基于OBE理念的單片機(jī)課程項(xiàng)目化教學(xué)改革探索

王 佳，趙耕云

基于OBE理念的單片機(jī)課程項(xiàng)目化教學(xué)改革探索

王 佳，趙耕云

（蘭州工業(yè)學(xué)院 汽車工程學(xué)院，甘肅 蘭州 730050）

單片機(jī)課程是汽車服務(wù)工程專業(yè)的一門主要專業(yè)基礎(chǔ)課，傳統(tǒng)的單片機(jī)教學(xué)過程存在理論與實(shí)踐結(jié)合不緊密、教學(xué)模式單一等問題，文章提出了一種基于成果導(dǎo)向教育（OBE）理念的單片機(jī)課程項(xiàng)目化教學(xué)改革方法。以成果導(dǎo)向?yàn)槟繕?biāo)，采取項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)、反向設(shè)計(jì)、正向?qū)嵤┑脑O(shè)計(jì)思路確定課程教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)內(nèi)容、優(yōu)化教學(xué)設(shè)計(jì)、持續(xù)改進(jìn)課程考核方式。通過實(shí)踐驗(yàn)證，采用多元化的教學(xué)改革不僅解決了單片機(jī)教學(xué)過程存在的問題，而且培養(yǎng)了學(xué)生的自主意識(shí)、創(chuàng)新意識(shí)和實(shí)踐動(dòng)手能力。

單片機(jī)課程；成果導(dǎo)向教育理念；課程改革；項(xiàng)目化教學(xué)

單片機(jī)原理與接口技術(shù)課程是汽車服務(wù)工程專業(yè)培養(yǎng)方案中的專業(yè)基礎(chǔ)課之一，以MCS-51單片機(jī)為范例學(xué)習(xí)單片機(jī)原理與接口技術(shù)，是一門面向應(yīng)用的、具有很強(qiáng)的實(shí)踐性與綜合性的課程。通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生獲得單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本理論、基本知識(shí)與基本技能，并具備單片微型計(jì)算機(jī)的基本應(yīng)用能力，為將來從事相關(guān)工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，提高學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力。

1 傳統(tǒng)教學(xué)存在的問題

1.1 教學(xué)內(nèi)容的實(shí)踐性不足

目前單片機(jī)課程的教學(xué)內(nèi)容主要注重理論知識(shí)的講解。以我校2018級(jí)汽車服務(wù)工程專業(yè)為例，該專業(yè)單片機(jī)課程總學(xué)時(shí)40學(xué)時(shí)，其中理論32學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)8學(xué)時(shí)。由于實(shí)驗(yàn)課時(shí)太少缺乏實(shí)踐性，導(dǎo)致學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中很難理解如存儲(chǔ)器、存儲(chǔ)單元、地址等較為抽象的概念。

1.2 教學(xué)過程中理論與實(shí)踐結(jié)合不緊密

傳統(tǒng)的教學(xué)模式注重理論知識(shí)的講解，先講基礎(chǔ)內(nèi)容，再進(jìn)行應(yīng)用舉例。為了確保知識(shí)體系的系統(tǒng)性和完整性，一般在理論知識(shí)講解完成后進(jìn)行相應(yīng)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，并且實(shí)驗(yàn)類型多為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)時(shí)只需要簡(jiǎn)單地連線或者將參考程序下載到單片機(jī)實(shí)驗(yàn)開發(fā)儀中就可以看到相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，這就容易使學(xué)生學(xué)到的理論知識(shí)不能和實(shí)踐緊密結(jié)合，導(dǎo)致理論和實(shí)踐相分離。

1.3 教學(xué)過程以教師講授為主

教學(xué)方式主要以教師講，學(xué)生聽，教學(xué)過程的設(shè)計(jì)是按照課程大綱規(guī)定的內(nèi)容實(shí)施的，其中教師的理論講解占絕大部分，忽略了學(xué)生對(duì)知識(shí)的獲取。并且老師和學(xué)生之間缺乏互動(dòng)，導(dǎo)致學(xué)生對(duì)課程失去興趣，沒有實(shí)現(xiàn)“以教師為中心”向“以學(xué)生為中心”轉(zhuǎn)變。

1.4 考核方式較為傳統(tǒng)

