淺析基于CDIO工程教育理念的高職單片機課程教學(xué)改革

徐航

【摘 要】高職單片機課程是一門綜合性和實踐性很強的專業(yè)核心課，注重學(xué)生軟硬件綜合設(shè)計能力和工程應(yīng)用能力的培養(yǎng)。基于CDIO工程教育理念的課程教學(xué)改革必須從制定適應(yīng)技術(shù)發(fā)展的課程教學(xué)目標(biāo)，構(gòu)建跨學(xué)科的一體化教學(xué)體系和突破傳統(tǒng)課堂的時空限制等方面推進，培養(yǎng)具有扎實軟硬件知識基礎(chǔ)并具備較強工程實踐能力的單片機人才。

【關(guān)鍵詞】CDIO；單片機；教學(xué)改革

《單片機技術(shù)與應(yīng)用》是一門融合電子技術(shù)與計算機技術(shù)、軟硬件緊密結(jié)合的綜合性專業(yè)課，是培養(yǎng)機電類學(xué)生軟硬件綜合設(shè)計能力和工程應(yīng)用能力的核心專業(yè)課程。《單片機技術(shù)與應(yīng)用》課程的改革一直是機電類專業(yè)教學(xué)改革的一個重點。

隨著計算機技術(shù)和電子技術(shù)的高速發(fā)展和快速融合，單片機在消費、生產(chǎn)各個領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛。單片機產(chǎn)品的設(shè)計開發(fā)和工程應(yīng)用能力得到用人單位的廣泛重視，具有扎實軟硬件知識基礎(chǔ)并具備較強工程實踐能力的學(xué)生越來越受到企業(yè)青睞。

1 高職單片機課程教學(xué)現(xiàn)狀

（1）當(dāng)前的教學(xué)模式

經(jīng)過近些年的改革，傳統(tǒng)的圍繞著單片軟硬件知識進行教條式教學(xué)的方式已經(jīng)被絕大多數(shù)高職院校摒棄，項目式、任務(wù)驅(qū)動式的教學(xué)模式已經(jīng)成為目前的主流。學(xué)生通過完成具體的項目或者任務(wù)，在實踐中學(xué)習(xí)操作技能和相關(guān)的理論知識。相比之前的教條式教學(xué)，項目化教學(xué)確實是一種進步，但是隨著教學(xué)改革的深入，我們發(fā)現(xiàn)目前的項目化教學(xué)還存在不少弊端。目前項目的設(shè)計上還是圍繞著單片機的功能模塊和知識點來進行，項目之間的知識模塊獨立，系統(tǒng)性不強。項目的功能上與實際的產(chǎn)品或者工程項目存在較大差別。理論知識和實踐技能分散在各個項目的具體任務(wù)中，聯(lián)系不夠緊密，學(xué)生的思維容易單一，缺乏系統(tǒng)性、多方位的思考，分析和解決工程問題的能力得不到培養(yǎng)，工程素質(zhì)難以養(yǎng)成。

（2）教學(xué)實踐與工程實際差別較大

目前的高職單片機教學(xué)還是通過仿真軟件和單片機開發(fā)板等實訓(xùn)裝置來進行實踐教學(xué)的。學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中，往往就獨立的電路功能模塊進行理論與實踐相結(jié)合的學(xué)習(xí)，對基于單片機的系統(tǒng)開發(fā)沒有完整的概念。學(xué)校里單獨的單片機仿真環(huán)境或者獨立的單片機實驗裝置與企業(yè)里實際的工程開發(fā)環(huán)境存在較大差異，學(xué)生的專業(yè)素質(zhì)與企業(yè)崗位要求還有一定距離，無法無縫對接。

例如基于單片機控制的十字路口交通燈控制系統(tǒng)，目前的項目化教學(xué)可能只是局限于紅綠黃三色LED控制的實現(xiàn)。而現(xiàn)實中的系統(tǒng)還涉及數(shù)碼管倒計時顯示、開關(guān)按鈕、電力控制及繼電器控制等內(nèi)容，對于交通燈控制系統(tǒng)與違章拍照系統(tǒng)的接口設(shè)計、手動控制面板的設(shè)計，學(xué)生就很難進行把握了。而這些都是工程實踐中需要面對的現(xiàn)實考慮，特別是現(xiàn)實環(huán)境中對單片機工作的干擾因素、成本控制、標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計、元器件選型、PCB尺寸空間要求及穩(wěn)固裝置設(shè)計等要求，都很難在實踐教學(xué)中體現(xiàn)出來。

（3）知識綜合應(yīng)用能以實現(xiàn)，綜合性項目無法開展

單片機系統(tǒng)的開發(fā)涉及到了電子技術(shù)、計算機技術(shù)、傳感器技術(shù)等多門學(xué)科的知識，軟硬件設(shè)計聯(lián)系緊密，學(xué)生普遍感到學(xué)習(xí)難度大。特別是單片機系統(tǒng)的各種接口技術(shù)、外部拓展電路以及軟硬件高度結(jié)合的編程。這些內(nèi)容很難在常規(guī)課堂教學(xué)中展開，理論教學(xué)和實踐操作融合不好，教學(xué)效果差強人意。目前解決這個問題的做法是安排一些綜合性的實踐項目。綜合性的實踐項目提高了學(xué)生的參與意識，加強了學(xué)生的動手能力，但是教學(xué)場所和課時量的限制使得學(xué)生往往只能進行驗證性的操作，對整個項目的把握還不夠，無法完全吃透。學(xué)生受到知識面的限制，對單片機系統(tǒng)的構(gòu)建往往只能按照老師預(yù)設(shè)的設(shè)計進行按部就班的重復(fù)，缺乏自己的系統(tǒng)化思考，綜合運用專業(yè)知識解決工程問題的能力得不到鍛煉，學(xué)習(xí)的主動性和創(chuàng)造性都存在問題，工程素養(yǎng)的養(yǎng)成更是困難。

