基于CDIO模式的单片机原理及应用课程改革与实践

赵燕燕 刘馨芳 李佳立 胡建霞

[摘 要] 为有效提高高职高专电气自动化类专业人才培养质量，将CDIO模式引入单片机原理及应用课程教学中，以实践为主线开展项目式教学，以项目任务为切入点，引入相关知识点，通过任务实现，引出单片机应用系统的设计与实施过程，突出课程的实践性与实用性。实践证明，基于CDIO模式的任务驱动法有利于学生理解和掌握本课程内容，同时有效调动了学生积极性，培养了学生的创新能力和团队协作能力，取得了良好的教学效果。

[关 键 词] CDIO；单片机；一体化；教学改革

[中图分类号] G712 [文献标志码] A [文章编号] 2096-0603（2018）18-0144-02

高等职业教育的目标是要给学生提供必需够用的知识，培养学生的专业技能，提升学生的综合素质，培养学生的社会意识和创新精神，使其成为服务于一线的高技能型人才[1]。单片机原理及应用是高职高专电气自动化类专业的必修课，是工程性、实践性很强的一门课程，除要求學生掌握够用的理论知识外，尤为重要的是要具备较强的动手能力，能够完成实际的单片机系统开发应用等工作。因此，对工科学生来说，很好地掌握单片机应用技术，不仅有助于深入地学习专业知识技能，提高自身的整体专业素养，培养动手能力与团队意识，更重要的是能够获得实用的专业技能，提升就业竞争力。

那么，如何培养出适应社会需求的专业技能型人才，是高职教师面临的一项紧迫而艰巨的任务。专业教师和学生越来越重视单片机原理及应用课程的教学成果。但传统的理论教学模式，教师讲授为主体的教学方式，使学生的自主学习很被动，学生的实践能力和综合素质培养不够，造成课程学习效果不佳。这种现状与培养技能型人才的理念相违背。因此，单片机课程的教学改革势在必行。

一、课程现状

传统的基于汇编语言的单片机理论教学方法是：老师在课堂上按照教科书理论知识的章节顺序进行授课。（1）单片机基础、硬件结构部分概念多、专有名词多，内容较抽象，对高职学生来说会感觉入门较难；（2）汇编编程语言指令111条之多，且需要讲授每条指令的功能及操作数来源，因此需要占用大量的课时，同时讲授指令的实例大都简单、不能满足工程的实际应用；（3）本课程各部分知识衔接紧密，逻辑性和完整性强，学生在前半部分学不好，后半部分应用普遍感到难学，因此授课教师也存在许多困惑，只能讲授最简单、最基本的知识。

因此，传统的理论教学存在以下问题：在讲课学习过程中，更多的是关注知识的传授讲解，而作为系统工程应用，解决工程问题的积累往往被忽视。学生即使学完了教学计划所规定的全部内容，仍然无法系统、彻底地掌握单片机控制系统的工程应用。这就要求专业课教师不断反思教学过程，如何培养顺应市场需求的高技能和创新型人才，需要我们在课程教学方法上进行不断的改革和探索[2]。

二、COID工程教育模式

COID工程教育模式是一种先进的工程教育理念和实施体系，也是目前我国高校工程教育领域的研究热点。COID的四个字母分别代表构思（conceive）、设计（design）、实施（implement）和运行（operate）。从产品的研发到产品的运行构成一个完整的周期，在整个过程中，学生积极主动参与每一个具体的环节，从而使学生体会到了产品设计的艰辛与乐趣，培养了学生具备一个工程师的职业道德和团队协作精神[3]。COID的理念符合高职教育对技能型人才的理念，进行COID工程教育模式的教学改革，将会帮助我国职业教育更好地借鉴国际先进的工程教育研究成果，推进国内高职教育从课堂教学到工程教学，从理论教学到实践教学，有助于改善我国高等职业教育的现状，同时促进了我国高等职业教育的良性发展[4]。因此，本文提出针对单片机课程在课堂教学、实验教学和课程考核等环节，查找该课程在教学中的矛盾所在，探讨基于CDIO以项目式教学促进学生能力素养提升的单片机教学模式。

三、基于CDIO工程教育模式的单片机教学改革探索

（一）以项目任务为主导，整合教学内容

单片机的理论来源于实践，又反过来指导实践，当前我国高等职业院校单片机教学的普遍现象是学生的基础理论知识掌握得比较扎实，但工程实践能力普遍较薄弱。因此，本专业教学团队在研究CDIO教育模式的理念和本质基础上，转变观念，改革教学内容、教学方式和手段，紧密结合“必需够用”的理论知识，设计项目任务，整合教学内容，并将CDIO理念融入教学内容、课堂教学环节中。

