外作業(yè)和課余學習是保證教學質(zhì)量、提高教學效率的一種重要途徑。

（5）成績評定以學生的工作表現(xiàn)和項目成果作為主要依據(jù)。重在考量學生合理運用知識、個人職業(yè)操作、團隊協(xié)作與交流和工程系統(tǒng)4個方面的能力?？己朔譃槿齻€方面，課程項目占50%，其中包括系統(tǒng)構(gòu)思的合理性、系統(tǒng)的運行性能和項目文檔資料；5個實踐任務(wù)的完成情況占20%，其中包括主動學習、提問與交流；理論考試占30%。

4 教學內(nèi)容與要求設(shè)計

為達到“單片機原理”知識與能力培養(yǎng)大綱的要求，教學內(nèi)容的設(shè)計基于要求學生掌握單片機系統(tǒng)基本知識的基礎(chǔ)上，完成一項包括構(gòu)思、設(shè)計、實施和運作全過程的團隊研發(fā)項目。根據(jù)課程內(nèi)容豐富、工程特質(zhì)強的特點，教學內(nèi)容分為兩個階段實施，其中第一階段和第二階段的教學時數(shù)分別占總學時的55%和45%。

第一階段教學內(nèi)容由設(shè)置的5個任務(wù)驅(qū)動，課程大綱要求的技術(shù)知識和推理方法涵蓋其中，而這5個任務(wù)是由課程項目分解而成的子模塊。設(shè)置5個任務(wù)時注重任務(wù)內(nèi)容之間知識的關(guān)聯(lián)性，特別關(guān)注系統(tǒng)中硬件與軟件、單片機芯片與外圍電路的融合，熟悉相關(guān)元件和芯片的檢測方法，積累任務(wù)實施所需的技術(shù)資料，為第二階段的教學，即課程團隊項目研發(fā)建立良好的基礎(chǔ)。

第二階段要求教學過程中使學生置身于社會——工程大系統(tǒng)中完成單片機原理應(yīng)用產(chǎn)品的研發(fā)，教學內(nèi)容就是一個包含CDIO全過程的課程項目開發(fā)。系統(tǒng)的工程復(fù)雜性將激發(fā)學生的創(chuàng)造潛能，促使學生提高動手能力、自主學習能力和團隊協(xié)作能力，真正實現(xiàn)在團隊協(xié)作中進行探究式學習，在探究學習中尋求團隊協(xié)作和交流。

5 課程項目CDIO實施過程

課程項目的教學實際上分為實施準備和實施兩個階段，實施準備工作從第一階段（第1周至第10周）的第一教學周開始。第一階段教學活動以5個教學任務(wù)作為平臺，圍繞CDIO課程大綱的第1級培養(yǎng)目標展開，即培養(yǎng)學生的技術(shù)知識和推理能力，例如系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)與軟件設(shè)計基本知識，中斷系統(tǒng)與總線接口知識，硬件與軟件的融合方法、電路元件芯片的檢測及PCB技術(shù)等。第二階段（第11周至第18周）圍繞CDIO課程大綱的第1級、第2級、第3級、第4級培養(yǎng)目標開展教學活動，其中第1級目標教學在第一階段已基本完成，因此第二階段的主要任務(wù)是強化學生自主學習和團隊協(xié)作的探求式學習方式，促使學生完成一次構(gòu)思、設(shè)計、實施和運作[6]（展示與修改）的CDIO全過程。endprint

（1）構(gòu)思階段（1.5周），在小組協(xié)商討論的基礎(chǔ)上明確團隊人員的項目內(nèi)容，形成對項目的整體構(gòu)思，抽象出系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模型。

（2）設(shè)計階段（2.5周），將第一階段教學活動中的5個教學任務(wù)加以整合，包括硬件系統(tǒng)中元件、芯片的選擇與布局、電路板的PCB設(shè)計和軟件系統(tǒng)中各程序模塊的設(shè)計，形成系統(tǒng)方案即建立數(shù)學模型。

（3）實施階段（2周），這一階段重在培養(yǎng)學生的動手操作能力，也是個人職業(yè)技能與素養(yǎng)的培養(yǎng)鍛煉。第一階段教學活動（第1周至第10周）中的5個任務(wù)的實踐為此打下了基礎(chǔ)，實施階段的教學將進一步將其規(guī)范、強調(diào)，其中包括電路板焊接、讀碼器的使用和系統(tǒng)的運行調(diào)試?？紤]到課堂教學時間的限制，電路板焊接與系統(tǒng)調(diào)試主要作為課外作業(yè)利用課余時間完成。

（4）運作階段（2周），這一階段的主要任務(wù)是項目的展示與修改完善，培養(yǎng)學生工程產(chǎn)品開發(fā)能力。首先組長召集小組成員開展討論交流，根據(jù)系統(tǒng)調(diào)試運行狀況相互點評，各成員據(jù)此改正系統(tǒng)構(gòu)思、設(shè)計中存在的缺陷。然后每位同學在課堂上展示自己的項目并進行簡單闡述，并根據(jù)老師、同學的點評、建議做出必要的改進，進一步提升系統(tǒng)的性能。

6 結(jié)語

CDIO項目與任務(wù)驅(qū)動教學引發(fā)了學生探求知識的興趣和激情，一體化教學形式增強了學生的動手能力，密切了理論與實踐的聯(lián)系，項目小組的構(gòu)建培養(yǎng)了學生團隊協(xié)作與交流能力。特別是通過校企合作平臺所采用的“走出去，請進來”的技術(shù)交流形式，從一名工程技術(shù)人員的角度提升了學生的職業(yè)技術(shù)能力與適應(yīng)社會大系統(tǒng)的能力。在項目設(shè)計、實施過程中，學生設(shè)計的控制系統(tǒng)不僅要保證系統(tǒng)的當前性能，而且要考一些實際環(huán)境的因素。

參考文獻

[1] CDIO initiative，CDIO initiative Homepage[EB/OL].http//www.cdio.org/index15.html.

[2] 馬曉梅，張劍飛，喬付.CDIO模式下高等工程教育的改革與探索[J].計算機教育，2010（12）：34-35.

[3] 楊敏.工程教育改革中教師的角色轉(zhuǎn)換和重新定位[J].中國成人教育，2010（2）：12-13.

[4] 劉蓉.高等教育課程教學改革探索——以工程管理專業(yè)為例[J].長春理工大學學報，2011（5）：128-130.

[5] Bloom B.S：Taxonomy of Eduacational Objectives[M].Handbook1，Newyork：David Makay Co Inc，1996：32-336.

[6] 肖鑫.麻省理工學院本科課程設(shè)置及特點研究[J].湖南師范大學學報，2011（3）：38-39.endprint