單片機(jī)課程的評(píng)價(jià)主要是由期末考試成績(jī)決定，這種方式難以全面地考查學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握程度和運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)分析和解決實(shí)際問題的能力，使學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的課堂參與度不高，大多數(shù)同學(xué)選擇在考試前突擊復(fù)習(xí)。這種“一考定終身”的考核方式大大降低了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，也難以從多角度多層次去評(píng)判每一位學(xué)生的學(xué)習(xí)情況。

為了解決上述問題，使教師教學(xué)理念發(fā)生轉(zhuǎn)變，本文提出了一種將工程教育專業(yè)中的基于學(xué)習(xí)產(chǎn)出的教育模式（Outcomes Based Education, OBE）人才培養(yǎng)方案引入到教學(xué)中，形成以“項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)、教師引導(dǎo)、學(xué)生為主體”的教學(xué)模式，以實(shí)際的工程項(xiàng)目為背景，以培養(yǎng)工程實(shí)踐能力為中心，將理論知識(shí)融入工程項(xiàng)目中[1-2]。以此激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高其實(shí)際動(dòng)手能力、工程思維與創(chuàng)新能力，以及團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。

2 制定OBE課程目標(biāo)

OBE理念是由Spady等人于1981年提出的一種基于成果導(dǎo)向教育的理念，重點(diǎn)關(guān)注“學(xué)生學(xué)到了什么”。采取反向設(shè)計(jì)、正向?qū)嵤┑脑O(shè)計(jì)思路確定課程目標(biāo)，根據(jù)課程目標(biāo)制定相應(yīng)的課程大綱，確定支撐課程目標(biāo)的教學(xué)內(nèi)容，從而完成以學(xué)生為中心的教學(xué)改革[3]。設(shè)計(jì)流程圖如圖1所示。

圖1 OBE理念下的教學(xué)設(shè)計(jì)流程圖

目標(biāo)1：理解MCS-51單片微型計(jì)算機(jī)的概念和基本原理，掌握單片機(jī)各個(gè)引腳功能和匯編語言程序設(shè)計(jì)的基本方法。

目標(biāo)2：掌握單片機(jī)各個(gè)片內(nèi)功能部件的結(jié)構(gòu)組成、工作原理及應(yīng)用方法。

目標(biāo)3：掌握單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本方法、基本知識(shí)與基本技能，并具備在汽車專業(yè)領(lǐng)域內(nèi)應(yīng)用單片微型計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的初步能力。

目標(biāo)4：培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神、工匠精神、團(tuán)隊(duì)精神、責(zé)任意識(shí)和紀(jì)律意識(shí)，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和民族自豪感，增強(qiáng)學(xué)生的工程素養(yǎng)和家國情懷。

3 OBE課程教學(xué)設(shè)計(jì)

以培養(yǎng)創(chuàng)新型人才為切入點(diǎn)，以學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力的提升為重點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一種多元化的課程教學(xué)體系。

3.1 理論教學(xué)

為了培養(yǎng)符合社會(huì)需求的應(yīng)用型人才，單片機(jī)課程上課地點(diǎn)為實(shí)驗(yàn)室，具備隨時(shí)計(jì)算機(jī)仿真和電路板制作調(diào)試的條件基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)以項(xiàng)目化教學(xué)、軟件仿真與實(shí)物調(diào)試相配套，突出“做中學(xué)、學(xué)中做”的教學(xué)方法改革[4]。教師在授課過程中結(jié)合實(shí)際應(yīng)用，設(shè)置理論與實(shí)踐相結(jié)合的教學(xué)內(nèi)容。比如講到單片機(jī)最小系統(tǒng)，課后要求學(xué)生焊出最小系統(tǒng)電路（含1個(gè)LED指示燈），第二次上課的時(shí)候下發(fā)LED燈控制程序，讓學(xué)生觀看現(xiàn)象，提出“如何給單片機(jī)編寫程序，實(shí)現(xiàn)相關(guān)的控制功能”，進(jìn)而引出“單片機(jī)指令系統(tǒng)”，完成本節(jié)課后再引導(dǎo)學(xué)生編寫相應(yīng)的LED快閃、慢閃功能程序，使學(xué)生對(duì)課本上的理論知識(shí)有更深入的理解，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，知道自己“學(xué)的是什么”“學(xué)的有什么用”。采用項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)化教學(xué)，將知識(shí)點(diǎn)融入到項(xiàng)目的實(shí)現(xiàn)過程中，實(shí)現(xiàn)了理論與實(shí)踐相結(jié)合的目的。各章節(jié)教學(xué)內(nèi)容與課程目標(biāo)對(duì)應(yīng)關(guān)系如表1所示。

