CDIO—OBE工程教育模式下“单片机课程”教学改革

雷高伟 刘美 徐小玲

摘 要： 针对目前“单片机课程”教学中普遍存在的两大问题：一是带有诸多弊端的以理论知识学习为重点、以教师讲授为主要授课方法的传统教学模式；二是单一的以平时成绩与卷面成绩按照一定的比例构成的最终成绩评价学生学习效果的考核方式，借鉴CDIO工程教育模式中以项目驱动的教学方法及OBE中以成果导向教育的评价模式两大优势构成基于CDIO-OBE的教学评价模式，将其应用到单片机课程的教学当中，提高提高教学质量和人才培养质量。

关键词： CDIO OBE 单片机课程 教学改革

“单片机课程”是计算机、自动化、测控技术及电气等专业的一门具有综合性质的骨干课程，其支撑基础课程主要有电路、数电、模电及C语言等。它与其他专业课一个明显的区别就是具有很强的实践性，因此它更容易引起学生的学习兴趣。但是，目前这门课的授课形式并没有迎合其“强实践性”这一特点，而是采取传统的以教师讲授为主的授课方式，按照教科书的章节顺序进行授课，这样的授课模式忽视了这门课的实践性所带来的趣味性，因此既抹杀了学生学习这门课的积极性，更对知识点不能有深刻理解。如果能以项目为载体，让项目完成的全过程贯穿整个学习过程，使学生在“做中学、学中做”，充分调动学生学习的主动性与自主性，则整个单片机的学习将达到事半功倍的效果[1-2]。CDIO工程教育模式理念的核心就是受到现代工业产品从构思研发到运行乃至终结退休的生命全过程的启发，以实际项目工程为载体，培养学生的四大工程能力，包括个人的工程科学和技术知识，学生的终身学习能力，团队交流能力和在社会和企业环境下产品、过程和系统的建造能力。这一理念恰好符合“做中学、学中做”的思想。

传统“单片机课程”的“教”与“学”的模式存在很多不足之处，严重影响教学质量和人才培养质量，其不足主要体现在以下几个方面：（1）整个教学活动中，老师讲授的内容严格按照教学大纲进行组织与设置问题，造成学生学习的知识相对固定，只局限于课本内，思维锻炼也受到限制，形成老师处于主导地位，学生只能被牵着鼻子走的局面。而以项目为载体，学生在完成项目的过程中，会遇到各种各样的问题，其中有些问题是来自书本之外，这样就拓宽了知识面，思维也受到更多不同刺激，得到良好的锻炼。（2）目前单片机课程实验的设置，多以验证性实验为主，而且都是在实验室现有的开发板上进行，而对于真正的单片机项目开发，这所做的只是其中一个环节，真正的单片机项目开发过程包括需求分析、可行性分析、系统体系结构设计、硬件设计、软件设计、综合调试等。所以整个单片机课程学完之后，很多学生对单片机项目开发的全过程依然没有清晰的认识。（3）考核学生最终的学习效果，多以理论性知识点的卷面形式考试为主，只要学生考试前一两周对课本知识点进行充分“背考”，就可以顺利通过考试。这样的考核方式最多能知道学生知道了什么，完全不知道学生可以做什么，而且学生的学习动机完全不是基于兴趣，只是应付考试。

一、以项目为载体，改变教学方式

CDIO工程教育模式下的项目教学法与传统教学方法相比，主要有三个方面的转变：（1）学生由围绕课本学习到围绕项目学习；（2）学习过程由以教师讲授为主到以学生自学为主：（3）由记忆、理解知识点到运用、内化知识点。

在选择训练项目时，要注意以下两点：（1）训练项目不宜太多，要做到少而精，追求“做一件事，做好一件事”的教学理念，而且选择的项目要涉及单片机全部的基本知识点。（2）项目的复杂度要由简到繁，循序渐进；难易程度要由浅入深，层层推进。因为刚开始，学生对单片机还比较陌生，感性认识和理性认识都很浅，所以先选一些训练内容单一的项目，然后逐渐过渡到综合性项目。

将所有项目分为两类，一类是训练内容单一项目，如表1所示一类是综合性项目。因此项目的实施根据是单一项目还是综合项目也分为两个阶段，由于单一项目比较简单、任务量较小，因此对于单一项目采取暂时不分组的办法，以个人为单位完成每个项目，虽然项目简单，但要求每个学生都按照单片机项目开发的一般流程，从需求分析，可行性分析，到最终的综合调试逐步完成。其实这也是在为接下来以小组团队形式完成综合性项目开发做准备，虽然团队的协作很重要，但好的团队也是建立在个人能力基础之上的，否则，团队只能是有名无实。

再者从培养人才的角度讲，让每个学生都成才，才是教育真正的目的所在。每个项目完成之后，都会让一部分学生上台展示自己的作品，并讲述其设计思路、设计方案及在完成项目的过程中遇到什么问题，然后又是如何解决的，这是一种分享，一种交流，同时锻炼学生的表达能力。当所有单一项目做完，争取每个同学都有上台的机会。

在第一阶段进行完的基础之上，把所有学生按三人一组，组成一个项目团队。每个团队的成员根据自己的喜好与特长，选择在综合项目开发过程中的不同角色。能力突出的可以担任队长，负责整个项目的实施，其他两位同学可以分别负责软件、硬件的设计，虽然有分工，但是每一个环节的完成，组员之间都可以交流讨论，献计献策。当然，也鼓励每个团队的成员都担当一次队长，锻炼自己。每一个项目完成之后，也会像第一阶段一样，让一些团队上台展示自己的作品，和其他团队的作品进行比较，交流心得体会，取长补短，不断改进。

