基于OBE-CDIO的單片機(jī)課程教學(xué)改革與研究

葉鋼

摘 要：由于目前高職院校單片機(jī)課程在教學(xué)中普遍存在以理論知識學(xué)習(xí)為重點(diǎn)，普遍存在“老師講、學(xué)生聽”的傳統(tǒng)課堂教學(xué)模式，普遍存在單一的期末考試成績作為最終評價(jià)學(xué)生學(xué)習(xí)效果的考核方式，因此通過構(gòu)建基于OBE-CDIO的單片機(jī)課程的教學(xué)改革及課程評價(jià)模式，并在評價(jià)模式中引入“增值”理念，重新構(gòu)建單片機(jī)課程的評價(jià)方案，從而提高單片機(jī)課程的教學(xué)質(zhì)量，以及學(xué)習(xí)單片機(jī)課程的積極性。

關(guān)鍵詞：OBE CDIO 單片機(jī) 教學(xué)改革 增值

1 引言

近年來，我國高等教育發(fā)展的重點(diǎn)放在了應(yīng)用型人才的培養(yǎng)上，國內(nèi)的諸多學(xué)者也紛紛在教育教學(xué)改革中不斷的摸索和改進(jìn)[1-2]，而基于工程專業(yè)認(rèn)證的OBE-CDIO人才培養(yǎng)模式主要體現(xiàn)了“做學(xué)結(jié)合”，與我國高校的應(yīng)用型人才培養(yǎng)理念基本一致。

單片機(jī)課程是一門電子信息類專業(yè)的專業(yè)課程，也是一門理實(shí)一體化的課程，非常強(qiáng)調(diào)實(shí)踐動(dòng)手能力。因此本文提出采用OBE-CDIO工程教育模式對單片機(jī)課程進(jìn)行教學(xué)改革，通過改革使得單片機(jī)課程以任務(wù)驅(qū)動(dòng)的方式進(jìn)行教學(xué)，以項(xiàng)目任務(wù)為單元的教學(xué)活動(dòng)，使學(xué)生掌握單片機(jī)及C51的基本原理和基本技能，從而形成電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)與開發(fā)的整體認(rèn)識和技術(shù)儲(chǔ)備，培養(yǎng)學(xué)生在電子產(chǎn)品開發(fā)的學(xué)習(xí)興趣。

2 傳統(tǒng)單片機(jī)課程教學(xué)存在的問題

在傳統(tǒng)的單片機(jī)課程教學(xué)中，教師往往嚴(yán)格按照教學(xué)大綱在教室里進(jìn)行理論講課，講課知識也嚴(yán)格圍繞課程章節(jié)內(nèi)容，從單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)講到單片機(jī)外部器件，從匯編語言、指令系統(tǒng)講到了單片機(jī)程序設(shè)計(jì)，形成了“老師站臺上講，學(xué)生坐臺下聽”的局面，此時(shí)學(xué)生處于被動(dòng)接受知識，而無法理論聯(lián)系實(shí)際。而單片機(jī)課程確是一門非常強(qiáng)調(diào)實(shí)踐動(dòng)手能力的課程，如果僅僅圍繞課程知識，不讓學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手，學(xué)生往往無法理解單片機(jī)課程的相關(guān)知識，從而也無法真正掌握單片機(jī)課程的相關(guān)技能。

由于惰性因素的影響，任課教師在單片機(jī)課程期末考試中，往往采用傳統(tǒng)的理論筆試的形式，試卷題型分為單選、填空、判斷、程序分析、畫圖等，學(xué)生在考前機(jī)械地記憶單片機(jī)相關(guān)知識，只是為了應(yīng)付課程考試，但對于單片機(jī)課程的學(xué)習(xí)卻只能“紙上談兵”，學(xué)過就忘，非常不利于日后的就業(yè)。

3 基于OBE-CDIO工程教育模式，確立單片機(jī)課程教學(xué)目標(biāo)

