OBE―CDIO教學(xué)理念下重構(gòu)嵌入式課程綜合實踐項目

摘 要 為培養(yǎng)嵌入式行業(yè)的優(yōu)秀人才，需要重構(gòu)嵌入式課程的知識體系。文章基于OBE―CDIO理念，對嵌入式課程的教學(xué)大綱、教學(xué)內(nèi)容進行探索與研究，細化教學(xué)目標(biāo)，建立階梯式教學(xué)內(nèi)容；合理劃分嵌入式課程綜合實踐項目內(nèi)容，做好課程內(nèi)容學(xué)習(xí)的遞進銜接；在工程教育模式下，發(fā)揮教師引導(dǎo)作用及學(xué)生的主體特性，以培養(yǎng)學(xué)生的工程實踐能力。

關(guān)鍵詞 OBE-CDIO理念；課程重構(gòu)；教學(xué)項目；持續(xù)改進

中圖分類號：G642 " " " " " " " " " " " " " " 文獻標(biāo)識碼：A " " DOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2024.22.019

Reconstruction of Embedded Course Comprehensive Practice Project

under OBE-CDIO Teaching Concept

NIE Yingying

（Nanfang College Guangzhou， Guangzhou， Guangdong 510000）

Abstract Currently， in order to enhance the effectiveness of talent cultivation in vocational undergraduate education， it is crucial to strengthen the construction of practical teaching system in professional course teaching. From the current practical teaching system of vocational undergraduate colleges， there are still many problems. In this regard， the article takes vocational undergraduate cost courses as the research object， analyzes the importance of constructing their practical teaching system， explains the problems existing in practical teaching of vocational undergraduate education， and improves students' measurement and pricing level through integrated teaching content design.

Keywords OBE-CDIO concept; curriculum restructuring; teaching projects; continuous improvement

嵌入式課程是電子專業(yè)的重要課程，是基于學(xué)生未來從事嵌入式人工智能電子產(chǎn)品的設(shè)計開發(fā)、安裝及調(diào)試崗位而設(shè)置的理實一體專業(yè)課程。學(xué)生通過課程學(xué)習(xí)，培養(yǎng)單片機應(yīng)用能力、嵌入式系統(tǒng)程序設(shè)計能力、創(chuàng)新實踐能力和職業(yè)素養(yǎng)等，為學(xué)生后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)和工作實習(xí)奠定堅實的基礎(chǔ)，也為學(xué)生不斷適應(yīng)企業(yè)最新需求、崗位遷移以及項目開發(fā)創(chuàng)造條件。

目前嵌入式課程大多選擇實驗箱或者相關(guān)開發(fā)板展開教學(xué)[1]，基于開發(fā)板分模塊展開教學(xué)，在各模塊教學(xué)中融入理論知識；這種教學(xué)方式使得學(xué)生很難將嵌入式課程與完整項目建立聯(lián)系，更極少會思考其在實際企業(yè)環(huán)境中的應(yīng)用，這無疑造成了學(xué)生知識學(xué)習(xí)與實踐應(yīng)用的斷層，經(jīng)常出現(xiàn)有些學(xué)生可能某些模塊學(xué)習(xí)得很好，也可以用ARM芯片成功調(diào)試程序，但是遇到完整的項目就不知從何下手，顯然沒有理解嵌入式應(yīng)用開發(fā)的流程，也不清楚嵌入式產(chǎn)品的實現(xiàn)步驟與課程理論的聯(lián)系，這也是嵌入式課程教學(xué)和實際企業(yè)應(yīng)用分裂的表現(xiàn)。

1" OBE―CDIO理念

OBE理念是以成果為導(dǎo)向的理念[2]，它要求教師注重對教學(xué)過程各個環(huán)節(jié)的組織、管理、設(shè)計與考核評價，針對學(xué)生學(xué)情細化實踐目標(biāo)，助力學(xué)生達成學(xué)習(xí)成果。這種教育方式是面向產(chǎn)出的，以學(xué)生為本，以成果為導(dǎo)向并持續(xù)改進，是一種注重學(xué)生主觀動力和實踐操作的教學(xué)培養(yǎng)模式。而CDIO側(cè)重于從產(chǎn)品全生命周期的角度解析教育教學(xué)，其代表的四大過程分別是構(gòu)思―設(shè)計―實現(xiàn)―運行，此過程展示出產(chǎn)品從無到有的全過程，從這個角度培養(yǎng)學(xué)生，相當(dāng)于置學(xué)生于實際開發(fā)全程，體會具體的產(chǎn)品開發(fā)到運行的整個流程，直接參與實際的實踐應(yīng)用，脫離傳統(tǒng)的應(yīng)試學(xué)習(xí)方式，不再是枯燥的純理論學(xué)習(xí)，而是在做中學(xué)，實現(xiàn)實踐與理論的有機結(jié)合。鑒于當(dāng)前教學(xué)環(huán)境，目前已經(jīng)有大量學(xué)者有機結(jié)合OBE和CDIO理念，并應(yīng)用到課程教學(xué)設(shè)計中，在工程教育理念下培養(yǎng)學(xué)生的自主實踐能力，面向成果導(dǎo)向設(shè)計課程學(xué)習(xí)項目，以項目細化引導(dǎo)驅(qū)動教學(xué)目標(biāo)實現(xiàn)?？傮w而言，OBE―CDIO理念[3]是一種以學(xué)生為中心，發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性，將課程教學(xué)在社會實際需求背景下進行理論與實踐有機結(jié)合的教學(xué)模式。

