CDIO在高职《单片机技术》课程中的应用

马永军　李伟民　华有斌

[摘 要]本文充分借鉴CDIO工程教育模式改革单片机技术课程，以典型电子产品设计制作为载体，能力培养为目标，更新教学观念，关注工程实践，培养自学能力，加强人际沟通技能和职业道德培养并重，注重课程过程的评价，学生综合素质与教育质量有了明显提高。

[关键词]CDIO 单片机技术 应用

[中图分类号] G424.1[文献标识码] A[文章编号] 2095—3437（2012）09—0103—02

CDIO（Conceive—Design—Implement—Operate）工程教育模式采用“做中学”的教学方法，以产品研发到产品运行的生命周期为载体，让学生以主动的实践的方式学习工程。[1]CDIO所强调的基于项目全过程学习的理念给高职教育的人才培养方式的改革提供了新的思路和方向。本文根据高职教育的实际情况，在高职《单片机技术》课程教学中引入CDIO工程教育理念，教学内容围绕实际的职业活动和典型工作任务展开，以项目训练促进学生综合能力的培养，效果较好。

一、基于CDIO模式的课程改革

高职《单片机技术》课程是高职电类专业的一门专业基础课程，课程的培养目标是使学生能掌握单片机基础知识和简单控制系统的设计应用，并具有开发典型工程项目的能力。传统的单片机教学多采用理论实践相结合的模式，经教改后先后采用过任务驱动式教学方法和项目教学方法，对教学效果有较好的改善。但由于单片机的基础理论知识比较抽象，实验内容过于单元化，项目的设计制作主要集中在学期末一段时间内进行，学习过程较为被动，学生项目制作过程中缺乏团队协作的训练，也没有切实有效的评价手段，这些都不利于学生工程能力和综合素质的培养和提高，也容易导致和企业需求脱节。

我们参照CIDO教学模式“系统的能力培养，全面的实施指导及实施过程和结果检验的12条标准”为依据，对单片机技术课程的内容进行改革，以典型电子产品为载体，项目选取体现团队化特征，与实际应用对接，通过对基于单片机控制的典型电子产品的构思、设计、实施和运作（CDIO）培养学生掌握控制电路的基本分析方法和技能，同时在产品制作的过程中，强化学生的团队意识，提高学生的沟通交流能力和协作技能。[2]

二、基于CDIO模式的课程教学

我们结合电类专业岗位真实工作任务和学校实际情况采用基于CDIO的单片机课程教学，选取“单片机控制交通信号灯系统”、“单片机恒温控制系统”、“基于单片机电子点阵屏设计”等多个综合项目引入教学，让学生通过课程实践，完成CDIO整体训练，得到全面的训练和提高。

（一）项目构思（C）

主要对要设计的单片机控制系统进行分析、讨论、交流，了解系统总体的要求和开发意义，对高职学生来说项目重在实施，设计的过程可在老师的启发下，学生分小组讨论，完成系统结构设计的总体框图，项目构思主要是通过引导和交流探讨工程方法，加强团队意识，培养工程推理和解决问题的能力。

（二）项目设计（D）

进行项目总体设计，包括硬件设计（电路原理图、印刷电路板图、元件布置图）和项目软件设计（程序流程图和程序清单）。在设计过程中，通过查找资料、研讨、互评、优化和小组互动，根据学生能力不同，分工合作，统一调度，设计出合理的实施方案并生成Protues系统仿真实现图。项目设计过程锻炼了学生的自学能力、职业态度和人际交流能力，培养了学生工程项目的设计和实践能力。

（三）项目实施（I）

进行项目实施主要是完成单片机控制系统的在线仿真调试和印刷电路板的生产以及元器件的焊接，包括印刷电路板的布线，正确性检测、元器件布置。印刷电路板的制作在我院工程中心进行，元器件的焊接在单片机综合实训室完成，各项工作及时互通进度，及时检测错误，商讨改进，培养团队协作交流能力。

（四）项目运行（O）

项目运行主要是程序的固化并使单片机控制系统独立运行，应做到能对系统故障进行分析和检查，并能寻找解决问题的切入点和具体解决问题的方法，学会运行维护系统的方法。最后要进行控制系统项目开发的总结，整理分析资料，包括系统说明书、设计图纸及设计总结，建立工程档案以备日后应用参考和查验。

三、基于CDIO模式的具体实施

《单片机技术》课程的整个教学实践过程以学习者为中心，在CDIO全过程中引导学生进行自主性的电子产品电路的设计、制作、调试。给予学生更多自己做的机会，使学生更好地理解和掌握各分散的单元内容，真正实现做中学和做中教，使学生的工程能力和综合技能得到很大的提高。[3]

我们以"单片机控制交通信号灯系统"为例说明基于CDIO模式教学的具体组织与实施步骤。

（一）让学生明确任务内容及要求，本任务采用单片机和可编程并行I/O接口芯片8255A为中心器件来设计交通灯控制器，实现能根据实际车流量通过8051芯片的P1口设置红、绿灯燃亮时间的功能，红绿灯循环点亮，倒计时剩5秒时黄灯闪烁警示，绿灯时间可检测车流量并可通过双位数码管显示，本系统实用性强、操作简单、扩展功能强，具有一定的综合性和实践性。

（二）设计过程由学生分析和教师指导完成，在明确任务之后，教师引导学生对任务加以分析，进行任务所需的资料、材料等的准备。把学生分成几个组，由组长组织讨论实施步骤并对人员进行分工，要求学生画出系统框图、设计系统电路以及程序流程图，教师可以根据需要给出主要程序设计内容，但关键知识点要留给学生自己完成，让学生动笔和独立思考，学生根据自己的知识积累、相互讨论和查找资料，设计硬件电路和参考程序，教师要进行必要的提示并对学生出现的错误及时加以修正，讲解，根据学生实际情况可适当调整任务难度和要求，增加学生完成任务的信心。

（三）前面构思和设计的任务需要教师协助学生完成，实施的任务则要求学生自己独立完成，每组内的同学根据能力不同可以有所侧重，学生在项目实施前应使用Protues仿真软件绘制电路原理图并进行系统程序的仿真、修改和调试，仿真通过后，再将目标文件下载到实际制作的单片机系统中进行联调，并进行完整的硬件电路设计。

（四）在调试运行过程中，要求学生根据出现的问题和运行的结果，进行进一步的分析、思考，培养学生创新的能力。同时要设计好考核评价表，考核评价要对工作态度、完成质量、团结协作、文明规范、安全操作等方面都应有所体现 ，重在促进学生工作技能、职业素质的全面提高。

基于CDIO的《单片机技术》课程以接近电子工程实际所涉及的单片机综合设计项目为主要载体，建立学生的工程价值观，激发学生的实践积极性，改善学生的学习态度和信心，培养学生团队协作意识，以产品为导向的工程教育更加强调了学生综合能力的培养，该模式也可以为其他专业课程的改革提供一些借鉴和尝试。

[参考文献]

[1] 查建中.论“做中学”战略下的CDIO模式[J].高等工程教育研究，2008，（3）.

[2] 严石.CDIO在高职《模拟电子》课程教学中的应用[J].天津职业大学学报，2009，（6）.

[3] 胡占军.基于CDIO的模式的项目教学实施方案[J].中国职业技术教育，2009，（8）.

[责任编辑：戴祯杰]