基于CDIO模式的單片機(jī)原理及應(yīng)用課程改革與實(shí)踐

趙燕燕 劉馨芳 李佳立 胡建霞

[摘 要] 為有效提高高職高專電氣自動(dòng)化類專業(yè)人才培養(yǎng)質(zhì)量，將CDIO模式引入單片機(jī)原理及應(yīng)用課程教學(xué)中，以實(shí)踐為主線開(kāi)展項(xiàng)目式教學(xué)，以項(xiàng)目任務(wù)為切入點(diǎn)，引入相關(guān)知識(shí)點(diǎn)，通過(guò)任務(wù)實(shí)現(xiàn)，引出單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)施過(guò)程，突出課程的實(shí)踐性與實(shí)用性。實(shí)踐證明，基于CDIO模式的任務(wù)驅(qū)動(dòng)法有利于學(xué)生理解和掌握本課程內(nèi)容，同時(shí)有效調(diào)動(dòng)了學(xué)生積極性，培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，取得了良好的教學(xué)效果。

[關(guān) 鍵 詞] CDIO；單片機(jī)；一體化；教學(xué)改革

[中圖分類號(hào)] G712 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼] A [文章編號(hào)] 2096-0603（2018）18-0144-02

高等職業(yè)教育的目標(biāo)是要給學(xué)生提供必需夠用的知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)技能，提升學(xué)生的綜合素質(zhì)，培養(yǎng)學(xué)生的社會(huì)意識(shí)和創(chuàng)新精神，使其成為服務(wù)于一線的高技能型人才[1]。單片機(jī)原理及應(yīng)用是高職高專電氣自動(dòng)化類專業(yè)的必修課，是工程性、實(shí)踐性很強(qiáng)的一門課程，除要求學(xué)生掌握夠用的理論知識(shí)外，尤為重要的是要具備較強(qiáng)的動(dòng)手能力，能夠完成實(shí)際的單片機(jī)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)應(yīng)用等工作。因此，對(duì)工科學(xué)生來(lái)說(shuō)，很好地掌握單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)，不僅有助于深入地學(xué)習(xí)專業(yè)知識(shí)技能，提高自身的整體專業(yè)素養(yǎng)，培養(yǎng)動(dòng)手能力與團(tuán)隊(duì)意識(shí)，更重要的是能夠獲得實(shí)用的專業(yè)技能，提升就業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。

那么，如何培養(yǎng)出適應(yīng)社會(huì)需求的專業(yè)技能型人才，是高職教師面臨的一項(xiàng)緊迫而艱巨的任務(wù)。專業(yè)教師和學(xué)生越來(lái)越重視單片機(jī)原理及應(yīng)用課程的教學(xué)成果。但傳統(tǒng)的理論教學(xué)模式，教師講授為主體的教學(xué)方式，使學(xué)生的自主學(xué)習(xí)很被動(dòng)，學(xué)生的實(shí)踐能力和綜合素質(zhì)培養(yǎng)不夠，造成課程學(xué)習(xí)效果不佳。這種現(xiàn)狀與培養(yǎng)技能型人才的理念相違背。因此，單片機(jī)課程的教學(xué)改革勢(shì)在必行。

一、課程現(xiàn)狀

傳統(tǒng)的基于匯編語(yǔ)言的單片機(jī)理論教學(xué)方法是：老師在課堂上按照教科書(shū)理論知識(shí)的章節(jié)順序進(jìn)行授課。（1）單片機(jī)基礎(chǔ)、硬件結(jié)構(gòu)部分概念多、專有名詞多，內(nèi)容較抽象，對(duì)高職學(xué)生來(lái)說(shuō)會(huì)感覺(jué)入門較難；（2）匯編編程語(yǔ)言指令111條之多，且需要講授每條指令的功能及操作數(shù)來(lái)源，因此需要占用大量的課時(shí)，同時(shí)講授指令的實(shí)例大都簡(jiǎn)單、不能滿足工程的實(shí)際應(yīng)用；（3）本課程各部分知識(shí)銜接緊密，邏輯性和完整性強(qiáng)，學(xué)生在前半部分學(xué)不好，后半部分應(yīng)用普遍感到難學(xué)，因此授課教師也存在許多困惑，只能講授最簡(jiǎn)單、最基本的知識(shí)。

