基于OBE的单片机原理线上线下混合教学改革与实践

张国旭

摘 要：在进行工程教育认证的背景下，促进OBE理念在单片机原理课程教学中落地生根，打造“金课”，具有很重要的现实意义。本文分析了单片机原理课程教学效果欠佳的问题，按照OBE认证理念的要求，对课程的教学目标、教学内容、教学方式和课程评价体系进行探索。实践表明，课程改革后有效地提升了教学质量，促进了学习目标达成。

关键词：OBE模式;PBL;评价体系

中图分类号：G4     文献标识码：A      doi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2021.22.060

1 单片机原理及应用教学现状

单片机原理及应用是唐山学院电气、电子专业必修的专业基础课程，也是一门综合性、实践性较强的课程，该课程在教学中存在以下问题。

1.1 教学过程以教师为中心，忽略学生

在单片机原理教学过程中，教师往往是教学的中心，由教师把控教学内容和教学进度，学生只是被动、机械的跟随教师;而且学生在学习兴趣、学习能力、学习参与度和学习基础等方面存在一定的差异。例如，单片机原理课程一般在第五或六学期开设，此时学生的基础能力差异比较大，有的学生通过各种开放的视频资源，已经自学了单片机相关知识，有的甚至参加过各类单片机相关竞赛，具有独当一面的单片机开发能力;但还有一部分学生理论知识基础基本为零、动手实践的意愿和能力都不强，也不善于将所学知识运用到实际中去。最终导致学生学习的主动性和积极性不高，还存在“跟不上、吃不饱”的两极分化问题。

1.2 教学内容以教材為主，忽略学习目标

本课程的教学内容虽然在持续改进中，但课堂教学大部分仍然以教材为中心，教材怎么讲，课堂就怎么教，学生就怎么学，仍然被理论知识和经典问题的讲解所占据，新的知识内容没有及时地补充到教学当中，并且缺乏实际工程项目的实践。造成学生死读书、读死书的思想僵化问题，影响了教学目标的实现、学生应用能力、创新创业能力的培养。

1.3 评价方式以理论考核为主，忽略持续改进

课程的评价方式和规则会直接影响学生的学习重点与方式。单片机原理现有的评价体系以期末理论考核和proteus仿真大作业为主，这种方法不仅难以衡量学生的真实学习水平，而且容易把学生的学习重点引导至背诵书本知识、突击重点例题的学习方法上，造成学生重理论、轻实践的局面，不利于提高学生的动手操作能力，从而导致程序设计和硬件设计能力培养不到位，达不到预期教学目标的情况;其次这样的评价体系也缺乏对学生学习过程的评价，学生在学习过程中取得的成果和出现的问题都得不到及时的反馈，导致教师不能及时总结课程教学过程，扬长避短、发现问题解决问题，无法做到教学过程的持续改进。

2 基于OBE理念的课程探索与实践

OBE是基于学习产出教学模式（Outcomes Based Education）的简写，一般被理解为“成果导向教育”，是一种基于学习成果或者结果为导向的教育理念。OBE教育的核心理念是“成果导向、以学生为中心、持续改进”。OBE教育的实施要点有如下5个：确定学习成果;构建课程体系;确定教学策略;自我参照评价;逐级达到顶峰。当前，OBE教育理念已在我国工程教育专业认证等多领域得以应用，为新工科推动工程教育改革起到了重要作用。

鉴于单片机原理及应用课程的教学现状，为了更好地提升课程教学质量，达成课程学习目标，教学团队依托唐山学院电气工程及其自动化省级一流专业建设和唐山学院教学项目《基于OBE的单片机原理在线教学改革与实践》，在单片机原理及应用课程建设过程中引入OBE教学理念，以学生为主体，以学习成果为导向，在课程的教学目标、教学内容、教学方式和课程评价体系多方面进行了探索和实践。

2.1 明确课程教学目标

在OBE教育理念下，单片机原理及应用的课程教学目标是由专业的毕业要求、课程体系和课程特点确定的。课程的课程教学目标需要对专业毕业要求做出贡献。

学院电气工程及其自动化专业的培养方案中，单片机原理及应用课程是一门专业核心必修课，经专业系统论证，该课程包括3学分、48学时，开设在大学第六学期。依据电气工程及其自动化专业的培养目标、对单片机相关行业岗位需求的调研和对历届毕业生的走访调研，分析作为一名单片机相关技术从业人员应该掌握的理论知识、具备的专业设计能力、使用现代工具的实验能力和工程素质，然后重新确定学生完成单片机原理学习后应该达到的知识和能力标准和对毕业要求的支撑贡献（见表1）。

根据单片机原理及应用课程的特点和对电气工程及其自动化专业毕业要求的支撑，进而明确具有指导性、可执行性和可评价的课程教学目标（见表2），从表2中可以看出课程教学目标完全覆盖了对应的毕业要求。

2.2 反向设计教学内容

课程教学内容不再以教材为中心，而是以课程教学目标为起点，将课程教学目标分解为一个个具体的教学模块目标，再把教学模块目标进一步细化为教学单元任务目标。按照教学单元目标由浅入深的、层层递进的重新组织课程教学内容。单片机原理及应用的课程教学内容由此分解为理论教学和实践教学两部分。理论教学又包括7个教学模块：计算机基础知识、单片机的结构和原理、单片机汇编语言程序设计、单片机C语言程序设计、单片机片内资源、单片机的总线与系统扩展、单片机应用系统的设计与调试。单片机片内资源又细化为4个教学单元任务：并行口、中断系统、定时计数器、串行口。实践教学包括验证性实验和综合性实验，让学生能够运用合适的实验设备和开发环境，并在加深对理论理解的基础上，提高单片机系统的分析和设计能力。

对具体的教学单元任务要结合实际案例，该教学单元的知识点是案例所覆盖的，这样打破了传统的只大篇幅讲理论而不知道应用在何处的模式，让学生通过实例的方法学习相关的理论知识并且又将学到的理论应用到具体的实例中，提高学生的学习积极性。同时以案例项目开发过程为主线进行引导，从项目的一项基本要求作为起点，不断引出新的要求，和后续教学单元任务结合完善扩展项目，使学习过程是一种由易到难、不断深入的知识与能力积累过程，使学生从解决单一的问题开始，不断分析解决更为复杂的新问题，逐步培养学生解决综合问题的能力。