CDIO—OBE工程教育模式下“單片機課程”教學(xué)改革

雷高偉 劉美 徐小玲

摘 要： 針對目前“單片機課程”教學(xué)中普遍存在的兩大問題：一是帶有諸多弊端的以理論知識學(xué)習(xí)為重點、以教師講授為主要授課方法的傳統(tǒng)教學(xué)模式；二是單一的以平時成績與卷面成績按照一定的比例構(gòu)成的最終成績評價學(xué)生學(xué)習(xí)效果的考核方式，借鑒CDIO工程教育模式中以項目驅(qū)動的教學(xué)方法及OBE中以成果導(dǎo)向教育的評價模式兩大優(yōu)勢構(gòu)成基于CDIO-OBE的教學(xué)評價模式，將其應(yīng)用到單片機課程的教學(xué)當(dāng)中，提高提高教學(xué)質(zhì)量和人才培養(yǎng)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞： CDIO OBE 單片機課程 教學(xué)改革

“單片機課程”是計算機、自動化、測控技術(shù)及電氣等專業(yè)的一門具有綜合性質(zhì)的骨干課程，其支撐基礎(chǔ)課程主要有電路、數(shù)電、模電及C語言等。它與其他專業(yè)課一個明顯的區(qū)別就是具有很強的實踐性，因此它更容易引起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。但是，目前這門課的授課形式并沒有迎合其“強實踐性”這一特點，而是采取傳統(tǒng)的以教師講授為主的授課方式，按照教科書的章節(jié)順序進行授課，這樣的授課模式忽視了這門課的實踐性所帶來的趣味性，因此既抹殺了學(xué)生學(xué)習(xí)這門課的積極性，更對知識點不能有深刻理解。如果能以項目為載體，讓項目完成的全過程貫穿整個學(xué)習(xí)過程，使學(xué)生在“做中學(xué)、學(xué)中做”，充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性與自主性，則整個單片機的學(xué)習(xí)將達到事半功倍的效果[1-2]。CDIO工程教育模式理念的核心就是受到現(xiàn)代工業(yè)產(chǎn)品從構(gòu)思研發(fā)到運行乃至終結(jié)退休的生命全過程的啟發(fā)，以實際項目工程為載體，培養(yǎng)學(xué)生的四大工程能力，包括個人的工程科學(xué)和技術(shù)知識，學(xué)生的終身學(xué)習(xí)能力，團隊交流能力和在社會和企業(yè)環(huán)境下產(chǎn)品、過程和系統(tǒng)的建造能力。這一理念恰好符合“做中學(xué)、學(xué)中做”的思想。

傳統(tǒng)“單片機課程”的“教”與“學(xué)”的模式存在很多不足之處，嚴(yán)重影響教學(xué)質(zhì)量和人才培養(yǎng)質(zhì)量，其不足主要體現(xiàn)在以下幾個方面：（1）整個教學(xué)活動中，老師講授的內(nèi)容嚴(yán)格按照教學(xué)大綱進行組織與設(shè)置問題，造成學(xué)生學(xué)習(xí)的知識相對固定，只局限于課本內(nèi)，思維鍛煉也受到限制，形成老師處于主導(dǎo)地位，學(xué)生只能被牽著鼻子走的局面。而以項目為載體，學(xué)生在完成項目的過程中，會遇到各種各樣的問題，其中有些問題是來自書本之外，這樣就拓寬了知識面，思維也受到更多不同刺激，得到良好的鍛煉。（2）目前單片機課程實驗的設(shè)置，多以驗證性實驗為主，而且都是在實驗室現(xiàn)有的開發(fā)板上進行，而對于真正的單片機項目開發(fā)，這所做的只是其中一個環(huán)節(jié)，真正的單片機項目開發(fā)過程包括需求分析、可行性分析、系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計、硬件設(shè)計、軟件設(shè)計、綜合調(diào)試等。所以整個單片機課程學(xué)完之后，很多學(xué)生對單片機項目開發(fā)的全過程依然沒有清晰的認(rèn)識。（3）考核學(xué)生最終的學(xué)習(xí)效果，多以理論性知識點的卷面形式考試為主，只要學(xué)生考試前一兩周對課本知識點進行充分“背考”，就可以順利通過考試。這樣的考核方式最多能知道學(xué)生知道了什么，完全不知道學(xué)生可以做什么，而且學(xué)生的學(xué)習(xí)動機完全不是基于興趣，只是應(yīng)付考試。

一、以項目為載體，改變教學(xué)方式

CDIO工程教育模式下的項目教學(xué)法與傳統(tǒng)教學(xué)方法相比，主要有三個方面的轉(zhuǎn)變：（1）學(xué)生由圍繞課本學(xué)習(xí)到圍繞項目學(xué)習(xí)；（2）學(xué)習(xí)過程由以教師講授為主到以學(xué)生自學(xué)為主：（3）由記憶、理解知識點到運用、內(nèi)化知識點。