在基于OBE的工程教育模式中對“學(xué)習(xí)成果”給出這樣的定義：學(xué)習(xí)成果是學(xué)生最終取得的學(xué)習(xí)結(jié)果，是學(xué)生通過某一階段學(xué)習(xí)后所能達(dá)到的最大能力。 從這個(gè)定義中，我們看到它注重的不是學(xué)生了解什么、知道什么，而關(guān)心的是學(xué)生能做什么，通過對單片機(jī)課程的學(xué)習(xí)，獲得了能做什么的能力[3-4]。因此基于OBE-CDIO 工程教育模式，確立單片機(jī)課程的教學(xué)目標(biāo)和定位。要求注重課程學(xué)習(xí)后的產(chǎn)出，要求學(xué)生能夠重點(diǎn)掌握單片機(jī)的理論知識和技能，能夠?yàn)槠髽I(yè)和社會(huì)培養(yǎng)具備創(chuàng)新能力的高素質(zhì)技術(shù)技能的單片機(jī)人才。正是圍繞以上要求，單片機(jī)課程的教學(xué)目標(biāo)可以分為知識目標(biāo)、能力目標(biāo)、素質(zhì)目標(biāo)三個(gè)方面，課程教學(xué)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)方法如表1所示。

（1）知識目標(biāo)：掌握單片機(jī)系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)（存儲(chǔ)器、I/O接口）、C51程序設(shè)計(jì)、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、中斷系統(tǒng)、串行通信接口、鍵盤、顯示、模數(shù)/數(shù)模轉(zhuǎn)換等器件的工作原理等。

（2）能力目標(biāo)：能借助單片機(jī)仿真軟件Proteus和Keil C51編譯器，虛實(shí)結(jié)合，進(jìn)行單片機(jī)項(xiàng)目的硬件設(shè)計(jì)、程序設(shè)計(jì)、系統(tǒng)仿真、電路制作、項(xiàng)目調(diào)試等能力。

（3）素質(zhì)目標(biāo)：積極貫徹“思政元素”進(jìn)課堂，積極培養(yǎng)學(xué)生愛崗敬業(yè)、知行合一、創(chuàng)新奉獻(xiàn)、團(tuán)結(jié)合作的職業(yè)素養(yǎng)。

4 圍繞智能小車，融入思政元素，重構(gòu)單片機(jī)課程的教學(xué)內(nèi)容

圍繞智能小車，重構(gòu)單片機(jī)課程的教學(xué)內(nèi)容。將單片機(jī)課程的知識點(diǎn)和技能點(diǎn)分解到四個(gè)智能小車項(xiàng)目中：項(xiàng)目一智能小車顯示功能的實(shí)現(xiàn)、項(xiàng)目二智能小車循跡功能的實(shí)現(xiàn)、項(xiàng)目三智能小車避障功能的實(shí)現(xiàn)、項(xiàng)目四智能小車整機(jī)系統(tǒng)安裝與調(diào)試。每個(gè)項(xiàng)目的課時(shí)數(shù)均為16學(xué)時(shí)，總課時(shí)為64學(xué)時(shí)。每個(gè)項(xiàng)目都按照“識、裝、測、合”的步驟分解為四個(gè)教學(xué)任務(wù)，如圖1所示。在單片機(jī)項(xiàng)目教學(xué)中，要求學(xué)生通過這些真實(shí)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)與制作，學(xué)會(huì)單片機(jī)課程的知識和技能，掌握單片機(jī)項(xiàng)目設(shè)計(jì)的方法。

