基于CDIO理念的汽車單片機(jī)課程設(shè)計(jì)改革與實(shí)踐

張瑞賓 吳靈芳 覃維獻(xiàn) 鄧?yán)?/p>

【摘 要】針對(duì)目前高校汽車單片機(jī)課程設(shè)計(jì)教學(xué)中存在的問題，以CDIO教育理念為指導(dǎo)方向，以工程項(xiàng)目為主線，構(gòu)建汽車單片機(jī)課程設(shè)計(jì)改革與實(shí)踐方案，有效地培養(yǎng)了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、信息分析綜合能力、創(chuàng)新意識(shí)、動(dòng)手能力、表達(dá)能力和團(tuán)隊(duì)合作精神。

【關(guān)鍵詞】汽車單片機(jī) ?課程設(shè)計(jì) ?CDIO

【中圖分類號(hào)】G ?【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A

【文章編號(hào)】0450-9889（2015）12C-0067-02

近年來，隨著國(guó)際工程教育改革的不斷深入，CDIO工程教育模式應(yīng)運(yùn)而生。其中，C（Conceive）構(gòu)思，主要包括商業(yè)計(jì)劃、發(fā)展理論、技術(shù)程序制訂和市場(chǎng)需求分析，企業(yè)戰(zhàn)略及規(guī)則制度建立;D（Design）設(shè)計(jì)，主要包括工程進(jìn)度及實(shí)施方案設(shè)計(jì)制訂等;I（Implement）實(shí)現(xiàn)，主要指將設(shè)計(jì)方案轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品成果的過程，包括設(shè)計(jì)方案的確認(rèn)、程序編碼、樣品測(cè)試及成品制造;O（Operate）運(yùn)作，主要指對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)、修訂和淘汰，對(duì)產(chǎn)品前期程序進(jìn)行評(píng)估的過程。CDIO工程教育模式的核心理念來源于工程產(chǎn)品系統(tǒng)的生命周期，其核心思想是強(qiáng)調(diào)學(xué)生掌握扎實(shí)的工程基礎(chǔ)理論及專業(yè)知識(shí)，在此基礎(chǔ)上將教育過程運(yùn)用到工程實(shí)踐的具體領(lǐng)域中，整個(gè)人才培養(yǎng)過程注重團(tuán)隊(duì)協(xié)作和創(chuàng)新能力訓(xùn)練，為培養(yǎng)新一代高水平、高素質(zhì)的工程師打下扎實(shí)的基礎(chǔ)。

根據(jù)桂林航天工業(yè)學(xué)院汽車服務(wù)工程專業(yè)和車輛工程專業(yè)課程特點(diǎn)和人才培養(yǎng)方向，并結(jié)合用人單位人才需求標(biāo)準(zhǔn)，融合CDIO課程教學(xué)大綱，借鑒CDIO檢驗(yàn)測(cè)評(píng)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)教學(xué)大綱進(jìn)行整合，設(shè)計(jì)出更具實(shí)踐性、合理性、針對(duì)性的汽車單片機(jī)課程設(shè)計(jì)項(xiàng)目，將所要學(xué)習(xí)的知識(shí)巧妙地隱含在項(xiàng)目任務(wù)之中，引導(dǎo)學(xué)生邊學(xué)邊做，獨(dú)立或協(xié)作完成相應(yīng)的項(xiàng)目學(xué)習(xí)任務(wù)。項(xiàng)目通過1年的研究和實(shí)踐，逐步形成一套切實(shí)可行的有利于學(xué)生工程實(shí)踐能力提高的人才培養(yǎng)模式。

一、傳統(tǒng)的汽車單片機(jī)課程設(shè)計(jì)中存在的問題

汽車單片機(jī)課程設(shè)計(jì)是汽車服務(wù)工程專業(yè)的一門獨(dú)立專業(yè)實(shí)踐課。從學(xué)科性質(zhì)上看，它是一門專業(yè)理論和專業(yè)技能結(jié)合的綜合實(shí)踐課程;其任務(wù)是使學(xué)生獲得就業(yè)前必備的綜合專業(yè)技能，為學(xué)生走上工作崗位打下良好的專業(yè)基礎(chǔ)。傳統(tǒng)的汽車單片機(jī)課程設(shè)計(jì)采用的是在現(xiàn)成的PCB電路板上完成元器件焊接組裝調(diào)試等任務(wù)，這種模式存在以下問題：

（一）課程設(shè)計(jì)題目選擇缺少針對(duì)性

交通燈控制電路，搶答器控制電路，電子鐘控制電路等傳統(tǒng)的單片機(jī)題目，對(duì)汽車專業(yè)的學(xué)生來講針對(duì)性不強(qiáng)，沒有將單片機(jī)技術(shù)與汽車電子控制技術(shù)有機(jī)結(jié)合起來，不利于學(xué)生對(duì)課本上控制原理的理解與掌握，沒有達(dá)到“學(xué)以致用”的目的。

