OBE理念下的單片機(jī)課程教學(xué)改革與實(shí)踐

薛玉利 柳欣

摘? 要： 單片機(jī)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(jī)，基于OBE理念，以成果導(dǎo)向?yàn)槟繕?biāo)，反向設(shè)計(jì)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(shí)踐應(yīng)用能力。

關(guān)鍵詞： OBE理念; 單片機(jī); 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(jī)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(shí)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(shí)驗(yàn)項(xiàng)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(shí)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(jià)。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(dòng)手實(shí)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(duì)，無法完成實(shí)踐項(xiàng)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(qiáng)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(jī)課程的教學(xué)按照“反向設(shè)計(jì)，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(diǎn)，制定能夠支撐指標(biāo)點(diǎn)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(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式教學(xué)方法，推動(dòng)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(jì)方法的講授，讓學(xué)生掌握單片機(jī)的開發(fā)技術(shù);通過分層次的實(shí)踐教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐應(yīng)用能力;通過綜合設(shè)計(jì)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(jī)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(diǎn)，以學(xué)生的學(xué)習(xí)成果作為驅(qū)動(dòng)力，反向設(shè)計(jì)課程內(nèi)容及教學(xué)方式，提高學(xué)生的工程實(shí)踐能力。我校電子信息工程專業(yè)單片機(jī)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(jì)/開發(fā)解決方案、研究、使用現(xiàn)代工具、個(gè)人和團(tuán)隊(duì)、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(duì)將單片機(jī)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(jī)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(diǎn)，以學(xué)生實(shí)踐能力的提高為著重點(diǎn)，設(shè)計(jì)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(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式教學(xué)方法，每個(gè)章節(jié)結(jié)合項(xiàng)目案例對知識點(diǎn)進(jìn)行講授，讓學(xué)生掌握理論知識，構(gòu)建知識體系。同時(shí)在教學(xué)過程中布置基于實(shí)際問題的案例作業(yè)，培養(yǎng)學(xué)生思考、分析和解決實(shí)際問題的能力。

⑵ 第二層次：課程實(shí)驗(yàn)。利用現(xiàn)有的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)箱和Proteus仿真軟件，讓學(xué)生獨(dú)自完成實(shí)踐項(xiàng)目，觀察實(shí)驗(yàn)結(jié)果，分析實(shí)驗(yàn)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(xiàng)目的改進(jìn)與創(chuàng)新。

⑶ 第三層次：課程設(shè)計(jì)。在學(xué)完模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)、PCB設(shè)計(jì)技術(shù)和單片機(jī)原理與應(yīng)用之后，通過“電子綜合設(shè)計(jì)”課程設(shè)計(jì)，進(jìn)行知識的整合和應(yīng)用，以3人為一組，設(shè)計(jì)開發(fā)一個(gè)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(shí)施，讓學(xué)生了解電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(dòng)。包括大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項(xiàng)目、大學(xué)生學(xué)科競賽等方式。引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)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(shí)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(jì)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(bào)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(huì)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(jià)以學(xué)生的學(xué)習(xí)成果為導(dǎo)向，為了更好地實(shí)現(xiàn)學(xué)生實(shí)踐、創(chuàng)新、團(tuán)隊(duì)合作和可持續(xù)發(fā)展等能力的培養(yǎng)及提高，單片機(jī)課程探索多元化考核方式。主要包括：平時(shí)測驗(yàn)、期末考試、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、綜合設(shè)計(jì)等。

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

⑵ 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目是根據(jù)每一次學(xué)生實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的完成情況，進(jìn)行打分，促使每一位同學(xué)切實(shí)掌握相應(yīng)的實(shí)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(diǎn)，及時(shí)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(jì)由學(xué)生自己選擇題目，進(jìn)行軟硬件設(shè)計(jì)制作， 根據(jù)該綜合設(shè)計(jì)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(gè)過程中，學(xué)生充分發(fā)揮主觀能動(dòng)性，利用所學(xué)知識解決實(shí)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(shí)測驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和綜合設(shè)計(jì)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(jià)。

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(shí)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(shí)踐應(yīng)用能力作為抓手，在經(jīng)過一個(gè)學(xué)期的單片機(jī)課程學(xué)習(xí)后，學(xué)生對于單片機(jī)的興趣從被動(dòng)變?yōu)橹鲃?dòng)，積極性得到很大提高。采用實(shí)驗(yàn)箱和Proteus軟件仿真結(jié)合的方式開展實(shí)驗(yàn)項(xiàng)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(jì)，學(xué)生的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力有了很大提升。在隨后的電子綜合設(shè)計(jì)中，采用實(shí)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(jì)、調(diào)試和優(yōu)化的能力，使他們更適應(yīng)社會(huì)及企業(yè)對人才綜合能力及素質(zhì)的要求。

參考文獻(xiàn)（References）：

[1] 汪媛.基于OBE理念的“單片機(jī)”教學(xué)改革研究[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，2018.3：69-71

[2] 王建衛(wèi)，李佐，廖大麟，陳玉霞，何穎子.基于OBE理念的單片機(jī)課程教學(xué)改革與實(shí)踐[J].貴州工程應(yīng)用技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2019.37（3）：129-134

[3] 周春明.基于OBE理念的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式在單片機(jī)課程教學(xué)中的應(yīng)用[J].計(jì)算機(jī)產(chǎn)品與流通，2020.5：195

[4] 李志義，朱泓，劉志軍，夏遠(yuǎn)景.用成果導(dǎo)向教育理念引導(dǎo)高等工程教育教學(xué)改革[J].高等工程教育研究，2014.2：29-34

[5] 張欣.基于OBE的《單片機(jī)原理及應(yīng)用》課程教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)踐[J].長春工程學(xué)院學(xué)報(bào)（社會(huì)科學(xué)版），2019.20（1）：150-152