針對當(dāng)前嵌入式課程教學(xué)過程中存在的問題，運用OBE―CDIO教育理念，重構(gòu)嵌入式課程，基于專業(yè)教學(xué)質(zhì)量國家標(biāo)準(zhǔn)和企業(yè)需求，梳理并細化教學(xué)內(nèi)容，將具體學(xué)習(xí)內(nèi)容與實際應(yīng)用場景相結(jié)合，力求教學(xué)內(nèi)容設(shè)計能夠突出課程的先進性與實用性，全面提升課程質(zhì)量。

2" 基于OBE―CDIO理念的課程重構(gòu)

OBE有機結(jié)合CDIO工程教育[4]的理念，把握好“學(xué)生為本，成果導(dǎo)向，持續(xù)改進”三要素在課程實施中的體現(xiàn)[5]，依據(jù)工程教育專業(yè)認證標(biāo)準(zhǔn)、專業(yè)教學(xué)質(zhì)量國家標(biāo)準(zhǔn)，以及人才培養(yǎng)目標(biāo)多維度剖析嵌入式課程的教學(xué)目標(biāo)和學(xué)知識體系。

從課程目標(biāo)和定位上看，以成果產(chǎn)出細化到具體技術(shù)指標(biāo)點，用于評價學(xué)生通過學(xué)習(xí)獲取的技能與實踐應(yīng)用能力，培養(yǎng)具備社會競爭力、符合企業(yè)需求的綜合創(chuàng)新型人才，因此課程教學(xué)目標(biāo)從知識方面要求學(xué)生掌握扎實的嵌入式原理、控制技術(shù)、電子電工技術(shù)、數(shù)據(jù)測試及驗證等理論；從能力方面要求學(xué)生掌握嵌入式產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計流程，具備工程實踐能力，具備程序設(shè)計、硬件設(shè)計、PCB設(shè)計再到整合測試的能力，能夠根據(jù)實際項目需求進行知識劃分，技術(shù)應(yīng)用、產(chǎn)品開發(fā)；綜合素質(zhì)方面的要求是具備創(chuàng)造性思維、批判性思維、學(xué)習(xí)自主性、團結(jié)溝通能力等。教師基于OBE―CDIO理念多維度剖析教學(xué)目標(biāo)，將抽象的教學(xué)目標(biāo)具象化，具體到知識點，更易把控教學(xué)的重難點，細化技術(shù)指標(biāo)，方便針對性地進行個性化教學(xué)，清晰明確的教學(xué)目標(biāo)會輔助學(xué)生清楚自己需要達到什么樣的學(xué)習(xí)目標(biāo)，并進行有效學(xué)習(xí)。

為實現(xiàn)以上教學(xué)目標(biāo)，嵌入式課程堅持“以學(xué)生為中心，學(xué)習(xí)成果為導(dǎo)向，將教學(xué)與實際工程實踐有機結(jié)合”的原則，進行課程知識體系重構(gòu)，基于CDIO理念結(jié)合學(xué)生學(xué)習(xí)能力、學(xué)生的知識儲備及實踐能力情況，將嵌入式課程以項目形式展開，并設(shè)計有基礎(chǔ)項目、綜合項目、擴展型項目三大類階梯遞進式項目。其中，基礎(chǔ)項目依托于項目形式融入嵌入式課程中的新知識點，以各知識點作為載體實現(xiàn)具體項目，實現(xiàn)理論實踐一體化教學(xué)；綜合項目的設(shè)計是在基礎(chǔ)知識點之上添加專項功能設(shè)計，功能設(shè)計貼合實際，讓學(xué)生熟悉嵌入式產(chǎn)品的開發(fā)流程；擴展項目是綜合型項目的擴展，基于綜合項目實現(xiàn)擴展功能，學(xué)生可應(yīng)用預(yù)留的IO口擴展模塊，真正學(xué)會靈活應(yīng)用stm32。經(jīng)過對教學(xué)目標(biāo)的分析及課程知識體系的重構(gòu)，依據(jù)CDIO階梯式項目劃分原則，最終將嵌入式課程劃分為5個項目：競賽計分器設(shè)計與實現(xiàn)、數(shù)字時鐘設(shè)計、簡易電壓表設(shè)計、電機調(diào)速系統(tǒng)、智能門禁系統(tǒng)。