（二）課程設(shè)計(jì)教學(xué)模式缺少創(chuàng)新性

由于學(xué)生沒有參與電路板的設(shè)計(jì)，而是在PCB電路板上直接焊接組裝成套器件，這種機(jī)械式的實(shí)踐模式，不利于學(xué)生對(duì)汽車電子控制產(chǎn)品設(shè)計(jì)和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，不利于今后從事產(chǎn)品的開發(fā)和技術(shù)革新，沒有達(dá)到“融會(huì)貫通”的目的。

（三）課程設(shè)計(jì)能力培養(yǎng)缺少全面性

由于缺少PCB電路板設(shè)計(jì)制作環(huán)節(jié)，學(xué)生無法從源頭了解掌握現(xiàn)代電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造技術(shù)，并且對(duì)所焊接出的電路板進(jìn)行調(diào)試與故障分析時(shí)，往往都會(huì)束手無策，完全依賴?yán)蠋?，這樣不利于培養(yǎng)學(xué)生分析和解決問題的能力，沒有達(dá)到“追本溯源”的目的。

二、基于CDIO理念的課程設(shè)計(jì)改革與實(shí)踐

綜上所析，傳統(tǒng)的汽車單片機(jī)課程設(shè)計(jì)的培養(yǎng)模式不能有效提高學(xué)生設(shè)計(jì)、創(chuàng)新以及分析解決問題的能力，因此基于CDIO理念，以項(xiàng)目的“C構(gòu)思-D設(shè)計(jì)-I實(shí)現(xiàn)-O運(yùn)行”的全生命周期為導(dǎo)向，如圖1所示方案對(duì)汽車單片機(jī)課程設(shè)計(jì)進(jìn)行改革與實(shí)踐。

圖1 汽車單片機(jī)課程設(shè)計(jì)改革與實(shí)踐方案

（一）培養(yǎng)學(xué)生構(gòu)思能力

在題目的選擇上具有涵蓋性，面向汽車電子控制系統(tǒng)多方面的單片機(jī)應(yīng)用，學(xué)生能夠完成整個(gè)知識(shí)體系的學(xué)習(xí);具有完整性，每一個(gè)項(xiàng)目都是一個(gè)完整的單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開發(fā)，學(xué)生能夠通過該項(xiàng)目的學(xué)習(xí)，實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)踐相結(jié)合;具有設(shè)計(jì)性，能讓學(xué)生舉一反三，以達(dá)到某一控制功能為目標(biāo)，采用不同的設(shè)計(jì)方法;具有創(chuàng)新性，根據(jù)題目要求利用課本所學(xué)知識(shí)自由發(fā)揮;具有趣味性，貼近實(shí)際，能夠調(diào)動(dòng)學(xué)生對(duì)汽車電子控制相關(guān)知識(shí)的學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生主動(dòng)完成知識(shí)的學(xué)習(xí)。根據(jù)以上原則，確定出課程設(shè)計(jì)題目如表1所示。課程設(shè)計(jì)開始之前，提前一個(gè)月公布課程設(shè)計(jì)題目，通過適當(dāng)?shù)陌才藕徒M織，學(xué)生可根據(jù)題目組成5-6人的團(tuán)隊(duì)，并且給各團(tuán)隊(duì)充分的自由，讓團(tuán)隊(duì)成員集思廣益，提出題目構(gòu)成想法，并可參考指導(dǎo)老師的建議共同完善。由于構(gòu)思時(shí)間充分，團(tuán)隊(duì)成員群策群力，最后在課程設(shè)計(jì)開始時(shí)可得到最佳的項(xiàng)目方案。

表1 汽車單片機(jī)課程設(shè)計(jì)題目

編號(hào) 題目名稱

1 汽車車窗控制電路設(shè)計(jì)

2 汽車車燈控制電路設(shè)計(jì)

3 汽車發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火模型控制電路設(shè)計(jì)

4 汽車發(fā)動(dòng)機(jī)噴油模型控制電路設(shè)計(jì)

5 汽車發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量電路設(shè)計(jì)

6 汽車?yán)鋮s液溫度測(cè)量電路設(shè)計(jì)

