OBE理念下的單片機課程教學(xué)改革與實踐

薛玉利 柳欣

摘? 要： 單片機是電子信息工程專業(yè)的一門重要課程。文章以工程教育專業(yè)認(rèn)證為契機，基于OBE理念，以成果導(dǎo)向為目標(biāo)，反向設(shè)計教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法，構(gòu)建新的考核模式，培養(yǎng)學(xué)生在電子信息領(lǐng)域的創(chuàng)新和實踐應(yīng)用能力。

關(guān)鍵詞： OBE理念; 單片機; 持續(xù)改進(jìn)

中圖分類號：G642.0? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ?文章編號：1006-8228（2020）11-92-03

Abstract： SCM is an important course of electronic information engineering specialty. Taking the opportunity of Engineering Education Accreditation， with the OBE concept， aiming at the outcomes， the teaching content and teaching methods are designed reversely in this paper to build a new assessment mode， and cultivate students' abilities of innovation and practical application in the field of electronic information.

Key words： OBE concept; SCM; continuous improvement

0 引言

單片機課程，是電子信息工程專業(yè)的核心課程之一，承載著培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新和實踐應(yīng)用能力的任務(wù)。傳統(tǒng)的教學(xué)存在以下問題[1-3]：①課程教學(xué)目標(biāo)很少考慮學(xué)生的“學(xué)習(xí)成果”;②教學(xué)內(nèi)容較少關(guān)注解決復(fù)雜工程問題的能力培養(yǎng);③教學(xué)過程以教師講授為主，沒有體現(xiàn)“以學(xué)生為中心”;④實驗項目以小組展開，有少部分同學(xué)濫竽充數(shù);⑤學(xué)生的學(xué)習(xí)成果采用期末試卷和平時成績進(jìn)行考核，缺乏對學(xué)生學(xué)習(xí)成果達(dá)成度的評價。上述情況導(dǎo)致學(xué)生雖然通過學(xué)習(xí)具備了一定的動手實踐能力，但是缺乏解決復(fù)雜工程問題的能力;教學(xué)過程缺乏有效的監(jiān)督，有些同學(xué)中途掉隊，無法完成實踐項目，對課程失去興趣;學(xué)生學(xué)習(xí)成果無法衡量，不確定是否達(dá)到教學(xué)目標(biāo)。

OBE理念強調(diào)關(guān)注“教育產(chǎn)出”，即“學(xué)生學(xué)到了什么”，因此，單片機課程的教學(xué)按照“反向設(shè)計，正向施工”的基本思路[4-5]。將培養(yǎng)目標(biāo)和畢業(yè)要求分解為相應(yīng)的指標(biāo)點，制定能夠支撐指標(biāo)點的教學(xué)大綱，確定課程目標(biāo)，構(gòu)建支撐課程目標(biāo)的教學(xué)內(nèi)容，采用項目驅(qū)動式教學(xué)方法，推動該課程教學(xué)質(zhì)量的可持續(xù)性改進(jìn)。

本課程通過理論和設(shè)計方法的講授，讓學(xué)生掌握單片機的開發(fā)技術(shù);通過分層次的實踐教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生實踐應(yīng)用能力;通過綜合設(shè)計的展開，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和分析解決復(fù)雜工程問題的能力。

1 制定OBE課程目標(biāo)

經(jīng)過廣泛調(diào)研，結(jié)合學(xué)校辦學(xué)定位和專業(yè)發(fā)展，以學(xué)生為中心，根據(jù)畢業(yè)要求制定了單片機的課程目標(biāo)。該課程目標(biāo)可以支撐專業(yè)培養(yǎng)方案的相應(yīng)指標(biāo)點，以學(xué)生的學(xué)習(xí)成果作為驅(qū)動力，反向設(shè)計課程內(nèi)容及教學(xué)方式，提高學(xué)生的工程實踐能力。我校電子信息工程專業(yè)單片機的課程目標(biāo)與畢業(yè)要求的對應(yīng)關(guān)系如表1所示。

2 構(gòu)建OBE課程內(nèi)容

本課程以學(xué)生為中心，根據(jù)工程教育認(rèn)證中學(xué)生能力培養(yǎng)的要求，主要在工程知識、問題分析、設(shè)計/開發(fā)解決方案、研究、使用現(xiàn)代工具、個人和團(tuán)隊、溝通等方面根據(jù)畢業(yè)要求指標(biāo)，對學(xué)生進(jìn)行培養(yǎng)，課程團(tuán)隊將單片機的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行分解，構(gòu)建了基于OBE理念的課程能力培養(yǎng)矩陣，如表2所示。

3 組織課程教學(xué)

在《單片機原理與應(yīng)用》課程教學(xué)中，以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力為切入點，以學(xué)生實踐能力的提高為著重點，設(shè)計了多層次的課程教學(xué)體系。

⑴ 第一層次：理論教學(xué)。引入項目驅(qū)動式教學(xué)方法，每個章節(jié)結(jié)合項目案例對知識點進(jìn)行講授，讓學(xué)生掌握理論知識，構(gòu)建知識體系。同時在教學(xué)過程中布置基于實際問題的案例作業(yè)，培養(yǎng)學(xué)生思考、分析和解決實際問題的能力。

