CDIO工程教育理念下單片機應用技術課程的研究與實踐

邱丹 熊小娟

[摘 要] 針對目前“單片機應用技術”課程的教學特點，結合CDIO工程教育理念和教育模式，提出一種新的教學思路。在明確了課程的知識、能力、素質培養(yǎng)的目標下，以典型案例為載體，遵循實際工程項目開發(fā)流程，對單片機應用技術課程進行整體設計，并構建了基于CDIO工程教育理念下的教學模式和評價體系。結果表明，基于CDIO理念的教學模式極大地提高了學生學習的主動性和積極性，更好地激發(fā)了學生的創(chuàng)新思維，增強了學生的應用能力和職業(yè)能力。

[關 鍵 詞] CDIO；單片機；教學模式；評價體系

[中圖分類號] G712 [文獻標志碼] A [文章編號] 2096-0603（2019）02-0102-02

一、引言

單片機應用技術課程是高等院校很多工科專業(yè)，如機電、電子、控制、自動化等專業(yè)的一門必修課，是一門綜合性很強的課程。開發(fā)單片機應用系統(tǒng)除了要有單片機的專業(yè)知識外，還需要學生具有比較扎實的硬件電路設計能力、較強的動手實踐能力和掌握編程的基本方法，這對剛剛開始學習相關專業(yè)知識的學生來說是比較困難的。同時，單片機應用技術課程又是一門實踐性很強的課程，需要大量的實踐環(huán)節(jié)作為理論知識的有益補充，目前提供的實踐活動大多停留在對理論知識的驗證上，案例老套、創(chuàng)造性缺乏，使學生的認知大多停留在對書本的闡述，教學效果不盡如人意。因此，提高課堂教學質量，強化學生實踐能力是教學急需改進的問題

國際先進的CDIO是一整套工程教育理念和實施體系，代表著構思（Conceive）、設計（Design）、實施（Implement）和運行（Operate），強調的是學生在工程背景環(huán)境下進行的理論知識和實踐技能的學習，在很多國外高校中得到實踐并取得了理想成果。在高等院校尤其是高職院校的學生培養(yǎng)過程中往往會存在實踐教學脫離實際工程、學生缺乏工程思維和協(xié)作能力等問題，若能將實際工程中產(chǎn)品研發(fā)到產(chǎn)品運行的生命周期作為課堂的載體，構建項目化教學，引入CDIO的教育理念，勢必能加強教學內(nèi)容與工作場景的關聯(lián)性和貼近度。本文依據(jù)高職院校人才培養(yǎng)的能力要求，以項目實踐為驅動，在單片機技術課程中融入CDIO工程教育理念，探索和實踐CDIO理念在課程教學中的應用。

二、單片機應用技術的教學特點

單片機控制系統(tǒng)的開發(fā)是學習單片機應用技術課程的最終目的，也是開發(fā)人才需要具備的專業(yè)能力，除了要有扎實的學科和專業(yè)基礎知識，更需要具備技術與工程實踐能力，這樣在實際應用系統(tǒng)開發(fā)項目時才能思路清晰，更有效地提升自身解決實際問題的能力。

（一）體系復雜，綜合性強

單片機應用技術是硬件電路設計和軟件程序編寫相結合的產(chǎn)物，它融合了電路設計、編程技術、智能控制、數(shù)據(jù)通信等多種技術，是一門多學科的交叉課程。具體涉及數(shù)字電路、模擬電路、C語言程序設計、接口技術、傳感器與檢測等多門前導課程，通過應用能關聯(lián)到機電、控制、電子等專業(yè)的相關課程，因此需要與諸多課程相融合，綜合性強。

（二）理論系統(tǒng)，實踐性強

單片機應用技術課程主要是講授單片機控制系統(tǒng)的開發(fā)，是一門實踐性很強的專業(yè)課程，以單片機在系統(tǒng)中的應用為中心，以微型控制系統(tǒng)為主線，進行軟硬件協(xié)同設計，這就決定了單片機應用技術課程需要理論與實踐緊密結合、側重于動手實踐能力培養(yǎng)的特點，所以，實踐教學是單片機應用技術課程的重要環(huán)節(jié)，是培養(yǎng)學生實踐能力的關鍵。

（三）發(fā)展迅速，更新較快

單片機應用技術的發(fā)展非常迅速，其新理論和新應用也在不斷變化，這就要求單片機應用技術課程要密切跟蹤相關知識的前沿技術，授課教師要有效地結合課程教學大綱結構更新教學內(nèi)容，將教學融入真正的實踐領域。

三、基于CDIO理念的教學模式和評價體系

（一）基于項目式驅動的探究式教學模式

單片機應用技術課程采用“學中做、做中學、邊學邊做”項目式驅動的教學模式，以8路搶答器、簡易密碼鎖和數(shù)碼管的動態(tài)顯示設計這三大模塊作為教學項目的載體，將課程內(nèi)容進行整合，按產(chǎn)品的生命周期過程要求和引導學生進行相關知識學習和項目設計實踐。該教學模式需要教師先整合項目中所包含的教學內(nèi)容，思考采用怎樣的教學方法和手段，如何激發(fā)學生的興趣點，引入什么樣的圖片、視頻，再通過仿真軟件演示出項目執(zhí)行的結果等方式，給學生一個直觀明確的認識，然后學生以該項目為載體，按照發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的邏輯順序進行構思、設計、實施和運行。通過上面的過程學生不僅可以獲得項目中的工程基礎知識，還能得到實踐鍛煉，體驗工程問題的解決過程。

