OBE理念下基于項目驅(qū)動的單片機原理及應(yīng)用課程教學(xué)改革與實踐

摘 "要 "在工程認證大背景下，以O(shè)BE理念為指導(dǎo)，以項目驅(qū)動為抓手，理論聯(lián)系實際，工程設(shè)計指導(dǎo)實踐，全面進行單片機原理及應(yīng)用課程理論和實踐相關(guān)教學(xué)改革探索。同時進行線上線下教學(xué)資源建設(shè)，使用混合教學(xué)模式彌補學(xué)時不足，使用實際競賽項目補充教學(xué)實例和引導(dǎo)學(xué)生實踐練習(xí)，進一步提高學(xué)生對所學(xué)知識的運用能力和項目開發(fā)能力。綜合來看，單片機原理及應(yīng)用課程教學(xué)改革成效顯著。

關(guān)鍵詞 "OBE理念；項目驅(qū)動；單片機原理及應(yīng)用；教學(xué)改革；實踐教學(xué)

中圖分類號：G642.0 " "文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2024）12-0052-03

0 "引言

成果導(dǎo)向教育（Outcomes-based Education，OBE）理念是以學(xué)習(xí)到產(chǎn)出為過程，以產(chǎn)出引導(dǎo)學(xué)習(xí)的教育理念。OBE理念在1981年由美國Spady率先提出，其基于成果導(dǎo)向的教育理念以驚人的速度獲得教育界認可和應(yīng)用。目前，OBE理念已經(jīng)形成比較完整的理論體系，已成為美國、英國、加拿大等國家教育改革的主流理念，被工程教育專業(yè)認證完全采納[1]。2016年，我國正式成為《華盛頓協(xié)議》成員國后，我國工程教育得到國際實質(zhì)等效。目前國內(nèi)各大高校都在積極開展工程教育專業(yè)認證，這一工作的深入開展對于我國工程技術(shù)領(lǐng)域人才培養(yǎng)模式變革具有重要意義[2]。工程教育專業(yè)認證的核心是基于學(xué)習(xí)產(chǎn)出的教育模式。在此背景下，基于OBE理念的教學(xué)改革與實踐成為當前國內(nèi)教育教學(xué)研究的熱點[3-4]。

淮陰工學(xué)院通信工程專業(yè)2019年通過工程認證，在此背景下，近幾年結(jié)合單片機原理及應(yīng)用理論與實驗課程的教學(xué)以O(shè)BE理念為導(dǎo)向，對基于項目驅(qū)動的單片機原理及應(yīng)用課程教學(xué)進行深入探索和改革實踐，完成相關(guān)教學(xué)資源建設(shè)，教學(xué)效果

顯著。

1 "項目驅(qū)動的理論教學(xué)

不同于原有的平鋪直敘式理論教學(xué)，項目驅(qū)動的理論教學(xué)模式以技術(shù)價值體現(xiàn)為前提，分析課程價值和技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域及實例，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和給出學(xué)習(xí)目標。在理論課程講授之前和初期，結(jié)合行業(yè)技術(shù)需求和企業(yè)產(chǎn)品設(shè)計需求，分析應(yīng)用背景和課程教學(xué)目標，引導(dǎo)學(xué)生認識課程的重要性和學(xué)習(xí)方向。

主要針對高校技術(shù)服務(wù)地域和技術(shù)領(lǐng)域的特點，結(jié)合具體行業(yè)和企業(yè)技術(shù)需求，有針對性地規(guī)劃課程教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)過程。從培養(yǎng)方案的制定、教學(xué)大綱的撰寫和課程教學(xué)計劃的實施，全方位地結(jié)合地區(qū)行業(yè)和企業(yè)的技術(shù)需求。以工程項目實施為背景，以工程項目實施的技術(shù)需求為前提，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，重組教學(xué)資源，校企結(jié)合、理實結(jié)合，全面改革課程教學(xué)內(nèi)容與方法。

具體針對學(xué)校服務(wù)的江蘇北部的智慧農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，針對農(nóng)業(yè)自動化、農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境智能監(jiān)管和農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)的農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)采集與傳輸開展理論教學(xué)改革。具體課程教學(xué)改革與教學(xué)過程設(shè)計思路如圖1所示。

如圖1所示，課程初期進行工程背景引導(dǎo)，舉例分析工程實現(xiàn)方法和技術(shù)需求，細化課程體系結(jié)構(gòu)與工程應(yīng)用關(guān)系及教學(xué)目標，同時明確教學(xué)進度安排和教學(xué)方法。