3" 課程實施

為提升學(xué)生的軟硬件設(shè)計能力、工程實踐能力及可擴展能力，項目基于獨立的最小系統(tǒng)板開展，根據(jù)技術(shù)指標(biāo)點編寫實驗指導(dǎo)書，將主控模塊分發(fā)給每一位學(xué)生使用。課堂上，教師分發(fā)實驗指導(dǎo)書，引導(dǎo)學(xué)生理解項目需求；以子任務(wù)引入教學(xué)，從子功能實現(xiàn)方式到軟硬件設(shè)計，從各模塊示例代碼到綜合程序調(diào)試。課外，根據(jù)課堂上教師布置的練習(xí)以及模塊的范例程序，學(xué)生們先用模塊示例程序驗證課堂講授的現(xiàn)象，以便加深對課堂知識點的理解，然后根據(jù)實驗指導(dǎo)書，通過修改示例程序，進一步熟悉各模塊原理。使用獨立的主控模塊及各功能模塊，可以有效結(jié)合課上及課下時間，解決課堂時間有限，難以全部用課堂時間獨立完成開發(fā)的問題。使得項目開展的連續(xù)性得以保持，實現(xiàn)良好學(xué)習(xí)及實踐效果。

嵌入式課程各個項目的實施以教師引導(dǎo)為主，按照教學(xué)環(huán)節(jié)逐步推進：①展示項目進度表，并通過整體方案實現(xiàn)框圖、成品展示等方式引導(dǎo)學(xué)生從整體上把控項目的目標(biāo)、實現(xiàn)思路、各子任務(wù)時間節(jié)點；②將課程知識與各個實際項目子任務(wù)場景對應(yīng)，明確項目的理論基礎(chǔ)，按照項目的各個子任務(wù)講解可能涉及的具體技術(shù)指標(biāo)點；③明確項目完成度，設(shè)計多樣性要求，將項目要求對應(yīng)到詳細的技術(shù)指標(biāo)點，從而劃分項目完成度分級；④在兼顧學(xué)生個體差異化的基礎(chǔ)上，細化并合理設(shè)置考核評價，考核評價與項目由易到難的多級任務(wù)對應(yīng)，促進學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性； ⑤注重擴展功能的實現(xiàn)，并將其完成情況作為考核附加分的指標(biāo)之一。

4" 課程考核與持續(xù)改進

在項目考核[6]方面，每個學(xué)生獨立考核，考核分數(shù)具體到每一個技術(shù)點，針對學(xué)生學(xué)情，考慮到每個學(xué)生的差異性，考核環(huán)節(jié)設(shè)計有模塊原理說明、程序設(shè)計、硬件分析、綜合程序調(diào)試、硬件原理圖繪制、PCB設(shè)計、現(xiàn)象展示，每個實驗環(huán)節(jié)都有驗收標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)學(xué)生的陳述、展示、問題回答情況進行考核評價。多樣化分層次的考核標(biāo)準(zhǔn)，可多維度評價學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，促進學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，符合不同學(xué)習(xí)層次學(xué)生需求，充分發(fā)揮學(xué)生的積極自主性。

課程體系設(shè)計的一個重要階段是課程的持續(xù)改進[7]，課程改革實施的目標(biāo)是培養(yǎng)優(yōu)秀的嵌入式行業(yè)人才，課程內(nèi)容重構(gòu)的目的是建立理論實踐一體化教學(xué)模式，圍繞課程改革的培養(yǎng)目標(biāo)，從CDIO全生命周期的四個過程反向思考課程如何保證持續(xù)改進。“構(gòu)思”階段，緊跟行業(yè)信息，深入分析當(dāng)前行業(yè)需求，構(gòu)思學(xué)生的素質(zhì)能力培養(yǎng)方向，從而不斷細化修訂課程大綱，變更教學(xué)目標(biāo)；“設(shè)計”階段需要規(guī)劃教學(xué)資源、教學(xué)情境，是吸引學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的重要階段，基于課程教學(xué)大綱，可通過查閱專業(yè)競賽方向及知識深度變化、示范性金課要求、工程教育專業(yè)認證理念等方式來多維度分析當(dāng)前的專業(yè)導(dǎo)向，以不斷改進設(shè)計過程，盡量兼顧學(xué)生的差異化教學(xué)；“實現(xiàn)”階段側(cè)重于設(shè)計過程的實施，此階段分為課前、課中、課后三個部分開展，課前教師可通過超星平臺提前發(fā)布教學(xué)資源及教學(xué)重難點，引導(dǎo)學(xué)生的課前思考；課中以任務(wù)實例導(dǎo)入，提出課前思考的內(nèi)容，鏈接到需要講解的知識點，循序漸進、逐層深入；課后對應(yīng)教學(xué)中的重難點發(fā)布作業(yè)，方便學(xué)生總結(jié)改進，加深理解，完善知識結(jié)構(gòu)；“運行”階段是用于檢驗課程設(shè)計實施的過程，教學(xué)中不再通過單一的期末考試來獲取學(xué)生的知識掌握情況，而是將課程教學(xué)效果量化為具體的績效指標(biāo)，根據(jù)課程實際，可量化為課堂提問、作業(yè)完成、實驗成績、期中測試和期末測試等環(huán)節(jié)，細化后的考核方式側(cè)重于檢驗學(xué)生的實踐能力、工程應(yīng)用能力、團隊合作能力、解決問題的能力等，并關(guān)注進階培養(yǎng)學(xué)生的高級工程思維，同時分析學(xué)情，總結(jié)學(xué)生關(guān)于知識的反饋，反向促進課程持續(xù)改進。