在選擇訓(xùn)練項目時，要注意以下兩點：（1）訓(xùn)練項目不宜太多，要做到少而精，追求“做一件事，做好一件事”的教學(xué)理念，而且選擇的項目要涉及單片機全部的基本知識點。（2）項目的復(fù)雜度要由簡到繁，循序漸進；難易程度要由淺入深，層層推進。因為剛開始，學(xué)生對單片機還比較陌生，感性認(rèn)識和理性認(rèn)識都很淺，所以先選一些訓(xùn)練內(nèi)容單一的項目，然后逐漸過渡到綜合性項目。

將所有項目分為兩類，一類是訓(xùn)練內(nèi)容單一項目，如表1所示一類是綜合性項目。因此項目的實施根據(jù)是單一項目還是綜合項目也分為兩個階段，由于單一項目比較簡單、任務(wù)量較小，因此對于單一項目采取暫時不分組的辦法，以個人為單位完成每個項目，雖然項目簡單，但要求每個學(xué)生都按照單片機項目開發(fā)的一般流程，從需求分析，可行性分析，到最終的綜合調(diào)試逐步完成。其實這也是在為接下來以小組團隊形式完成綜合性項目開發(fā)做準(zhǔn)備，雖然團隊的協(xié)作很重要，但好的團隊也是建立在個人能力基礎(chǔ)之上的，否則，團隊只能是有名無實。

再者從培養(yǎng)人才的角度講，讓每個學(xué)生都成才，才是教育真正的目的所在。每個項目完成之后，都會讓一部分學(xué)生上臺展示自己的作品，并講述其設(shè)計思路、設(shè)計方案及在完成項目的過程中遇到什么問題，然后又是如何解決的，這是一種分享，一種交流，同時鍛煉學(xué)生的表達能力。當(dāng)所有單一項目做完，爭取每個同學(xué)都有上臺的機會。

在第一階段進行完的基礎(chǔ)之上，把所有學(xué)生按三人一組，組成一個項目團隊。每個團隊的成員根據(jù)自己的喜好與特長，選擇在綜合項目開發(fā)過程中的不同角色。能力突出的可以擔(dān)任隊長，負責(zé)整個項目的實施，其他兩位同學(xué)可以分別負責(zé)軟件、硬件的設(shè)計，雖然有分工，但是每一個環(huán)節(jié)的完成，組員之間都可以交流討論，獻計獻策。當(dāng)然，也鼓勵每個團隊的成員都擔(dān)當(dāng)一次隊長，鍛煉自己。每一個項目完成之后，也會像第一階段一樣，讓一些團隊上臺展示自己的作品，和其他團隊的作品進行比較，交流心得體會，取長補短，不斷改進。

表1 訓(xùn)練內(nèi)容單一項目

表2 綜合性項目

二、以成果為導(dǎo)向，改變考核方式

在基于OBE的工程教育模式中對“學(xué)習(xí)成果”給出這樣的定義：學(xué)習(xí)成果是學(xué)生最終取得的學(xué)習(xí)結(jié)果，是學(xué)生通過某一階段學(xué)習(xí)后所能達到的最大能力。從這個定義中，我們看到它注重的不是學(xué)生了解什么、知道什么，而關(guān)心的是學(xué)生能做什么，通過對單片機課程的學(xué)習(xí)，獲得了能做什么的能力[3-4]。本文所提出的考核方式主要是受到OBE工程教育模式中對“學(xué)習(xí)成果”的定義的啟發(fā)，對學(xué)生學(xué)習(xí)結(jié)果的考核分為“小組項目考核”和“理論考試考核”兩部分。

1.小組項目考核。

“小組項目考核”注重的是整個小組運用理論知識解決實際問題的能力，以及團隊成員之間的協(xié)作能力，該考核貫穿整個項目實施的全過程，對各項能力進行客觀評價，以及最終完成項目的質(zhì)量情況、有無創(chuàng)新之處，綜合打分。該成績占整個考核的比重的70%。

2.理論考試考核。

針對“單片機課程”來說，雖然實踐動手能力很重要，但不能矯枉過正，完全忽視理論知識，畢竟理論知識是實踐的基礎(chǔ)，再者對于本科教育來說，掌握理論知識也是進一步深造的基礎(chǔ)，所以有必要對理論知識進行考核，該成績占整個考核的比重的30%。

實行這樣的考核方式還達到了其他效果，比如學(xué)生的出勤率明顯提高，這主要有兩方面原因，一是學(xué)生對動手比較感興趣，相對于枯燥的理論課堂授課更有吸引力；二是他們是以小組為單位，如果是某位同學(xué)缺席，就會對他們這一組的項目進度產(chǎn)生影響。

三、改革效果

1.興趣引導(dǎo)，轉(zhuǎn)被動為主動。

傳統(tǒng)教學(xué)模式通常為教師講授理論知識為主，學(xué)生以記憶和理解抽象知識點為主，教與學(xué)形式單一，枯燥無味，嚴(yán)重挫傷了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性?；贑DIO工程教育理念的教學(xué)模式，是以項目的實施貫穿著整個學(xué)習(xí)過程，學(xué)生在完成項目的過程中，遇到什么問題，就主動想方設(shè)法解決問題，包括有針對性地查找相關(guān)資料、和其他同學(xué)討論及尋求老師的幫助，最后問題得到解決[5]。當(dāng)一個問題通過他們自己的努力得到解決時，他們總是很興奮，更加充滿學(xué)習(xí)動力，極大地激發(fā)了他們進一步學(xué)習(xí)單片機的興趣，這種良性循環(huán)在項目完成過程中不斷得到循環(huán)。