因此，傳統(tǒng)的理論教學(xué)存在以下問(wèn)題：在講課學(xué)習(xí)過(guò)程中，更多的是關(guān)注知識(shí)的傳授講解，而作為系統(tǒng)工程應(yīng)用，解決工程問(wèn)題的積累往往被忽視。學(xué)生即使學(xué)完了教學(xué)計(jì)劃所規(guī)定的全部?jī)?nèi)容，仍然無(wú)法系統(tǒng)、徹底地掌握單片機(jī)控制系統(tǒng)的工程應(yīng)用。這就要求專業(yè)課教師不斷反思教學(xué)過(guò)程，如何培養(yǎng)順應(yīng)市場(chǎng)需求的高技能和創(chuàng)新型人才，需要我們?cè)谡n程教學(xué)方法上進(jìn)行不斷的改革和探索[2]。

二、COID工程教育模式

COID工程教育模式是一種先進(jìn)的工程教育理念和實(shí)施體系，也是目前我國(guó)高校工程教育領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。COID的四個(gè)字母分別代表構(gòu)思（conceive）、設(shè)計(jì)（design）、實(shí)施（implement）和運(yùn)行（operate）。從產(chǎn)品的研發(fā)到產(chǎn)品的運(yùn)行構(gòu)成一個(gè)完整的周期，在整個(gè)過(guò)程中，學(xué)生積極主動(dòng)參與每一個(gè)具體的環(huán)節(jié)，從而使學(xué)生體會(huì)到了產(chǎn)品設(shè)計(jì)的艱辛與樂(lè)趣，培養(yǎng)了學(xué)生具備一個(gè)工程師的職業(yè)道德和團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神[3]。COID的理念符合高職教育對(duì)技能型人才的理念，進(jìn)行COID工程教育模式的教學(xué)改革，將會(huì)幫助我國(guó)職業(yè)教育更好地借鑒國(guó)際先進(jìn)的工程教育研究成果，推進(jìn)國(guó)內(nèi)高職教育從課堂教學(xué)到工程教學(xué)，從理論教學(xué)到實(shí)踐教學(xué)，有助于改善我國(guó)高等職業(yè)教育的現(xiàn)狀，同時(shí)促進(jìn)了我國(guó)高等職業(yè)教育的良性發(fā)展[4]。因此，本文提出針對(duì)單片機(jī)課程在課堂教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)和課程考核等環(huán)節(jié)，查找該課程在教學(xué)中的矛盾所在，探討基于CDIO以項(xiàng)目式教學(xué)促進(jìn)學(xué)生能力素養(yǎng)提升的單片機(jī)教學(xué)模式。

三、基于CDIO工程教育模式的單片機(jī)教學(xué)改革探索

（一）以項(xiàng)目任務(wù)為主導(dǎo)，整合教學(xué)內(nèi)容

單片機(jī)的理論來(lái)源于實(shí)踐，又反過(guò)來(lái)指導(dǎo)實(shí)踐，當(dāng)前我國(guó)高等職業(yè)院校單片機(jī)教學(xué)的普遍現(xiàn)象是學(xué)生的基礎(chǔ)理論知識(shí)掌握得比較扎實(shí)，但工程實(shí)踐能力普遍較薄弱。因此，本專業(yè)教學(xué)團(tuán)隊(duì)在研究CDIO教育模式的理念和本質(zhì)基礎(chǔ)上，轉(zhuǎn)變觀念，改革教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式和手段，緊密結(jié)合“必需夠用”的理論知識(shí)，設(shè)計(jì)項(xiàng)目任務(wù)，整合教學(xué)內(nèi)容，并將CDIO理念融入教學(xué)內(nèi)容、課堂教學(xué)環(huán)節(jié)中。