在課程教學規(guī)劃和設計中需要根據(jù)企業(yè)所需人才的實際要求，讓學生參與到教學規(guī)劃的整個過程，激發(fā)學生的自主意識，增強主觀能動性。同時也會請學生通過教學設計過程提出并總結適合自己的學習方法和經(jīng)驗，提升學生的責任感，加強學生間的協(xié)作能力，促進CDIO教育理念和理論教學的進一步融合。

單片機應用的開發(fā)人才需要具備較強的工程實踐能力，僅僅有理論知識是遠遠不夠的，需要技術人員在理論知識的指導下具有分析問題、解決問題的能力，傳統(tǒng)“理論+實驗”的教學方式已遠遠不能滿足人才的培養(yǎng)需求，理論化、知識化的教學思路也要逐步轉向應用性、實踐性，重視培養(yǎng)學生的實踐能力和創(chuàng)新能力。本課程遵循CDIO工程教育理念，不論是課程的培養(yǎng)目標還是課程體系的設計以及采用的教學模式，都是從宏觀的人才培養(yǎng)角度設計的。課程以典型項目案例為載體，力爭學習過程和項目開發(fā)過程保持一致，項目在設計過程中不僅考慮到基本理論知識的學習要求，同時也突出了CDIO工程教育模式中項目引領的特點，采用“知識點分解、小項目→大項目、逐層遞進”的教學方式構建整體教學設計。下面以“數(shù)碼管的動態(tài)顯示設計”項目為例來說明，如下圖所示。

如上圖所示，在教學設計過程中將四名左右不同個性特點的學生編為一組，組成若干個學習小組，各組均開展項目設計。每組選擇一位親和力強、做事嚴謹細致的學生作為組長，負責教師和同學之間的溝通，每位學生分配不同的工作任務，例如有的學生負責硬件電路設計、有的學生負責軟件系統(tǒng)編程等，并且具體任務可以再細化，如軟件編程的任務由大模塊分解成小模塊，由不同學生完成，最后大家聯(lián)合起來整體調試。教師統(tǒng)一講解項目相關的基本知識點，然后引導小組按照實際工程的運作流程來進行項目規(guī)劃的制訂、工作計劃的細化和工作任務的完成。當項目階段性完成時，教師組織各小組成員進行經(jīng)驗交流，總結工作中的得失、經(jīng)驗和各自的感悟，提高學生的實際工作能力和協(xié)調溝通能力。

（二）多樣化考核的評價體系

傳統(tǒng)的單片機應用技術課程考核都是以筆試卷面成績?yōu)橹?，學生往往只是在考試之前做理論知識復習，實踐能力的考核較難體現(xiàn)，對課程的掌握程度不容易真實反映出來。借鑒CDIO工程教育的項目評價方法，根據(jù)每個項目的知識點和難易程度安排實踐考核內(nèi)容，構建分項目、分階段、多樣化的考核評價體系。以學生在項目運行過程中的課堂研討表現(xiàn)、項目設計合理性、項目設計報告、項目答辯匯報的各項成績?yōu)橐罁?jù)，進而給出一個綜合評價的實踐成績，使成績能合理反映學生的綜合素質和能力。

四、結論

遵循CDIO工程教育模式的要求，筆者構建了單片機應用技術課程項目一體化教學實踐體系。通過引入CDIO工程教育理念，完成了基于項目式驅動的探究式教學模式的構建，并采用了分項目、分階段、多維度的評價體系。在教學實際過程中以工程實踐案例為載體進行整體教學設計，將以教師為主的“聽中學”的消極學習模式改進為以學生為主的“做中學”的積極學習模式，顯著提升了學生對單片機應用技術的學習興趣，對課程教學質量的提高起到了決定性作用。新的教學模式的采用大大提高了學生課堂的出勤率、課堂參與性和項目完成度，并在學生后期的學科競賽、畢業(yè)設計及相關就業(yè)能力方面都取得了積極直觀的效果。相信隨著教學改革的進一步深入，基于CDIO工程教育理念的創(chuàng)新型培養(yǎng)模式能更有效地促進高職課程建設水平的提高，培養(yǎng)出更適應實踐工程的優(yōu)秀應用型人才。

參考文獻：

[1]林藝真.CDIO高等工程教育模式探析[J].哈爾濱學院學報，2008（4）.

[2]田海梅，朱保平，陳愛萍.基于CDIO模式的綜合項目改革的實踐[J].實驗技術與管理，2011（4）.

[3]郭俐.CDIO工程教育模式下SQL Server應用技術課程的建設研究[J].新課程研究（中旬刊），2016（4）.

[4]馬衍坤，劉健，劉澤功，等.CDIO工程教育理念在“安全經(jīng)濟學”課程實踐教學中的應用[J].中國地質教育，2016（4）.

編輯 馬燕萍