CDIO工程教育理念下单片机应用技术课程的研究与实践

邱丹 熊小娟

[摘 要] 针对目前“单片机应用技术”课程的教学特点，结合CDIO工程教育理念和教育模式，提出一种新的教学思路。在明确了课程的知识、能力、素质培养的目标下，以典型案例为载体，遵循实际工程项目开发流程，对单片机应用技术课程进行整体设计，并构建了基于CDIO工程教育理念下的教学模式和评价体系。结果表明，基于CDIO理念的教学模式极大地提高了学生学习的主动性和积极性，更好地激发了学生的创新思维，增强了学生的应用能力和职业能力。

[关 键 词] CDIO；单片机；教学模式；评价体系

[中图分类号] G712 [文献标志码] A [文章编号] 2096-0603（2019）02-0102-02

一、引言

单片机应用技术课程是高等院校很多工科专业，如机电、电子、控制、自动化等专业的一门必修课，是一门综合性很强的课程。开发单片機应用系统除了要有单片机的专业知识外，还需要学生具有比较扎实的硬件电路设计能力、较强的动手实践能力和掌握编程的基本方法，这对刚刚开始学习相关专业知识的学生来说是比较困难的。同时，单片机应用技术课程又是一门实践性很强的课程，需要大量的实践环节作为理论知识的有益补充，目前提供的实践活动大多停留在对理论知识的验证上，案例老套、创造性缺乏，使学生的认知大多停留在对书本的阐述，教学效果不尽如人意。因此，提高课堂教学质量，强化学生实践能力是教学急需改进的问题

国际先进的CDIO是一整套工程教育理念和实施体系，代表着构思（Conceive）、设计（Design）、实施（Implement）和运行（Operate），强调的是学生在工程背景环境下进行的理论知识和实践技能的学习，在很多国外高校中得到实践并取得了理想成果。在高等院校尤其是高职院校的学生培养过程中往往会存在实践教学脱离实际工程、学生缺乏工程思维和协作能力等问题，若能将实际工程中产品研发到产品运行的生命周期作为课堂的载体，构建项目化教学，引入CDIO的教育理念，势必能加强教学内容与工作场景的关联性和贴近度。本文依据高职院校人才培养的能力要求，以项目实践为驱动，在单片机技术课程中融入CDIO工程教育理念，探索和实践CDIO理念在课程教学中的应用。

二、单片机应用技术的教学特点

单片机控制系统的开发是学习单片机应用技术课程的最终目的，也是开发人才需要具备的专业能力，除了要有扎实的学科和专业基础知识，更需要具备技术与工程实践能力，这样在实际应用系统开发项目时才能思路清晰，更有效地提升自身解决实际问题的能力。

（一）体系复杂，综合性强

单片机应用技术是硬件电路设计和软件程序编写相结合的产物，它融合了电路设计、编程技术、智能控制、数据通信等多种技术，是一门多学科的交叉课程。具体涉及数字电路、模拟电路、C语言程序设计、接口技术、传感器与检测等多门前导课程，通过应用能关联到机电、控制、电子等专业的相关课程，因此需要与诸多课程相融合，综合性强。

（二）理论系统，实践性强

单片机应用技术课程主要是讲授单片机控制系统的开发，是一门实践性很强的专业课程，以单片机在系统中的应用为中心，以微型控制系统为主线，进行软硬件协同设计，这就决定了单片机应用技术课程需要理论与实践紧密结合、侧重于动手实践能力培养的特点，所以，实践教学是单片机应用技术课程的重要环节，是培养学生实践能力的关键。

（三）发展迅速，更新较快

单片机应用技术的发展非常迅速，其新理论和新应用也在不断变化，这就要求单片机应用技术课程要密切跟踪相关知识的前沿技术，授课教师要有效地结合课程教学大纲结构更新教学内容，将教学融入真正的实践领域。

三、基于CDIO理念的教学模式和评价体系

（一）基于项目式驱动的探究式教学模式

单片机应用技术课程采用“学中做、做中学、边学边做”项目式驱动的教学模式，以8路抢答器、简易密码锁和数码管的动态显示设计这三大模块作为教学项目的载体，将课程内容进行整合，按产品的生命周期过程要求和引导学生进行相关知识学习和项目设计实践。该教学模式需要教师先整合项目中所包含的教学内容，思考采用怎样的教学方法和手段，如何激发学生的兴趣点，引入什么样的图片、视频，再通过仿真软件演示出项目执行的结果等方式，给学生一个直观明确的认识，然后学生以该项目为载体，按照发现问题、分析问题和解决问题的逻辑顺序进行构思、设计、实施和运行。通过上面的过程学生不仅可以获得项目中的工程基础知识，还能得到实践锻炼，体验工程问题的解决过程。