表1 训练内容单一项目

表2 综合性项目

二、以成果为导向，改变考核方式

在基于OBE的工程教育模式中对“学习成果”给出这样的定义：学习成果是学生最终取得的学习结果，是学生通过某一阶段学习后所能达到的最大能力。从这个定义中，我们看到它注重的不是学生了解什么、知道什么，而关心的是学生能做什么，通过对单片机课程的学习，获得了能做什么的能力[3-4]。本文所提出的考核方式主要是受到OBE工程教育模式中对“学习成果”的定义的启发，对学生学习结果的考核分为“小组项目考核”和“理论考试考核”两部分。

1.小组项目考核。

“小组项目考核”注重的是整个小组运用理论知识解决实际问题的能力，以及团队成员之间的协作能力，该考核贯穿整个项目实施的全过程，对各项能力进行客观评价，以及最终完成项目的质量情况、有无创新之处，综合打分。该成绩占整个考核的比重的70%。

2.理论考试考核。

针对“单片机课程”来说，虽然实践动手能力很重要，但不能矫枉过正，完全忽视理论知识，毕竟理论知识是实践的基础，再者对于本科教育来说，掌握理论知识也是进一步深造的基础，所以有必要对理论知识进行考核，该成绩占整个考核的比重的30%。

实行这样的考核方式还达到了其他效果，比如学生的出勤率明显提高，这主要有两方面原因，一是学生对动手比较感兴趣，相对于枯燥的理论课堂授课更有吸引力；二是他们是以小组为单位，如果是某位同学缺席，就会对他们这一组的项目进度产生影响。

三、改革效果

1.兴趣引导，转被动为主动。

传统教学模式通常为教师讲授理论知识为主，学生以记忆和理解抽象知识点为主，教与学形式单一，枯燥无味，严重挫伤了学生学习的积极性。基于CDIO工程教育理念的教学模式，是以项目的实施贯穿着整个学习过程，学生在完成项目的过程中，遇到什么问题，就主动想方设法解决问题，包括有针对性地查找相关资料、和其他同学讨论及寻求老师的帮助，最后问题得到解决[5]。当一个问题通过他们自己的努力得到解决时，他们总是很兴奋，更加充满学习动力，极大地激发了他们进一步学习单片机的兴趣，这种良性循环在项目完成过程中不断得到循环。

2.知识整合，提高综合能力。

“单片机课程”是一门以电路、数电、模电及C语言等专业基础课为支撑的综合性课程。但是这些专业基础课之间的联系并不那么紧密，学生学完这些课程之后，很快就会忘记。CDIO工程教育模式下，单片机的学习以完成项目为主线，其中所遇到的问题要得以解决，就要运用到支撑它的专业基础课中的知识点，将这些知识点运用到项目中，就像镶嵌其中一样，和项目融为一体，而不再是片面的、零碎的知识点。根据OBE的成果特点，其中一条“成果越接近学生真实学习经验越可能持久存在尤其是经过学生长期广泛实践的成果其存续性更高”可知，这样习得的知识记忆得更长久，而且提高了学生运用知识的综合能力。

3.分工合作，培养团队精神。

团队意识已经成为越来越多的企业在招聘人才时的一项考核内容。在现代这个追求高品质、高速度的社会，要想高质量、快速度地完成一个综合项目，靠一个人单打独斗的模式已经被淘汰，也几乎不可能完成[6]。传统的教学模式，恰恰忽视了这一能力培养，每个学生的学习过程都是个体单独完成的。基于CDIO的工程教育模式，学生以小组形式完成项目，期间他们为了解决一个共同问题进行深入交流，互相学习，彼此配合，不知不觉中锻炼团队协作精神。

4.注重实践，提高动手能力。

“重理论，轻实践”一直是理工科高等教育传统教学模式中的一个普遍现象。老师过于注重理论教学，学生为了顺利通过考试，把主要经历放到理论知识的学习上，单片机课程结束了，一些学生连简单的电路板都不会焊接，更不用说调试。在CDIO工程教学理念指导下，始终坚持教学与实践一体化，将所学理论知识通过动手实践运用到实际项目中，从而提高学生的实践动手能力。

四、结语

借鉴CDIO工程教育模式，以项目为主线培养学生优势，改革教学模式，以及OBE基于学习结果培养学生的特色，改革考核模式，然后综合两大教育模式，提出基于CDIO-OBE的教学模式，使得理论与实践结合得更加紧密，改善“单片机课程”传统教学模式中“重理论、轻实践”的状况。新的考核方式，让学生不再只为“分数”学习，而是以兴趣激发动力，全身心投入到单片机项目开发中，形成“做中学，学中做”的局面，大大提高教学质量。

参考文献：

[1]顾佩华，沈民奋，李升平，等.从CDIO到EIP-CDIO：汕头大学工程教育与人才培养模式探索[J].高等教育研究，2008（1）：12-20.

[2]康全礼，陆小华，熊光晶.CDIO大纲与工程创新型人才培养[J].高等教育研究学报，2008（4）：16-18.

[3]顾佩华，胡文龙，林鹏，等.基于“学习产出”（OBE）的工程教育模式——汕头大学的实践与探索[J].高等工程教育研究，2014（1）：27-37.

[4]邱剑锋，朱二周，周勇，等.OBE教育模式下的操作系统课程教学改革[J].计算机教育，2015（12）：28-34.

[5]王芳楷.基于CDIO的单片机课程教学研究[J].广东轻工职业技术学院学报，2012，11（1）：34-36.

[6]张翼成，刘美，王涛.CDIO模式下“单片机原理及应用”课程教学改革[J].计算机教育，2012（23）：90-93.

基金项目：2014广东省高等教育教改项目（GDJG 20142405）。

通讯作者：徐小玲