表1 理論教學(xué)內(nèi)容與課程目標(biāo)對(duì)應(yīng)關(guān)系表

開發(fā)單片機(jī)調(diào)試開發(fā)套件，培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問題的能力，同時(shí)提供有一定復(fù)雜性的開發(fā)模塊，培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力。通過開發(fā)板實(shí)物的體驗(yàn)和軟件虛擬平臺(tái)的擴(kuò)展設(shè)計(jì)，激發(fā)學(xué)生對(duì)單片機(jī)學(xué)習(xí)的創(chuàng)造性思維，提高學(xué)生的知識(shí)水平、專業(yè)能力和專業(yè)素質(zhì)。

3.2 實(shí)驗(yàn)教學(xué)

利用實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，確定四個(gè)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的相關(guān)內(nèi)容，學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)前準(zhǔn)備、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案、完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，教學(xué)過程從“以教師為中心”向“以學(xué)生為中心”轉(zhuǎn)變，實(shí)現(xiàn)“教師主導(dǎo)、學(xué)生主體”的辯證統(tǒng)一。通過完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新的意識(shí)。

3.3 實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)

在學(xué)生學(xué)完汽車傳感器、程序設(shè)計(jì)、單片機(jī)原理與接口技術(shù)、汽車電控技術(shù)等有關(guān)課程之后，通過汽車電子課程設(shè)計(jì)進(jìn)行知識(shí)的整合與應(yīng)用，分析和解決汽車電子控制系統(tǒng)方面問題，初步具備設(shè)計(jì)一個(gè)中等復(fù)雜程度的汽車電控系統(tǒng)的能力。同時(shí)，該課程設(shè)計(jì)也培養(yǎng)學(xué)生查找技術(shù)資料，編寫技術(shù)文件的基本技能，培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神。其中圖2為學(xué)生設(shè)計(jì)的汽車車門未關(guān)報(bào)警系統(tǒng)實(shí)物模擬圖，圖3為學(xué)生設(shè)計(jì)的汽車倒車測(cè)距儀實(shí)物模擬圖。

圖2 汽車車門未關(guān)報(bào)警系統(tǒng)實(shí)物模擬圖

圖3 汽車倒車測(cè)距儀實(shí)物模擬圖

3.4 開展課外科技活動(dòng)

鼓勵(lì)學(xué)生參加各種課外科技活動(dòng)，如大學(xué)生雙創(chuàng)項(xiàng)目、“挑戰(zhàn)杯”、大學(xué)生電子設(shè)計(jì)大賽等活動(dòng)。通過學(xué)與賽的相互促進(jìn)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維能力和實(shí)際動(dòng)手能力[5]。

4 課程的考核、評(píng)價(jià)及持續(xù)改進(jìn)

為了更好地實(shí)現(xiàn)以學(xué)生為中心的教學(xué)改革，依據(jù)OBE教學(xué)理念，以學(xué)生的學(xué)習(xí)成果為導(dǎo)向，對(duì)單片機(jī)課程的考核、評(píng)價(jià)方式做了多元化和多層次的改革。具體包括過程考核和期末考核，過程考核占分值比例的40%，期末考試占分值比例的60%。其中過程考核又分為課堂考勤、作業(yè)、課堂表現(xiàn)和實(shí)驗(yàn)，過程考核包括的四部分內(nèi)容有利于調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性，尤其作業(yè)這一環(huán)節(jié)，主要以學(xué)生在項(xiàng)目化教學(xué)過程中的完成情況作為評(píng)判的依據(jù)[6]。本課程結(jié)束時(shí)，學(xué)生制作的作品也已完成，通過評(píng)價(jià)學(xué)生所設(shè)計(jì)的電路以及功能情況給出對(duì)應(yīng)的成績(jī)，達(dá)到理論與實(shí)踐相結(jié)合的目的。