具體課堂教學(xué)以項(xiàng)目任務(wù)為主導(dǎo)，以任務(wù)實(shí)現(xiàn)為切入點(diǎn)，引入相關(guān)知識(shí)點(diǎn)，在學(xué)生掌握一定的單片機(jī)知識(shí)之后，讓學(xué)生建立項(xiàng)目實(shí)施的理念，明確單片機(jī)在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的實(shí)際角色，明確具體的項(xiàng)目任務(wù)功能和要求后，引導(dǎo)學(xué)生完成系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)、系統(tǒng)調(diào)試等。這樣，把課程的教學(xué)任務(wù)轉(zhuǎn)變?yōu)橐豁?xiàng)項(xiàng)目工程任務(wù)，來(lái)提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生有一種學(xué)以致用的成就感，從而促使學(xué)生去學(xué)習(xí)和項(xiàng)目有關(guān)的知識(shí)點(diǎn)，如，電路基礎(chǔ)、電子技術(shù)、C程序結(jié)構(gòu)算法等知識(shí)，使學(xué)生建立項(xiàng)目工程設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的思路，并掌握相關(guān)必備的理論知識(shí)。因此，本課程按照COID教學(xué)理念實(shí)施教學(xué)，以任務(wù)驅(qū)動(dòng)的方式完成各項(xiàng)目所設(shè)定的任務(wù)，實(shí)現(xiàn)專業(yè)技能和理論知識(shí)的有機(jī)整合。以項(xiàng)目三為例說(shuō)明整合后的教學(xué)內(nèi)容結(jié)構(gòu)，如下表所示。

（二）采取“教、學(xué)、做”一體化教學(xué)模式

本課程突破傳統(tǒng)的學(xué)科體系教學(xué)框架，融入任務(wù)驅(qū)動(dòng)、理實(shí)一體化的CDIO理念。將課程內(nèi)容設(shè)計(jì)成具體任務(wù)模塊，采取任務(wù)驅(qū)動(dòng)式“教、學(xué)、做”一體化教學(xué)模式，即按職業(yè)活動(dòng)順序的每一個(gè)過(guò)程環(huán)節(jié)來(lái)傳授相關(guān)的理論知識(shí)和專業(yè)技能，整個(gè)項(xiàng)目完成后使學(xué)生能更深刻地理解單片機(jī)知識(shí)。這種教學(xué)模式使課堂知識(shí)獲得與工程實(shí)踐充分聯(lián)系起來(lái)，實(shí)現(xiàn)理論知識(shí)和專業(yè)技能的有機(jī)融合。在實(shí)施項(xiàng)目教學(xué)的過(guò)程中，項(xiàng)目任務(wù)的教學(xué)內(nèi)容直接在單片機(jī)實(shí)訓(xùn)室進(jìn)行，教師一邊講授，學(xué)生一邊動(dòng)手在單片機(jī)實(shí)訓(xùn)裝置平臺(tái)上完成。在具體項(xiàng)目任務(wù)的安排方式上，靈活采取proteus仿真軟件、keil軟件與實(shí)訓(xùn)模塊設(shè)備相結(jié)合的方式，充分體現(xiàn)單片機(jī)系統(tǒng)工程開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)過(guò)程。

在實(shí)訓(xùn)室，兩人一組，自行分配不同任務(wù)，而后采取集中討論、設(shè)計(jì)最佳方案的方式來(lái)完成項(xiàng)目設(shè)計(jì)。在項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中出現(xiàn)問(wèn)題，盡量促使學(xué)生能自主解決問(wèn)題，如，學(xué)生可通過(guò)互相討論或上網(wǎng)查閱資料解決問(wèn)題。最后難以解決的問(wèn)題由教師指導(dǎo)完成，充分發(fā)揮學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和調(diào)動(dòng)學(xué)生的主觀能動(dòng)性。同時(shí)也很好地培養(yǎng)了學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，使學(xué)生體會(huì)到團(tuán)隊(duì)的力量，形成了很好的團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)，為畢業(yè)后的工作打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