5" 結(jié)語

基于OBE―CDIO理念確定教學(xué)目標(biāo)、開展課堂實施、設(shè)計實踐項目，形成教學(xué)模式。嵌入式課程的實踐項目設(shè)計符合階梯式知識體系，體現(xiàn)課程知識的連續(xù)性與學(xué)習(xí)遞進深入的特性，隨著各個項目的開展，層層深入。此外每個項目設(shè)計都是一個完整的嵌入式產(chǎn)品實踐過程，需要經(jīng)歷開發(fā)需求明確、查閱文獻、查閱數(shù)據(jù)手冊、確定技術(shù)指標(biāo)、確定實現(xiàn)方案、軟硬件設(shè)計、綜合調(diào)試、測試驗證、總結(jié)匯報等過程，項目的開展同時涵蓋了理論學(xué)習(xí)和實踐實施，通過項目的完成，構(gòu)建嵌入式知識體系，培養(yǎng)學(xué)生的嵌入式開發(fā)思維。

隨著科技發(fā)展和產(chǎn)業(yè)技術(shù)升級，高校教育也隨之變革，旨在提升工科專業(yè)畢業(yè)生的質(zhì)量，培養(yǎng)具備工程思維和創(chuàng)新能力綜合素養(yǎng)的人才。工程教育專業(yè)認證恰恰是提升學(xué)生培養(yǎng)質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)，而OBE理念和CDIO都著重培養(yǎng)適應(yīng)社會需求的畢業(yè)生，強調(diào)是建立于實際產(chǎn)品基礎(chǔ)上的工程教育?；贠BE―CDIO的理念設(shè)計嵌入式課程實踐項目，實施課程理論和實踐教學(xué)，以項目為導(dǎo)向，發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性，循序漸進地培養(yǎng)學(xué)生的調(diào)研能力、分析能力、自主思考和解決問題的綜合素養(yǎng)。OBE―CDIO的教育模式解決了理論和實踐分裂的弊端，很好地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，為其畢業(yè)后迅速適應(yīng)工作崗位奠定了基礎(chǔ)。

參考文獻

[1] 李德興，王玉松，邢東洋.面向新工科的嵌入式實踐課程改革與實踐[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報，2023，45（4）：41-44.

[2] 曹一鵬，吳昊，毛艷娥.OBE-CDIO理念下“單片微型計算機原理及應(yīng)用”課程教學(xué)探索與實踐[J].黑龍江教育（高教研究與評估），2023（7）：74-77.

[3] 吳麗麗，黃海燕，趙國炳，等.基于OBE-CDIO理念的機器人綜合實踐項目開發(fā)與實踐[J].機電工程技術(shù)，2024，53（2）：159-163.

[4] 杜文遼，侯俊劍，王宏超.融合專業(yè)認證和工程教育CDIO理念的教學(xué)模式研究與實踐[J].河南教育（高教），2024（2）：55-57.

[5] 漆世鍇，梁琳琳，曹暉，等.產(chǎn)教協(xié)同育人背景下基于OBE-CDIO理念的實踐教學(xué)模式研究——以專業(yè)綜合技能實訓(xùn)課程為例[J].高教學(xué)刊，2023，9（22）：122-125.

[6] 席廣永，鄒東堯，馬振剛，等.“物聯(lián)網(wǎng)企業(yè)項目實習(xí)”課程教學(xué)改革探索[J].物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，2024，14（4）：150-152，156.

[7] 彭秀輝.工程教育認證理念導(dǎo)向下新工科研究生創(chuàng)新培養(yǎng)策略探索[J].科教文匯，2024（6）：11-15.