采用項(xiàng)目化教學(xué)，實(shí)現(xiàn)教師引導(dǎo)，學(xué)生為主，過程評(píng)價(jià)更加多元化。這樣有利于學(xué)生積極參與到課堂教學(xué)過程中，充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性和調(diào)動(dòng)學(xué)習(xí)熱情，提高了學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力[7]。并且在課程的教學(xué)過程中，對(duì)學(xué)生的評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行反思和總結(jié)并持續(xù)改進(jìn)教學(xué)內(nèi)容，從而實(shí)現(xiàn)了基于OBE理念的單片機(jī)課程項(xiàng)目化教學(xué)的改革。

5 結(jié)束語

通過引入OBE的教學(xué)理念，將項(xiàng)目式教學(xué)法融入到單片機(jī)課程教學(xué)中，充分利用虛擬仿真平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)單片機(jī)基本知識(shí)與基本應(yīng)用能力的培養(yǎng)。激發(fā)學(xué)生對(duì)單片機(jī)學(xué)習(xí)的創(chuàng)造性思維，提高學(xué)生的知識(shí)水平、學(xué)習(xí)熱情、專業(yè)能力和專業(yè)素質(zhì)，突出應(yīng)用型人才培養(yǎng)。過程考核方法的改革，培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問題的能力，通過做中學(xué)、學(xué)中做，體現(xiàn)以“學(xué)生為中心”的教學(xué)理念，逐步培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，實(shí)現(xiàn)真正的應(yīng)用轉(zhuǎn)型。

[1] 薛玉利,柳欣.OBE理念下的單片機(jī)課程教學(xué)改革與實(shí)踐[J].計(jì)算機(jī)時(shí)代,2020(11):92-94.

[2] 趙雪娟,劉馨陽.基于OBE理念的《單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)》課程教學(xué)改革探索[J].電子測(cè)試,2020(19):128-130.

[3] 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(zhǎng)春工程學(xué)院學(xué)報(bào)(社會(huì)科學(xué)版), 2019,20(1):150-152.

[4] 王建衛(wèi),李佐,廖大麟,等.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.

[5] 羅劍,黃俊梅.基于創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育的單片機(jī)課程建設(shè)與實(shí)踐[J].科技風(fēng),2021(3):29-30.

[6] 李志義,朱泓,劉志軍,等.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):29-34,70.

[7] 曹鳳,蘇敏,臧紅巖,等.基于“項(xiàng)目引領(lǐng)，任務(wù)驅(qū)動(dòng)”的三段式教學(xué)模式的探索——以《單片機(jī)原理及應(yīng)用》課程為例[J].國際公關(guān),2020(11):135-136.

Exploration on Project-based Teaching Reform of Single-chip Microcomputer Course Based on OBE Concept

WANG Jia, ZHAO Gengyun

( School of Automotive Engineering, Lanzhou Institute of Technology, Lanzhou 730050, China )

Single-chip microcomputer course is a main professional basic course of automobile service engineering specialty. Due to the problems of loose combination of theory and practice and single teaching mode in the traditional single-chip microcomputer teaching process, this paper put forward a project-based teaching reform method of single-chip microcomputer course based on the concept of outcome based education (OBE). With the outcome based as the goal, the design ideas of project-driven, reverse design and positive implementation were adopted to determine the curriculum teaching objectives and teaching contents, optimize the teaching design and continuously improve the curriculum assessment methods. Through practice, the diversified teaching reform not only solves the problems existing in the teaching process of single-chip microcomputer, but also cultivates students' independent consciousness, innovative consciousness and practical ability.

Single-chip microcomputer course; Outcome based education concept; Curriculum reform;Project-based teaching

G712

A

1671-7988(2022)23-211-04

G712

A

1671-7988(2022)23-211-04

10.16638/j.cnki.1671-7988.2022.023.038

王佳（1986—），女，碩士，講師，研究方向?yàn)槠囯娍丶夹g(shù)，E-mail:598103909@qq.com。

2022年蘭州工業(yè)學(xué)院創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育教學(xué)改革研究項(xiàng)目：突出雙創(chuàng)能力培養(yǎng)的項(xiàng)目化教學(xué)在單片機(jī)課程中的研究與實(shí)踐（LGYCXJG-22-15）。