基于OBE与课程思政的“单片机原理及应用”教学探索

赵仁涛，李颖宏，刘 硕

（北方工业大学 电气与控制工程学院，北京 100144）

引言

2020年5月，教育部印发的《高等学校课程思政建设指导纲要》指出把思想政治教育贯穿人才培养体系，全面推进高校课程思政建设，发挥好每门课程的育人作用。理学、工学类专业课程，要在课程教学中把马克思主义立场观点方法的教育与科学精神的培养结合起来［1］。“单片机原理及应用”课程作为我校电气与控制工程学院的核心课程，为了将大学生的德育、工程教育认证理念有机融入课堂及实践教学中，课程教学团队结合课程特点，在文献［2-5］的基础上重新设计了教学大纲和教学过程环节。

一、基于OBE理念的教学设计

工程教育认证强调以学生为中心、产出导向、持续改进，课程团队根据布鲁姆教育目标分类学，将6 个课程目标（概念理解与运用、系统硬件开发、软件编程、实验设计与分析能力、现代工具运用能力和团队合作能力）和教学活动输出归纳为10个维度的能力，含4个知识维度、3个技能维度和3个工程维度，课程内容拆分为知识点和能力微模块。

知识维度和技能维度相关能力通过课堂、实验教学和课外综合训练多种模块奠定基础，竞赛成效采用特殊设计的信息反馈表查漏补缺，在培养综合应用能力的同时构成反馈，作为调整知识维度和技能维度具体要求的重要依据。

工程维度能力培养在毕业设计、专业综合实践方面有所体现，需要在毕业后5年的实际工作中，从工程实际项目设计、实施过程中形成该维度3个能力。

图1 课程能力纬度划分

基于上述能力目标，团队重新设计了教学大纲，规范、细化课程目标、毕业要求观测点及教学过程环节。

（一）课程支撑的毕业要求观测点

1.设计实现。能够按照工程要求完成自动化相关领域的系统硬件及软件结构设计，制定具体的工艺控制流程，并借助现代工具选择、验证和优化控制算法，体现创新意识。

2.专业运用工具。能够运用现代工程工具对自动化相关领域复杂工程问题的关键环节或单元进行模型搭建、算法仿真及优化、电路仿真验证等工作。

3.承担角色责任。能够在团队中以成员或负责人的角色承担相应的责任，并能与他人良好合作。

（二）课程目标

课程设置了8个课程知识能力目标（简称：DPJ-X）。其中，“观测点3-2”和“观测点5-2”由课堂教学过程的5个课程目标支撑，“观测点9-2”由课外训练环节和实验教学过程的1个课程目标达成（见表1）。另根据教育部和学校要求，课程设置了2个素质目标，不做输出目标考核。

表1 毕业要求与课程目标对应关系

1.DPJ-1：知识与概念理解能力。围绕微处理器、内部结构及用途、基于三总线的存储器扩展等核心内容，具备对单片机相关基本概念和基本原理的理解能力。

2.DPJ-2：系统硬件开发能力。针对实际工程背景和问题，理解单片机系统设计方法，进而能够运用单片机I/O接口、定时器、串行通信、中断系统、人机接口、ADC/DAC完成系统硬件设计。

3.DPJ-3：软件编程能力。以硬件系统为基础，理解常用的分支、循环、中断、子程序的编程方法；结合工程需求，遵循自顶向底的设计理念，具备多种程序结构的程序设计能力。

4.DPJ-4：实验设计与分析能力。运用所学单片机编程知识，结合试验平台硬件资源，以自由的团队形式，采用汇编/C语言编写实验程序，并能根据现象分析和解决问题。

5.DPJ-5：现代工具运用能力。理解、描述并搭建常规单片机系统模块的仿真模型，掌握嵌入式软件编程、系统验证、调试及优化方法。

6.DPJ-6：团队合作能力。通过课外综合训练项目的实施，学习小组成员能够合理进行任务分工与合作。

7.DPJ-7：建立科学世界观。

8.DPJ-8：建立符合社会主义道德要求的价值观。

（三）毕业要求与课程目标的关系

由于篇幅受限，大纲中的教学过程设计、过程考核内容及方法、实验设计等其他内容不再赘述。

二、课程思政元素的有机融合

课程教学团队在完成单片机应用典型案例的设计与仿真中培养学生的基本素质，如“公德意识”“创新精神”“工匠精神”“职业精神”等。

以课程建设为“主战场”，发挥课堂教学“主渠道”的关键作用，将社会主义核心价值观、自然辩证法与中国文化融入课程教学和能力培养中，形成了完整的课程思政体系。坚持“教育为本，德育为先”的教育理念，帮助学生塑造正确的世界观和人生观、价值观，培养社会主义的合格建设者与高端人才。

将专业学习与课程思政深度融合，核心思想是“结合国际形势，认识行业现状，奋发进取图强”，从中外国际形势对比、我国自主研发技术的快速发展、中国共产党党史、大国工匠精神等多维度组织课程思政素材和讲授内容，探索教学内容与中华优秀传统文化、自然辩证法及经济建设的结合点，鼓励学生在中国文化中寻找创新源泉；立足中国制造，以我国嵌入式系统芯片产业的发展成就激励学生热爱专业，投身工业，实干兴邦（见表2）。

表2 课程内容与思政元素对应关系

结语

基于课程思政和OBE理念，围绕“单片机原理及应用”课程特点，本文从确定毕业要求观测点、基于能力维度的课程目标设计、思政要素的有机融入等方面重构了教学大纲，重视过程考核，结合文献［2］中的教学举措，将教学案例与仿真开发平台相结合，以课程思政元素为引领，进一步提升了课程教学质量，达到了专业教育与思政协同育人的良好效果。