（二）培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計(jì)能力

在確定題目方案后，就要根據(jù)題目對(duì)相應(yīng)控制電路進(jìn)行具體設(shè)計(jì)。首先利用 Proteus 和 Keil 兩款軟件的聯(lián)調(diào)來完成控制電路的仿真設(shè)計(jì)，雖然能看到虛擬仿真的運(yùn)行結(jié)果，但是仿真環(huán)境過于理想化，許多電路設(shè)計(jì)出現(xiàn)的實(shí)際問題在仿真中是遇不到的，理想仿真結(jié)果與產(chǎn)品實(shí)際的運(yùn)行結(jié)果之間存在很大偏差。為了有效避免仿真設(shè)計(jì)的缺陷，利用實(shí)驗(yàn)室的單片機(jī)開發(fā)板實(shí)現(xiàn)硬件電路的設(shè)計(jì)與調(diào)試，這樣大大提高了設(shè)計(jì)效率。

（三）培養(yǎng)學(xué)生實(shí)現(xiàn)能力

所設(shè)計(jì)的電路在仿真軟件及硬件開發(fā)板運(yùn)行通過后，在PROTEL軟件上繪制控制電路原理圖并生成相應(yīng)的PCB文件圖打印出來，利用制板機(jī)將PCB圖轉(zhuǎn)印在銅板上，使用鹽酸和雙氧水等腐蝕劑對(duì)銅板進(jìn)行腐蝕，利用鉆孔機(jī)對(duì)電路板打孔，并將事先準(zhǔn)備好的元器件手工焊接在電路板上。這一環(huán)節(jié)使學(xué)生能夠正確識(shí)別和使用元器件，掌握了手工制板并進(jìn)行相應(yīng)電氣連接，按照電路功能模塊進(jìn)行調(diào)試，能夠有效分析和排除相應(yīng)故障，最終實(shí)現(xiàn)題目相應(yīng)功能。

（四）培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)作能力

在完成題目要求的設(shè)計(jì)任務(wù)后，也要做好軟硬件實(shí)物的展示工作，課題項(xiàng)目負(fù)責(zé)人作為主講人，團(tuán)隊(duì)成員協(xié)助課題演示，對(duì)題目的設(shè)計(jì)方案、研究思路、關(guān)鍵技術(shù)、工作原理、研究成果、存在的問題等內(nèi)容等進(jìn)行公開匯報(bào)，在此過程中，指導(dǎo)老師及其他同學(xué)可以不時(shí)提問，這樣互動(dòng)問答可以鞏固學(xué)生對(duì)相關(guān)知識(shí)的理解和綜合運(yùn)用能力。

三、課程設(shè)計(jì)改革的實(shí)施效果

對(duì)汽車單片機(jī)課程設(shè)計(jì)改革方案我們實(shí)施了一年，新方案得到我院2012級(jí)汽車服務(wù)工程本科專業(yè)學(xué)生的支持和歡迎，取得了很好的教學(xué)效果。

激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，他們主動(dòng)參與熱情非常高，在整個(gè)課程設(shè)計(jì)期間實(shí)驗(yàn)室使用率非常高，學(xué)生考勤率很好，特別是當(dāng)其作品通過驗(yàn)收后，學(xué)生充滿成就感，圖2為汽車車燈控制電路實(shí)物作品。

在本課程設(shè)計(jì)要求學(xué)生利用單片機(jī)完成與汽車電子控制技術(shù)相關(guān)實(shí)用電路的設(shè)計(jì)，通過在Proteus軟件及實(shí)驗(yàn)開發(fā)板上進(jìn)行試做調(diào)試成功后，再進(jìn)行印制電路的設(shè)計(jì)制作并完成產(chǎn)品的裝配、調(diào)試、檢測(cè)，從中對(duì)學(xué)生進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制作、工藝等方面的一系列綜合訓(xùn)練。

圖2 ?汽車車燈控制電路實(shí)物作品

【參考文獻(xiàn)】

[1]朱向慶，胡均萬，增輝，等.工程教育模式的微型項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)法研究[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2012，29（11）

[2]曹海平，管圖華.基于CDIO理念的電工電子實(shí)訓(xùn)教學(xué)改革與實(shí)踐[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2013，32（1）

【基金項(xiàng)目】2015年度廣西教育廳教改B類項(xiàng)目（2015JGB436）;2014年度廣西高等教育教學(xué)改革工程項(xiàng)目（2014JGZ152）;2014年度廣西壯族自治區(qū)教育廳立項(xiàng)項(xiàng)目（LX2014466）;2013年度桂林航天工業(yè)學(xué)院校級(jí)教學(xué)改革研究項(xiàng)目（2013JB11）

【作者簡(jiǎn)介】張瑞賓，男，陜西咸陽人，桂林航天工業(yè)學(xué)院汽車與交通工程學(xué)院講師，工學(xué)碩士，研究方向：汽車電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)，汽車電子控制技術(shù)，微電子封裝可靠性，特種加工技術(shù)與設(shè)備。

（責(zé)編 丁 夢(mèng)）