理論教學(xué)開始后針對工程項目實施過程中的各方面技術(shù)需求和與本門課程的相關(guān)知識點的關(guān)系，由淺入深、從基礎(chǔ)到綜合再到提高和優(yōu)化，逐步開展理論教學(xué)工作。授課知識點的順序安排既著眼于單片機課程的體系結(jié)構(gòu)又著眼于工程項目應(yīng)用前提，以需求為線索，以課程體系結(jié)構(gòu)為限制，全面開展理論教學(xué)。教學(xué)過程中結(jié)合實際應(yīng)用實例，逐步分析、講解和驗證，從而進一步引導(dǎo)學(xué)生開展實踐練習(xí)，對相關(guān)知識和技術(shù)進行驗證和拓展練習(xí)。課程教學(xué)過程中，同時輔以簡單易懂的生活實例對單片機電路結(jié)構(gòu)和程序設(shè)計方法等相關(guān)知識進行感性引導(dǎo)，促進學(xué)生對相關(guān)知識和程序設(shè)計過程進行理解和記憶，讓學(xué)生全面理解和掌握課程全部內(nèi)容。在實踐練習(xí)的幫助下，培養(yǎng)學(xué)生的工程應(yīng)用能力，有助于后續(xù)教學(xué)過程的實施。

2 "項目驅(qū)動的實踐教學(xué)

實踐教學(xué)過程是單片機原理及應(yīng)用教學(xué)過程的一個重要環(huán)節(jié)，是該課程重要的教學(xué)組成部分。因為單片機是計算機，涉及硬件電路的學(xué)習(xí)和程序設(shè)計的學(xué)習(xí)兩方面，都面向設(shè)計的教學(xué)目標。以完成系統(tǒng)硬件電路設(shè)計和程序設(shè)計為目標的特點決定了實踐環(huán)節(jié)的重要性。沒有實踐操作就無法驗證所學(xué)知識的正確性，無法了解自己對知識的掌握程度，無法認知自己對所學(xué)知識的靈活運用能力，學(xué)生無法形成工程應(yīng)用能力。

實踐操作過程所有任務(wù)要求都以工程應(yīng)用為背景，綜合考慮產(chǎn)品性能與需求，合理設(shè)計電路與程序。例如：對LED和數(shù)碼管顯示電路的軟硬件設(shè)計原理及程序設(shè)計要求的講解，可以通過結(jié)合洗衣機、空調(diào)和各種儀器儀表等工程設(shè)計需求開展實踐練習(xí)；定時/計數(shù)器器的實踐練習(xí)可以結(jié)合頻率計、學(xué)習(xí)型遙控器等產(chǎn)品設(shè)計需求開展。為了使學(xué)生有的放矢地練習(xí)和鞏固與拓展相關(guān)的知識和技術(shù)，教學(xué)團隊設(shè)計并制作一套實踐教學(xué)和綜合實訓(xùn)平臺。

如圖2所示，該平臺包括基礎(chǔ)教學(xué)電路板、總線學(xué)習(xí)電路板、擴展電路板和工程實例訓(xùn)練板等?；A(chǔ)教學(xué)電路板用于學(xué)習(xí)和驗證單片機片內(nèi)集成電路的功能和進行相關(guān)電路單元的應(yīng)用練習(xí)與拓展訓(xùn)練。通過實踐階段再借助總線學(xué)習(xí)電路板的實踐練習(xí)，以加強總線系統(tǒng)電路和程序設(shè)計方法的驗證與對比練習(xí)。擴展電路板用于功能擴展學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握計算機系統(tǒng)的總線結(jié)構(gòu)和總線系統(tǒng)的軟硬件關(guān)系及軟硬件設(shè)計方法，為后續(xù)嵌入式系統(tǒng)課程及相關(guān)技術(shù)的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)，也能夠進一步提高其嵌入式系統(tǒng)設(shè)計的工程應(yīng)用能力。使用工程實例訓(xùn)練板開展綜合訓(xùn)練，在訓(xùn)練中對學(xué)生所學(xué)知識和工程應(yīng)用能力進行檢驗和提升，以達到本門課程教學(xué)目標。

3 "競賽項目驅(qū)動教與學(xué)

教學(xué)過程中和課外練習(xí)與綜合訓(xùn)練過程中，結(jié)合學(xué)科競賽內(nèi)容進行任務(wù)布置和考核，主要針對基于單片機系統(tǒng)設(shè)計方面的競賽開展教學(xué)工作，如“藍橋杯”全國電子信息類個人賽等。以競賽項目的實現(xiàn)為練習(xí)目標，強化訓(xùn)練和有針對性指導(dǎo)，既可以提高課程教學(xué)內(nèi)容的掌握程度，加強實踐練習(xí)環(huán)節(jié)，又可以為學(xué)生參加競賽做準備，實現(xiàn)以賽促訓(xùn)、以賽促學(xué)的目的。

注重與課程銜接的基礎(chǔ)理論與技能的培養(yǎng)。本門課程的先修課程C語言程序設(shè)計的教學(xué)過程中全面貫穿嵌入式系統(tǒng)程序設(shè)計應(yīng)用背景，特別是單片機程序設(shè)計的應(yīng)用程序設(shè)計方法講解。同時鼓勵學(xué)生深入學(xué)習(xí)C言編程技巧和實踐運用能力，通過鼓勵和指導(dǎo)學(xué)生參加各級各類程序設(shè)計學(xué)科競賽提高學(xué)生學(xué)習(xí)動力和學(xué)習(xí)效率，從實踐角度提高學(xué)生的程序設(shè)計能力，為后續(xù)單片機等嵌入式系統(tǒng)程序設(shè)計課程的學(xué)習(xí)打好基礎(chǔ)。

