OBE-CDIO工程教育模式下的单片机模块课程改革与实践

张晓培 何永玲 崔传真 王跃飞 申 康

（钦州学院机械与船舶海洋工程学院，广西 钦州 535011）

0　引言

近年来，我国高等教育发展的重点放在了应用型人才的培养上，国内的诸多学者也纷纷在教育教学改革中不断的摸索和改进[1-2]，其中工程专业认证中的OBE-CDIO人才培养模式与我国的应用型人才培养理念基本上是一致的，而且系统地体现了“学做结合”的理念。“单片机模块”是自动化专业的一门综合性较强的专业基础课程，它不仅是控制系统等后续专业课程的基础，还是毕业设计、机器人设计类竞赛的核心基础。该课程在自动化专业应用型人才培养方案中对培养和提高学生工程分析和解决实际问题的能力起着重要的作用。因此,本文提出采用OBE-CDIO工程教育模式来设计开发我校的单片机模块课程的教学过程，对改进该课程的教学提供了一个新的教学改革思路。

1　以往单片机模块教学中存在的问题

单片机模块课程包括单片机原理和单片机原理实验，是理论与实践并重的课程。然而在传统的教学过程中存在如下问题：

1.1　教材内容过于陈旧

比如在单片机编程语言的学习过程中，大多教材的案例还是采用的是编程语言等。

1.2　教学方法陈旧

在教学过程中老师按照教学大纲进行课堂内容的讲授，造成了学生学习的内容局限于教材中。从而使得学生缺乏思维锻炼的机会，学习兴趣比较低，教学效果不理想。

1.3　实验教学环节效果差

目前单片机的实验学时占的比重不大，实验项目都是依据现有的开发板而进行的，并且基本上都是验证性实验，缺乏综合设计性实验项目。学生所做的实验知识点连贯性不强，导致整个课程学完了，大多数学生依然不能系统地掌握单片机项目开发的过程。

1.4　考核方式单一

目前，该门课程以平时成绩占10%、实验成绩占30%和卷面成绩占60%的最终成绩作为评价学生学习效果的考核方式。通过传统考核形式只能了解到学生们学习到了什么书面知识，不能够了解到学生是否达到了学以致用的程度。

表1　单片机模块课程的CDIO能力培养目标矩阵

针对传统教学模式下的问题，一些高校将项目驱动和案例分析的方法应用到单片机课程教学改革中[3-4]。虽然通过这些方法，学生的兴趣和学习的主动性都得到了一定的提高，但是作为应用型人才他们在团队协作和企业环境下开发设计等方面还有一定的不足之处。而工程认证中的CDIO教育模式恰恰可以弥补前者的缺陷。鉴于上述的问题，本文将专业认证中的OBE人才培养体系和CDIO教育模式引入到单片机模块化教学过程中，通过此方法培养学生的学习推理、沟通、协作等方面的能力，培养德才兼备的应用型人才。

2　CDIO模式下的单片机模块项目驱动学习

2.1　单片机能力培养目标矩阵

CDIO以培养工程师的角度确定了人才的培养标准，这些具体的标准有效地体现了培养应用型人才所应该具备的能力。所以本文在单片机模块教学改革中建立了基于CDIO培养目标的能力矩阵，如表1所示。该能力矩阵主要是从专业能力和素质两大方面进行细化的。专业能力侧重于在教学过程中，学生专业知识和技术性水平的提高。在单片机模块课程中所需要掌握的专业能力从技术知识和推理能力这个层面体现，由4个方面组成：（1）掌握系统设计过程中的框架和设计步骤；（2）硬件电路设计；（3）软件程序设计；（4）系统设计时课程群内其他知识的综合应用。素质能力从个人职业技能和职业道德等其他3个层面体现，具体包含了职业技能、团队协作、企业环境等。

2.2　项目实施环节

在单片机模块教学过程中，采用项目驱动的方法来培养能力矩阵中的能力。根据CDIO能力培养大纲的四个层面展开项目的实施过程，具体环节包括了以下四个步骤：首先，单片机模块理论教学环节；其次，教师介绍项目任务和要求，指导学生组成若干有效的团队；再次，学生对项目进行目标分析、可行性分析和成本预算等，到最终的综合调试和项目报告的形成；最后，项目实现结果的测试和项目报告的评价。它可以包括教师评价、学生自评和学生间互评等。

2.3　考核方式

依据OBE的教育理念，主要从知识和能力两方面考核。考勤和平时作业占10%、实验与报告占30%、项目实施占20%和期末试卷考试占40%。卷面成绩反映了学生掌握理论知识的能力，实验与项目及其对应的报告反映了学生的工程推理与解决问题、分析和交流沟通的能力。该考核方式在满足OBE的要求情况下，可以有效地评估学生的能力。

3　OBE-CDIO模式下的教学改革的效果

3.1　学生由被动到主动的转变

传统教学是以教师计划给学生介绍关于单片机的概念并向学生展示单片机的具体应用，基于结果为本的教学是学生将能够运用单片机相关的知识发现和解决问题。

3.2　教学目标从内容为本到结果为本的转变

传统的教学是学生会：认识选择单片机及外围芯片的准则；掌握单片机接口电路的驱动方法等。而以结果为本即学生能选择合适的单片机芯片和外围接口来实现设计项目的需求等。

3.3　独立完成到团队合作的转变

以项目驱动的学习方法，需要学生以小组的形式完成任务。而在合作的过程中，团队中的成员为了项目实施会进行一系列的协调和交流，它们在这个过程中逐渐培养了团队合作精神。

4　结束语

本文提出的基于OBE-CDIO教学模式下的单片机模块的改革，以学习结果为导向，以CDIO工程教育标准为课程教学设计的核心，通过项目驱动的方法来培养单片机模块课程能力矩阵中的能力目标。该方法有效地培养了学生的技术知识、团队协作和职业素质等方面的能力，为应用型人才的培养提供了一个有效的解决方案。

【参考文献】

［1］刘亮军.地方普通本科高校应用型人才培养机制创新[J].教 育 与 职 业 ，2017(14)：50-53.

［2］葛雷,金巨波,唐友.基于混合式教学的产教融合、工学结合培养模式的探索[J].信息记录材料,2018,19(01)：157-160.

［3］尤新芳.单片机一体化教学中项目驱动法之教学设计[J].职 业 ,2016(34)：62.

［4］刘宏涛.浅谈案例分析法在中职教育中的应用——单片机原理的案例分析应用[J].新课程(教育学术),2012(03)：113.