在课程教学规划和设计中需要根据企业所需人才的实际要求，让学生参与到教学规划的整个过程，激发学生的自主意识，增强主观能动性。同时也会请学生通过教学设计过程提出并总结适合自己的学习方法和经验，提升学生的责任感，加强学生间的协作能力，促进CDIO教育理念和理论教学的进一步融合。

单片机应用的开发人才需要具备较强的工程实践能力，仅仅有理论知识是远远不够的，需要技术人员在理论知识的指导下具有分析问题、解决问题的能力，传统“理论+实验”的教学方式已远远不能满足人才的培养需求，理论化、知识化的教学思路也要逐步转向应用性、实践性，重视培养学生的实践能力和创新能力。本课程遵循CDIO工程教育理念，不论是课程的培养目标还是课程体系的设计以及采用的教学模式，都是从宏观的人才培养角度设计的。课程以典型项目案例为载体，力争学习过程和项目开发过程保持一致，项目在设计过程中不仅考虑到基本理论知识的学习要求，同时也突出了CDIO工程教育模式中项目引领的特点，采用“知识点分解、小项目→大项目、逐层递进”的教学方式构建整体教学设计。下面以“数码管的动态显示设计”项目为例来说明，如下图所示。

如上图所示，在教学设计过程中将四名左右不同个性特点的学生编为一组，组成若干个学习小组，各组均开展项目设计。每组选择一位亲和力强、做事严谨细致的学生作为组长，负责教师和同学之间的沟通，每位学生分配不同的工作任务，例如有的学生负责硬件电路设计、有的学生负责软件系统编程等，并且具体任务可以再细化，如软件编程的任务由大模块分解成小模块，由不同学生完成，最后大家联合起来整体调试。教师统一讲解项目相关的基本知识点，然后引导小组按照实际工程的运作流程来进行项目规划的制订、工作计划的细化和工作任务的完成。当项目阶段性完成时，教师组织各小组成员进行经验交流，总结工作中的得失、经验和各自的感悟，提高学生的实际工作能力和协调沟通能力。

（二）多样化考核的评价体系

传统的单片机应用技术课程考核都是以笔试卷面成绩为主，学生往往只是在考试之前做理论知识复习，实践能力的考核较难体现，对课程的掌握程度不容易真实反映出来。借鉴CDIO工程教育的项目评价方法，根据每个项目的知识点和难易程度安排实践考核内容，构建分项目、分阶段、多样化的考核评价体系。以学生在项目运行过程中的课堂研讨表现、项目设计合理性、项目设计报告、项目答辩汇报的各项成绩为依据，进而给出一个综合评价的实践成绩，使成绩能合理反映学生的综合素质和能力。

四、结论

遵循CDIO工程教育模式的要求，笔者构建了单片机应用技术课程项目一体化教学实践体系。通过引入CDIO工程教育理念，完成了基于项目式驱动的探究式教学模式的构建，并采用了分项目、分阶段、多维度的评价体系。在教学实际过程中以工程实践案例为载体进行整体教学设计，将以教师为主的“听中学”的消极学习模式改进为以学生为主的“做中学”的积极学习模式，显著提升了学生对单片机应用技术的学习兴趣，对课程教学质量的提高起到了决定性作用。新的教学模式的采用大大提高了学生课堂的出勤率、课堂参与性和项目完成度，并在学生后期的学科竞赛、毕业设计及相关就业能力方面都取得了积极直观的效果。相信随着教学改革的进一步深入，基于CDIO工程教育理念的创新型培养模式能更有效地促进高职课程建设水平的提高，培养出更适应实践工程的优秀应用型人才。

参考文献：

[1]林艺真.CDIO高等工程教育模式探析[J].哈尔滨学院学报，2008（4）.

[2]田海梅，朱保平，陈爱萍.基于CDIO模式的综合项目改革的实践[J].实验技术与管理，2011（4）.

[3]郭俐.CDIO工程教育模式下SQL Server应用技术课程的建设研究[J].新课程研究（中旬刊），2016（4）.

[4]马衍坤，刘健，刘泽功，等.CDIO工程教育理念在“安全经济学”课程实践教学中的应用[J].中国地质教育，2016（4）.

编辑 马燕萍