例如項(xiàng)目三智能小車避障功能的實(shí)現(xiàn)分解為四個(gè)教學(xué)任務(wù)，分別是任務(wù)1避障小車整體設(shè)計(jì)及各模塊選擇、任務(wù)2避障小車的組裝與整機(jī)測試、任務(wù)3紅外避障小車的設(shè)計(jì)與測試、任務(wù)4超聲波避障小車的設(shè)計(jì)與測試，每個(gè)任務(wù)均為4個(gè)學(xué)時(shí)。而每個(gè)任務(wù)又分解為2～3個(gè)子任務(wù)，并在子任務(wù)教學(xué)中，充分融入課程思政元素，例如通過組裝避障小車，鍛煉學(xué)生的耐心和細(xì)心，培養(yǎng)學(xué)生精益求精的工匠精神；例如通過觀看國內(nèi)無人駕駛相關(guān)視頻，增強(qiáng)學(xué)生民族自豪感等視頻、網(wǎng)頁教學(xué)手段，讓思政元素“潤物細(xì)無聲”地融入到專業(yè)課程的教學(xué)中，如圖2所示。

5 基于增值理念，重新構(gòu)建單片機(jī)課程的評價(jià)方案

單片機(jī)課程項(xiàng)目的考核評價(jià)基于“三方考核、強(qiáng)調(diào)過程、動(dòng)態(tài)監(jiān)控、注重增值”的評價(jià)理念，如圖3所示，由學(xué)生、教師、企業(yè)三方共同評價(jià)完成。項(xiàng)目考核評價(jià)主要包含四大部分：課前自主預(yù)習(xí)、課中技能實(shí)戰(zhàn)、課后鞏固拓展、增值考核評價(jià)。

（1）課前自主預(yù)習(xí)：占項(xiàng)目成績的20%。課前，任課老師發(fā)布項(xiàng)目的微課視頻、PPT、課前任務(wù)單等相關(guān)材料供學(xué)生自主學(xué)習(xí)，根據(jù)學(xué)生的完成情況、學(xué)習(xí)通在線時(shí)長等進(jìn)行評分。

（2）課中技能實(shí)戰(zhàn)：占項(xiàng)目成績的50%。課中，任課老師根據(jù)學(xué)生的6S管理、課堂考勤、項(xiàng)目完成情況、小組匯報(bào)等情況等進(jìn)行評分，其中6S管理占10%，課堂考勤占10%，項(xiàng)目完成情況占60%，具體分為程序設(shè)計(jì)（占20%）、虛擬仿真（占20%）、實(shí)物制作（占20%），小組匯報(bào)占20%。

（3）課后鞏固拓展：占項(xiàng)目成績的20%。課后，任課老師發(fā)布課后任務(wù)和拓展知識，讓學(xué)生利用課余時(shí)間線上完成，根據(jù)學(xué)生的完成情況、在線互動(dòng)情況等進(jìn)行評分。

（4）增值考核評價(jià)：占項(xiàng)目成績的10%。基于增值評價(jià)理念，根據(jù)三個(gè)增值點(diǎn)對學(xué)生進(jìn)行評價(jià)：此次項(xiàng)目相對于上一個(gè)項(xiàng)目成績的進(jìn)步情況；學(xué)生上臺匯報(bào)時(shí)的進(jìn)步情況；學(xué)生項(xiàng)目參與度情況。

6 結(jié)束語

本文提出了一種基于OBE-CDIO的單片機(jī)課程教學(xué)改革思路，通過積極融入思政元素，圍繞智能小車，以項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的方式重構(gòu)單片機(jī)課程教學(xué)內(nèi)容，使得單片機(jī)的理論知識與實(shí)踐技能緊密聯(lián)系，改變單片機(jī)課程傳統(tǒng)的“重理論、輕實(shí)戰(zhàn)”的情況，并建立基于“增值”理念的單片機(jī)項(xiàng)目考核評價(jià)方案，讓學(xué)生從枯燥的單片機(jī)理論知識教學(xué)脫離出來，通過智能小車的設(shè)計(jì)與制作，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)單片機(jī)的積極性，掌握單片機(jī)項(xiàng)目開發(fā)設(shè)計(jì)方法，從而實(shí)現(xiàn)“做中學(xué)、學(xué)中做”的教學(xué)理念，大大地提高了工程應(yīng)用人才的培養(yǎng)質(zhì)量。

基金項(xiàng)目：2023年浙江省高職教育“十四五”第一批教學(xué)改革項(xiàng)目（jg20230335）。

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