（三）改進(jìn)成績(jī)考核方式

傳統(tǒng)的學(xué)生成績(jī)考核通常是由任課教師以試卷考試的形式對(duì)學(xué)生進(jìn)行考核，學(xué)生的考核成績(jī)由平時(shí)成績(jī)和卷面成績(jī)按照若干比例構(gòu)成。這種單一的考核方式難以考查學(xué)生的綜合能力，諸如，理論知識(shí)、動(dòng)手能力、團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)、自主解決實(shí)際問(wèn)題的能力。為改善這種傳統(tǒng)考核方式，確?？己朔绞降暮侠硇浴⒐叫院陀行?，單片機(jī)的成績(jī)將以CDIO工程教育基本理念為指導(dǎo)，以項(xiàng)目結(jié)合的形式，理論知識(shí)和實(shí)操技能相結(jié)合評(píng)定學(xué)生成績(jī)，具體考核分為兩部分：（1）過(guò)程化考核方式：將學(xué)生每個(gè)項(xiàng)目任務(wù)的理論知識(shí)、實(shí)踐操作技能、實(shí)踐工單完成情況相融合，綜合評(píng)定學(xué)生每個(gè)項(xiàng)目任務(wù)成績(jī)，將所有成績(jī)按權(quán)相加求和占學(xué)生總成績(jī)50%。（2）期末考核方式：學(xué)生參加一人一機(jī)一題方式考核，即學(xué)生根據(jù)任務(wù)要求獨(dú)立完成一個(gè)項(xiàng)目任務(wù)的設(shè)計(jì)、實(shí)施、仿真、實(shí)現(xiàn)過(guò)程，真正考查學(xué)生在具體項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中的動(dòng)手能力，占學(xué)生總成績(jī)的50%。

將以上兩部分成績(jī)按1∶1模式作為一個(gè)學(xué)生對(duì)此課程學(xué)習(xí)情況的成績(jī)?cè)u(píng)定方法，注重“過(guò)程考核”，關(guān)注學(xué)生知識(shí)、技能的學(xué)習(xí)過(guò)程，關(guān)注實(shí)踐環(huán)節(jié)及工程應(yīng)用能力，力求知識(shí)與能力有機(jī)融合的教學(xué)考核，不僅增強(qiáng)衡量學(xué)生掌握知識(shí)的能力，同時(shí)也利于引導(dǎo)學(xué)生注重動(dòng)手實(shí)踐能力和自身綜合素質(zhì)的提高。

（四）CDIO教學(xué)模式的特點(diǎn)

（1）合理的一體化教學(xué)方案。（2）工程實(shí)踐引導(dǎo)，項(xiàng)目任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)。（3）激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，學(xué)中做、做中學(xué)。（4）培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)、解決問(wèn)題能力。（5）培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)協(xié)作溝通能力。（6）強(qiáng)調(diào)平時(shí)積累，重視過(guò)程化考核。

四、結(jié)束語(yǔ)

為解決傳統(tǒng)的單片機(jī)原理及應(yīng)用課程理論教學(xué)存在的種種問(wèn)題，為提高職業(yè)類院校電氣自動(dòng)化類專業(yè)人才培養(yǎng)質(zhì)量，我們將CDIO工程理念引入該課程教學(xué)中，注重學(xué)生專業(yè)技能培養(yǎng)，將理論知識(shí)和實(shí)踐技能有機(jī)融合，真正做到學(xué)中做、做中學(xué)的教學(xué)模式。實(shí)踐教學(xué)證明，該教學(xué)模式教學(xué)效果顯著，明顯提高了學(xué)生對(duì)單片機(jī)學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性，有效培養(yǎng)了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，提升了學(xué)生的工程實(shí)踐能力。同時(shí)，該課程的教學(xué)目標(biāo)也基本滿足了社會(huì)對(duì)單片機(jī)開(kāi)發(fā)應(yīng)用的市場(chǎng)需求和技術(shù)需求，為培養(yǎng)真正的發(fā)展型高技能人才提供了一條有效的途徑。

參考文獻(xiàn)：

[1]宋秋實(shí)，馮博楷.高等職業(yè)教育中單片機(jī)教學(xué)探索[J].科教導(dǎo)刊，2015（10）：92-93.

[2]蘇淑靖.CDIO模式下單片機(jī)原理及應(yīng)用教學(xué)改革與探索[J].教育教學(xué)論壇，2015（20）：101-102.

[3]寧彬，袁磊，谷瓊，等.基于CDIO模式的軟件工程課程教改探討[J].計(jì)算機(jī)時(shí)代，2014（3）：44-45.

[4]張翼成，劉美，王濤.CDIO模式下“單片機(jī)原理及應(yīng)用”課程教學(xué)改革[J].計(jì)算機(jī)教育，2012（32）：22.