具体课堂教学以项目任务为主导，以任务实现为切入点，引入相关知识点，在学生掌握一定的单片机知识之后，让学生建立项目实施的理念，明确单片机在系统设计中的实际角色，明确具体的项目任务功能和要求后，引导学生完成系统硬件设计、软件设计、系统调试等。这样，把课程的教学任务转变为一项项目工程任务，来提升学生的学习兴趣，使学生有一种学以致用的成就感，从而促使学生去学习和项目有关的知识点，如，电路基础、电子技术、C程序结构算法等知识，使学生建立项目工程设计开发的思路，并掌握相关必备的理论知识。因此，本课程按照COID教学理念实施教学，以任务驱动的方式完成各项目所设定的任务，实现专业技能和理论知识的有机整合。以项目三为例说明整合后的教学内容结构，如下表所示。

（二）采取“教、学、做”一体化教学模式

本课程突破传统的学科体系教学框架，融入任务驱动、理实一体化的CDIO理念。将课程内容设计成具体任务模块，采取任务驱动式“教、学、做”一体化教学模式，即按职业活动顺序的每一个过程环节来传授相关的理论知识和专业技能，整个项目完成后使学生能更深刻地理解单片机知识。这种教学模式使课堂知识获得与工程实践充分联系起来，实现理论知识和专业技能的有机融合。在实施项目教学的过程中，项目任务的教学内容直接在单片机实训室进行，教师一边讲授，学生一边动手在单片机实训装置平台上完成。在具体项目任务的安排方式上，灵活采取proteus仿真软件、keil软件与实训模块设备相结合的方式，充分体现单片机系统工程开发设计过程。

在實训室，两人一组，自行分配不同任务，而后采取集中讨论、设计最佳方案的方式来完成项目设计。在项目实施过程中出现问题，尽量促使学生能自主解决问题，如，学生可通过互相讨论或上网查阅资料解决问题。最后难以解决的问题由教师指导完成，充分发挥学生的自主学习能力和调动学生的主观能动性。同时也很好地培养了学生的团队协作能力，使学生体会到团队的力量，形成了很好的团队合作意识，为毕业后的工作打下了坚实的基础。

（三）改进成绩考核方式

传统的学生成绩考核通常是由任课教师以试卷考试的形式对学生进行考核，学生的考核成绩由平时成绩和卷面成绩按照若干比例构成。这种单一的考核方式难以考查学生的综合能力，诸如，理论知识、动手能力、团队合作意识、自主解决实际问题的能力。为改善这种传统考核方式，确保考核方式的合理性、公平性和有效性，单片机的成绩将以CDIO工程教育基本理念为指导，以项目结合的形式，理论知识和实操技能相结合评定学生成绩，具体考核分为两部分：（1）过程化考核方式：将学生每个项目任务的理论知识、实践操作技能、实践工单完成情况相融合，综合评定学生每个项目任务成绩，将所有成绩按权相加求和占学生总成绩50%。（2）期末考核方式：学生参加一人一机一题方式考核，即学生根据任务要求独立完成一个项目任务的设计、实施、仿真、实现过程，真正考查学生在具体项目实施过程中的动手能力，占学生总成绩的50%。

将以上两部分成绩按1∶1模式作为一个学生对此课程学习情况的成绩评定方法，注重“过程考核”，关注学生知识、技能的学习过程，关注实践环节及工程应用能力，力求知识与能力有机融合的教学考核，不仅增强衡量学生掌握知识的能力，同时也利于引导学生注重动手实践能力和自身综合素质的提高。

（四）CDIO教学模式的特点

（1）合理的一体化教学方案。（2）工程实践引导，项目任务驱动教学。（3）激发学习兴趣，学中做、做中学。（4）培养学生的自主学习、解决问题能力。（5）培养团队协作沟通能力。（6）强调平时积累，重视过程化考核。

四、结束语

为解决传统的单片机原理及应用课程理论教学存在的种种问题，为提高职业类院校电气自动化类专业人才培养质量，我们将CDIO工程理念引入该课程教学中，注重学生专业技能培养，将理论知识和实践技能有机融合，真正做到学中做、做中学的教学模式。实践教学证明，该教学模式教学效果显著，明显提高了学生对单片机学习的积极性和主动性，有效培养了学生的自主学习能力，提升了学生的工程实践能力。同时，该课程的教学目标也基本满足了社会对单片机开发应用的市场需求和技术需求，为培养真正的发展型高技能人才提供了一条有效的途径。

参考文献：

[1]宋秋实，冯博楷.高等职业教育中单片机教学探索[J].科教导刊，2015（10）：92-93.

[2]苏淑靖.CDIO模式下单片机原理及应用教学改革与探索[J].教育教学论坛，2015（20）：101-102.

[3]宁彬，袁磊，谷琼，等.基于CDIO模式的软件工程课程教改探讨[J].计算机时代，2014（3）：44-45.

[4]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（32）：22.