在單片機課程教學(xué)過程中，針對“藍橋杯”等單片機類學(xué)科競賽題目開展有針對性的教學(xué)內(nèi)容設(shè)計和實踐任務(wù)安排，使學(xué)生在課程學(xué)習(xí)過程中以比賽具體任務(wù)要求的實現(xiàn)為目標，從實際角度學(xué)習(xí)程序設(shè)計方法和單片機系統(tǒng)綜合設(shè)計中遇到問題的分析和解決方法，提高學(xué)生工程設(shè)計、競賽獲獎的能力，從而提高學(xué)生面向應(yīng)用的單片機綜合系統(tǒng)設(shè)計與優(yōu)化的能力。

鼓勵學(xué)生開展嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用方面更高性能處理器的學(xué)習(xí)。鼓勵學(xué)生參加嵌入式系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域的學(xué)科競賽，進一步提高學(xué)生的工程實踐能力，使學(xué)生能夠根據(jù)工程項目的技術(shù)需求快速學(xué)習(xí)不同系列嵌入式處理器的軟硬件設(shè)計方法，靈活運用嵌入式系統(tǒng)程序設(shè)計方法與技巧完成工程項目的技術(shù)開發(fā)，提高學(xué)生終身學(xué)習(xí)能力和技術(shù)創(chuàng)新能力，為學(xué)生的職業(yè)生涯打下堅實基礎(chǔ)，有助于學(xué)生將來為從事的行業(yè)發(fā)展貢獻力量。

4 項目驅(qū)動的線上線下混合教學(xué)模式改革及資源建設(shè)

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，特別是計算機技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，教學(xué)方法、過程和教學(xué)資源建設(shè)都發(fā)生很大的變革。教學(xué)實施過程不再單一地使用課堂教學(xué)這一形式，線上教學(xué)得以廣泛應(yīng)用。單片機原理及應(yīng)用這門課程是一個實踐性強、設(shè)計能力要求高的課程，因此，在不斷建設(shè)和豐富線下教學(xué)資源的同時也應(yīng)進行全面的線上教學(xué)資源建設(shè)。線下建設(shè)能夠覆蓋全部教學(xué)班級的基礎(chǔ)實驗?zāi)K，確保學(xué)生人手一個實驗平臺，無論課上還是課下，無論是在教室還是在宿舍，都可以進行實踐驗證練習(xí)。同時，能夠減輕疫情等對實踐要求高的課程的不良影響，任課教師可以在學(xué)生無法返校的情況下通過郵寄方式將建設(shè)好的實驗平臺電路郵寄給學(xué)生，使得學(xué)生在家也能夠完成練習(xí)與訓(xùn)練。

使用網(wǎng)絡(luò)課堂資源補充線下教學(xué)由于學(xué)時限制等因素?zé)o法完成或無法詳細講解的相關(guān)內(nèi)容。根據(jù)該課程的工程應(yīng)用背景和相關(guān)訓(xùn)練項目的需求，建設(shè)部分工程設(shè)計接口電路資源介紹和練習(xí)模塊，以擴展學(xué)生知識面，提升學(xué)生的技術(shù)水平和項目開發(fā)能力。另外，為開展學(xué)科競賽和相關(guān)拓展訓(xùn)練，在網(wǎng)絡(luò)課堂上建設(shè)相關(guān)競賽知識與技能講解和分析單元。全面講授競賽平臺的電路結(jié)構(gòu)和各個功能電路的程序設(shè)計方法，為學(xué)生開展競賽訓(xùn)練做好技術(shù)和技能儲備。建設(shè)競賽真題分析講解單元，從省賽到國賽使用教師視頻授課和參賽獲獎選手反哺教學(xué)視頻授課方式進行建設(shè)，進一步為學(xué)生參加競賽并取得好成績做必要的引導(dǎo)與輔導(dǎo)。同時，使用反哺教學(xué)模式進一步引導(dǎo)學(xué)生全面提升項目開發(fā)能力和總結(jié)分析與系統(tǒng)完善的綜合技能。

5 "結(jié)束語

OBE理念是工科專業(yè)特別是電子信息類專業(yè)學(xué)生必不可少的教育教學(xué)導(dǎo)引，單片機原理及應(yīng)用課程近幾年的教學(xué)過程實施和改革都是在OBE理念的指引下進行的。以工程應(yīng)用為抓手，不論理論教學(xué)還是實踐教學(xué)，都貫穿工程設(shè)計實例和生活實例，使學(xué)生學(xué)習(xí)和練習(xí)有目標、有成就感，大幅增強學(xué)生的感性認識和學(xué)習(xí)的積極性與主動性。學(xué)校很好地完成對學(xué)生工程能力培養(yǎng)的教學(xué)目標，使學(xué)生能夠在取得學(xué)科競賽好成績的同時，為將來擇業(yè)和就業(yè)做好充分的知識與能力儲備。

6 "參考文獻

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16.