2.知識整合，提高綜合能力。

“單片機課程”是一門以電路、數(shù)電、模電及C語言等專業(yè)基礎(chǔ)課為支撐的綜合性課程。但是這些專業(yè)基礎(chǔ)課之間的聯(lián)系并不那么緊密，學(xué)生學(xué)完這些課程之后，很快就會忘記。CDIO工程教育模式下，單片機的學(xué)習(xí)以完成項目為主線，其中所遇到的問題要得以解決，就要運用到支撐它的專業(yè)基礎(chǔ)課中的知識點，將這些知識點運用到項目中，就像鑲嵌其中一樣，和項目融為一體，而不再是片面的、零碎的知識點。根據(jù)OBE的成果特點，其中一條“成果越接近學(xué)生真實學(xué)習(xí)經(jīng)驗越可能持久存在尤其是經(jīng)過學(xué)生長期廣泛實踐的成果其存續(xù)性更高”可知，這樣習(xí)得的知識記憶得更長久，而且提高了學(xué)生運用知識的綜合能力。

3.分工合作，培養(yǎng)團隊精神。

團隊意識已經(jīng)成為越來越多的企業(yè)在招聘人才時的一項考核內(nèi)容。在現(xiàn)代這個追求高品質(zhì)、高速度的社會，要想高質(zhì)量、快速度地完成一個綜合項目，靠一個人單打獨斗的模式已經(jīng)被淘汰，也幾乎不可能完成[6]。傳統(tǒng)的教學(xué)模式，恰恰忽視了這一能力培養(yǎng)，每個學(xué)生的學(xué)習(xí)過程都是個體單獨完成的?；贑DIO的工程教育模式，學(xué)生以小組形式完成項目，期間他們?yōu)榱私鉀Q一個共同問題進行深入交流，互相學(xué)習(xí)，彼此配合，不知不覺中鍛煉團隊協(xié)作精神。

4.注重實踐，提高動手能力。

“重理論，輕實踐”一直是理工科高等教育傳統(tǒng)教學(xué)模式中的一個普遍現(xiàn)象。老師過于注重理論教學(xué)，學(xué)生為了順利通過考試，把主要經(jīng)歷放到理論知識的學(xué)習(xí)上，單片機課程結(jié)束了，一些學(xué)生連簡單的電路板都不會焊接，更不用說調(diào)試。在CDIO工程教學(xué)理念指導(dǎo)下，始終堅持教學(xué)與實踐一體化，將所學(xué)理論知識通過動手實踐運用到實際項目中，從而提高學(xué)生的實踐動手能力。

四、結(jié)語

借鑒CDIO工程教育模式，以項目為主線培養(yǎng)學(xué)生優(yōu)勢，改革教學(xué)模式，以及OBE基于學(xué)習(xí)結(jié)果培養(yǎng)學(xué)生的特色，改革考核模式，然后綜合兩大教育模式，提出基于CDIO-OBE的教學(xué)模式，使得理論與實踐結(jié)合得更加緊密，改善“單片機課程”傳統(tǒng)教學(xué)模式中“重理論、輕實踐”的狀況。新的考核方式，讓學(xué)生不再只為“分?jǐn)?shù)”學(xué)習(xí)，而是以興趣激發(fā)動力，全身心投入到單片機項目開發(fā)中，形成“做中學(xué)，學(xué)中做”的局面，大大提高教學(xué)質(zhì)量。

參考文獻：

[1]顧佩華，沈民奮，李升平，等.從CDIO到EIP-CDIO：汕頭大學(xué)工程教育與人才培養(yǎng)模式探索[J].高等教育研究，2008（1）：12-20.

[2]康全禮，陸小華，熊光晶.CDIO大綱與工程創(chuàng)新型人才培養(yǎng)[J].高等教育研究學(xué)報，2008（4）：16-18.

[3]顧佩華，胡文龍，林鵬，等.基于“學(xué)習(xí)產(chǎn)出”（OBE）的工程教育模式——汕頭大學(xué)的實踐與探索[J].高等工程教育研究，2014（1）：27-37.

[4]邱劍鋒，朱二周，周勇，等.OBE教育模式下的操作系統(tǒng)課程教學(xué)改革[J].計算機教育，2015（12）：28-34.

[5]王芳楷.基于CDIO的單片機課程教學(xué)研究[J].廣東輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2012，11（1）：34-36.

[6]張翼成，劉美，王濤.CDIO模式下“單片機原理及應(yīng)用”課程教學(xué)改革[J].計算機教育，2012（23）：90-93.

基金項目：2014廣東省高等教育教改項目（GDJG 20142405）。

通訊作者：徐小玲