2 基于CDIO工程教育理念的單片機教學(xué)改革

打破傳統(tǒng)，探索一種能夠較好培養(yǎng)學(xué)生工程應(yīng)用能力和系統(tǒng)化思維的教學(xué)模式，提高單片機課程教學(xué)質(zhì)量以適應(yīng)企業(yè)對單片機人才所提出來的要求是單片機課程改革的方向。CDIO教育模式是以工程產(chǎn)品構(gòu)思、設(shè)計、實施、運行的生命周期為主線，引導(dǎo)學(xué)生主動地在實踐中進行跨課程的知識學(xué)習(xí)和技能訓(xùn)練，強調(diào)學(xué)生工程基礎(chǔ)知識、個人能力、團隊能力和工程系統(tǒng)能力的培養(yǎng)。CDIO模式與目前高職院校普遍采用的項目式教學(xué)都是以產(chǎn)品的生產(chǎn)服務(wù)生命周期為教學(xué)載體，強調(diào)“基于項目的學(xué)習(xí)”和“做中學(xué)”。

（1）CDIO工程教育理念

CDIO是Conceive（構(gòu)思）、Design（設(shè)計）、Implement（實施）、Operate（運行）四個英文單詞的縮寫。“構(gòu)思”是指在綜合考慮客戶需求、技術(shù)實現(xiàn)、企業(yè)制度和戰(zhàn)略的基礎(chǔ)上，不斷改進產(chǎn)品概念、技術(shù)和商業(yè)計劃；“設(shè)計”是指在構(gòu)思的基礎(chǔ)上制定開發(fā)產(chǎn)品所需的計劃、方案和技術(shù)細節(jié)；“實施”就是將之前的設(shè)計轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)品的過程，包括軟硬件生產(chǎn)、調(diào)試、檢驗等過程；“運行”值對現(xiàn)有產(chǎn)品的升級優(yōu)化、維護更新等。CDIO工程教育模式，能夠讓學(xué)生在課程之間主動、有機的學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)的過程是在產(chǎn)品從構(gòu)思到運行的整個生命周期中實踐完成的。學(xué)生在此過程中積累個人技術(shù)、熟練職業(yè)技能、培養(yǎng)工程素質(zhì)。

（2）改革策略

基于CDIO工程教育理念的高職單片機課程教學(xué)改革必須樹立“做中學(xué)”的理念，對教學(xué)模式進行逐層探索。在培養(yǎng)目標(biāo)上，應(yīng)該根據(jù)單片機人才的崗位需求，明確課程定位和課程教學(xué)目標(biāo)；在教學(xué)體系上，應(yīng)該以產(chǎn)品為載體，構(gòu)建跨學(xué)科的一體化教學(xué)體系；在教學(xué)實施上，利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)突破課堂時空限制，翻轉(zhuǎn)傳統(tǒng)課堂。

1）制定適應(yīng)技術(shù)發(fā)展的課程教學(xué)目標(biāo)

隨著電子技術(shù)、計算機技術(shù)、通信技術(shù)和傳感器技術(shù)的發(fā)展和融合，市場對單片機人才的要求在不斷變化。單片機課程的教學(xué)目標(biāo)應(yīng)該依據(jù)技術(shù)升級情況和崗位需求變化，制定出相應(yīng)的知識、能力和素質(zhì)目標(biāo)。學(xué)生的專業(yè)知識面要寬，深度夠用即可，專業(yè)技術(shù)要新，實用性要強。強化實踐教學(xué)，通過循序漸進的技能訓(xùn)練和系統(tǒng)性思維訓(xùn)練，提升學(xué)生專業(yè)技能和工程素養(yǎng)。

2）構(gòu)建跨學(xué)科的一體化教學(xué)體系

單片機開發(fā)涉及到了多門課程的知識，按照CDIO構(gòu)建一體化課程體系的流程，應(yīng)當(dāng)以核心課程為主、支撐性課程為輔，依據(jù)產(chǎn)品開發(fā)流程來整合課程資源，創(chuàng)新課程教學(xué)體系。讓學(xué)生吸收較多的信息，拓寬其專業(yè)知識面和視野，促進其多角度分析解決問題能力的提升。在實踐教學(xué)中強化實踐創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，追蹤技術(shù)發(fā)展，動態(tài)更新實踐教學(xué)內(nèi)容，盡量與工作崗位掛鉤，以工程項目的實施過程為主線貫穿課程設(shè)置全過程。

3）突破傳統(tǒng)課堂時空限制

引入CDIO工程教育模式后，系統(tǒng)化、大容量的工程教學(xué)內(nèi)容和有限的課堂教學(xué)時間之間存在矛盾。在教學(xué)過程中，應(yīng)該以產(chǎn)品開發(fā)實踐活動為主線，將問題導(dǎo)向和實踐技能訓(xùn)練相結(jié)合，引導(dǎo)學(xué)生課外進行探究式學(xué)習(xí)，課堂上老師進行指導(dǎo)、演示、答疑和反饋，實施翻轉(zhuǎn)教學(xué)，并充分利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)向?qū)W生提供學(xué)習(xí)資料，掌握學(xué)生學(xué)習(xí)情況，突破傳統(tǒng)課堂的時空限制。

總之，CDIO工程教育理念強調(diào)“做中學(xué)”，以產(chǎn)品開發(fā)為主線的教學(xué)改革能夠充分激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)技能和工程素養(yǎng)。

【參考文獻】

[1]李文，黃文，李連勝.CDIO理念下硬件課程體系改革與實踐[J].實驗室研究與探索，2014，（7）：161-164.

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