⑵ 第二層次：課程實驗。利用現(xiàn)有的單片機實驗箱和Proteus仿真軟件，讓學(xué)生獨自完成實踐項目，觀察實驗結(jié)果，分析實驗中出現(xiàn)的問題，探索解決問題的方法。在此基礎(chǔ)上，3～5人一組，小組討論如何在此基礎(chǔ)上進(jìn)行創(chuàng)新，并搭建硬件電路、編寫程序，嘗試進(jìn)行項目的改進(jìn)與創(chuàng)新。

⑶ 第三層次：課程設(shè)計。在學(xué)完模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)、PCB設(shè)計技術(shù)和單片機原理與應(yīng)用之后，通過“電子綜合設(shè)計”課程設(shè)計，進(jìn)行知識的整合和應(yīng)用，以3人為一組，設(shè)計開發(fā)一個電子綜合系統(tǒng)，通過元器件的選型、參數(shù)的設(shè)定、軟件仿真和電路的調(diào)試的實施，讓學(xué)生了解電子系統(tǒng)的設(shè)計流程，培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力。

⑷ 第四層次：課外科技創(chuàng)新活動。包括大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項目、大學(xué)生學(xué)科競賽等方式。引導(dǎo)學(xué)生運用文獻(xiàn)檢索等工具獲取電子信息相關(guān)理論與技術(shù)的最新進(jìn)展，理解電子信息工程實踐和解決復(fù)雜工程問題所面臨的各種制約因素，能夠基于科學(xué)原理并采用科學(xué)方法對電子信息系統(tǒng)及軟件、硬件模塊進(jìn)行研究，能夠針對特定需求，設(shè)計滿足指標(biāo)和要求的系統(tǒng)、軟硬件模塊。最后，學(xué)生通過報告、陳述發(fā)言等方式，就電子信息領(lǐng)域的復(fù)雜工程問題，與同行及社會公眾進(jìn)行有效溝通和交流。

4 OBE課程的考核

基于OBE理念的教學(xué)評價以學(xué)生的學(xué)習(xí)成果為導(dǎo)向，為了更好地實現(xiàn)學(xué)生實踐、創(chuàng)新、團(tuán)隊合作和可持續(xù)發(fā)展等能力的培養(yǎng)及提高，單片機課程探索多元化考核方式。主要包括：平時測驗、期末考試、實驗項目、綜合設(shè)計等。

⑴ 平時測驗是根據(jù)近期所學(xué)內(nèi)容進(jìn)行的幾次隨堂測試，重點考察學(xué)生理論知識的掌握程度。

⑵ 實驗項目是根據(jù)每一次學(xué)生實驗項目的完成情況，進(jìn)行打分，促使每一位同學(xué)切實掌握相應(yīng)的實踐技能。在打分過程中，教師通過和學(xué)生充分交流，能夠了解到每位學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況。教師根據(jù)學(xué)生存在的知識盲點，及時進(jìn)行答疑。讓大多數(shù)的學(xué)生能夠隨著老師的進(jìn)度穩(wěn)步前進(jìn)。少部分優(yōu)秀的學(xué)生能夠走在前面，并適當(dāng)拓展他們的能力。

⑶ 綜合設(shè)計由學(xué)生自己選擇題目，進(jìn)行軟硬件設(shè)計制作， 根據(jù)該綜合設(shè)計的完成情況和創(chuàng)新性以及答辯現(xiàn)場表現(xiàn)給出成績。在這個過程中，學(xué)生充分發(fā)揮主觀能動性，利用所學(xué)知識解決實際問題，提升解決復(fù)雜工程問題的能力。

最終考核結(jié)果由試卷成績、平時測驗、實驗項目和綜合設(shè)計四部分構(gòu)成。并根據(jù)教學(xué)過程和學(xué)生的各階段的表現(xiàn)，來進(jìn)行學(xué)習(xí)成果的達(dá)成度評價。

5 結(jié)束語

以2017級電子信息工程專業(yè)學(xué)生為例，在課堂教學(xué)和實踐教學(xué)過程中，引入了OBE理念，以學(xué)生為中心，將培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和實踐應(yīng)用能力作為抓手，在經(jīng)過一個學(xué)期的單片機課程學(xué)習(xí)后，學(xué)生對于單片機的興趣從被動變?yōu)橹鲃樱e極性得到很大提高。采用實驗箱和Proteus軟件仿真結(jié)合的方式開展實驗項目，學(xué)生可以不拘泥于現(xiàn)有的元器件，選擇更多的元器件進(jìn)行軟硬件設(shè)計，學(xué)生的單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計能力有了很大提升。在隨后的電子綜合設(shè)計中，采用實物制作、調(diào)試的形式培養(yǎng)了學(xué)生對工程問題的分析、設(shè)計、調(diào)試和優(yōu)化的能力，使他們更適應(yīng)社會及企業(yè)對人才綜合能力及素質(zhì)的要求。

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