浅析基于CDIO 理念的高职《单片机技术与应用》课程综合实训教学改革

徐 航

（江西环境工程职业学院，江西 赣州 341000）

单片机凭借着体积小、功耗低、价格低廉和可靠性高等特点，广泛应用于生产生活的各个领域。目前，《单片机技术与应用》课程已经成为高职电子类专业的专业核心课程。该课程主要培养学生开发基于单片机控制的系统的能力，包括硬件设计、程序设计、软硬件联调和实践动手制作能力。课程涉及的知识面比较广，对学生动手能力要求比较高，如何将CDIO 工程教育理念引入课程的实践教学环节，强化学生工程思维、创新意识、实践动手能力和团队协助能力的培养，对提高教学质量有重要意义。

1 高职单片机实践教学现状

单片机课程的综合实训是培养学生综合应用单片机相关知识解决实际问题和提高学生实践动手能力的重要环节。目前，单片机课程的综合实训教学存在着以下问题。

1.1 教学时间安排不科学

目前，一般的做法都是讲单片机课程的综合实训安排在期末考试前的一到两周进行，这期间正是学生进行期末复习的期间，学生各种事务繁多，往往难以集中精力进行单片机系统的综合设计和开发，从而导致教学的效果不是很理想。

1.2 实训项目不够丰富

单片机综合实训有的是按照实训设备现有的元器件开展相应的实训，有的是教师统一布置给学生。项目的来源比较单一，往往存在多组同学共用一个项目的情况。学生被动地接受选题，会让不同能力的学生无法发挥自己所长，学生的学习兴趣无法有效地被激发。

1.3 教学组织实施不合理

由于整个综合实训的时间不长，整个过程往往由老师统一协调组织实施。学生更多地还是停留在用Proteus 软件进行系统仿真的阶段，没有更多地时间进行实物制作和调试吗，学生的实践动手能力和工程素养无法得到培养，综合实训的教学效果也大打折扣，教学目标难以达成。

1.4 综合实训的考核方式待改善

综合实训的考核形式比较单一，存在不合理的地方。不如，大部分的考核都集中在课堂考勤、系统设计报告、仿真完成情况等方面，无法全面、系统、客观地对学生学习的真实情况进行评价。

2 CDIO 工程教育理念

CDIO 是工程教育领域最新的研究成果，是一种先进的工程教育理念，在工程教育中有很多的应用。CIDO 强调了在实际的工程背景下，以产品全生命周期为载体，在工程实施过程中探索理论知识，锻炼动手能力，加深对理论知识的理解，提高运用知识解决实际问题的能力。学生在实践中，培养工程思维、激发创新动力、体验团队协作。在整个CDIO 理念的教学实践过程中体现了“做中学，学中做”，体现了基于项目和基于问题（PBL）的教学模式。

3 基于CDIO 理念的单片机综合实训教学改革

要将CDIO 先进的工程教育理念应用到单片机的综合实训教学环节，需要从综合实训的时间安排、项目选题、组织实施、考核评价等四个方面进行全方位的改革。将产品的构思、设计、实施和运行贯穿到教学的全过程，以学生未主体，教师为主导展开教学，让学生在实践过程中加深对单片机相关知识的理解与应用，在实施完整的产品周期中培养工程素质。

3.1 时间安排

改变以往单片机综合实训集中在期末考试前进行的时间安排，提前3 到4 周启动综合实训，让学生有更加充分的时间来实施项目。具体可以按照CDIO 理念分为4 个阶段。一是对学生进行分组，引导每个小组的学生选题。二是开展系统的硬件设计和软件设计，主要通过仿真软件Proteus 和Keil C51 进行。三是制作实物。学生根据仿真结果，选用相应元器件，搭建电路，进行软硬件联合调试。四是运行展示，答辩考核。学生提交设计说明书和使用说明书，以小组为单位汇报演示作品，回答老师的提问，完成答辩考核。

3.2 选题

综合实训的选题要基于单片机的应用领域，尽可能的覆盖单片机课程的重要知识点，又要注意相关知识的覆盖面和学生自身学习情况，在设计难度上要适中，符合相应学生的学习水平。选题尽量来源于应用实际，体现工程背景，可以从企业项目、科研项目或者技能竞赛题目中选取，也可以让学生根据自己的兴趣自主选题。选题后，需要进行可行性分析，对选题进行评估，进行设计任务分解，学生跟老师协商后最终确定。确定选题后，老师制定好任务书，明确具体要求，指导学生按照任务书实施项目。

3.3 组织实施

项目实施采取分组方式进行，每组设立组长一名，牵头负责项目实施的各项工作，比如设计方案研讨、具体技术问题的研究、组内事务分工等。在整个过程中，学生自我组织、自我管理、教师全程指导，既能充分调动学生的积极性、培养学生独立思考、实际动手和团队协作能力，又能保证项目的实施遵循正确的方向，提高项目实施的成功率。以交通信号灯的设计与制作为例，说明具体的实施过程。

（1）项目构思（concept）：学生根据系统功能和技术指标、查阅相关资料。组长组织成员开展组内讨论确定技术参数，提出实施方案。老师对小组提交的项目实施方案进行可行性分析，给出指导性的修改意见，确定最终实施方案。

（2）项目设计（design）：单片机系统的设计分为硬件和软件两个部分。学生先根据系统功能设计系统的硬件电路，确定具体的元器件参数，在proteus软件上绘制电路原理图，进行仿真调试。然后在Keil C51 环境下进行软件设计、调试，最终编译生成HEX 文件。将HEX 文件导入单片机，进行调试。调试完成后，对系统硬件和软件定型，生成PCB 图和BOM 清单。

（3）项目实施（implement）：根据 BOM 清单和PCB 图，选取元器件制作实物，进行焊接调试，硬件电路完成后，向单片机导入HEX 文件，通电测试，验证功能是否正常，对存在的问题进行分析和修正，开展软硬件联合调试。功能实现后，撰写产品设计说明书和使用说明书。

（4）项目运行（operate）：根据产品功能，编制项目文档，包括产品演示的多媒体资源，汇报用PPT等。产品实施过程中技术文档的归类和收集，例如系统设计和调试过程中遇到的问题及解决方案。为产品演示和小组答辩做准备。

3.4 考核评价

改变原来偏重于结果的考核方式，以过程性考核为主。过程考核由学生自评、小组互评和教师评价三部分组成。其中学生自评，由学生对自己的学习态度、知识掌握情况、实践动手能力、任务完成情况等方面进行评价，占20%。小组互评，是小组成员之间从团队协作情况、对小组的贡献度、专业素养等方面相互评价，占30%。教师评价，由教师根据学生的出勤情况、作业和任务的完成情况、分析问题和解决问题的能力等方面进行评价，占50%。

答辩考核以学生答辩表现、实物展示和项目文档完成情况进行综合评分。

综合实训总成绩由过程评价（70%）和答辩考核（30%）两部分组成。

4 结 语

基于CDIO 工程教育理念的改革，让每一名学生参与到综合实训的全过程，成为学习的主体，在实践中掌握知识，锻炼思维，提高动手能力，培养团队协作精神。实践表明，改革后的单片机综合实训极大地激发了学生的学习兴趣，学生的学习由被动变为主动，教学质量提升明显。