基于OBE-CDIO的单片机课程教学改革与研究

叶钢

摘 要：由于目前高职院校单片机课程在教学中普遍存在以理论知识学习为重点，普遍存在“老师讲、学生听”的传统课堂教学模式，普遍存在单一的期末考试成绩作为最终评价学生学习效果的考核方式，因此通过构建基于OBE-CDIO的单片机课程的教学改革及课程评价模式，并在评价模式中引入“增值”理念，重新构建单片机课程的评价方案，从而提高单片机课程的教学质量，以及学习单片机课程的积极性。

关键词：OBE CDIO 单片机 教学改革 增值

1 引言

近年来，我国高等教育发展的重点放在了应用型人才的培养上，国内的诸多学者也纷纷在教育教学改革中不断的摸索和改进[1-2]，而基于工程专业认证的OBE-CDIO人才培养模式主要体现了“做学结合”，与我国高校的应用型人才培养理念基本一致。

单片机课程是一门电子信息类专业的专业课程，也是一门理实一体化的课程，非常强调实践动手能力。因此本文提出采用OBE-CDIO工程教育模式对单片机课程进行教学改革，通过改革使得单片机课程以任务驱动的方式进行教学，以项目任务为单元的教学活动，使学生掌握单片机及C51的基本原理和基本技能，从而形成电子产品设计与开发的整体认识和技术储备，培养学生在电子产品开发的学习兴趣。

2 传统单片机课程教学存在的问题

在传统的单片机课程教学中，教师往往严格按照教学大纲在教室里进行理论讲课，讲课知识也严格围绕课程章节内容，从单片机内部结构讲到单片机外部器件，从汇编语言、指令系统讲到了单片机程序设计，形成了“老师站台上讲，学生坐台下听”的局面，此时学生处于被动接受知识，而无法理论联系实际。而单片机课程确是一门非常强调实践动手能力的课程，如果仅仅围绕课程知识，不让学生实践动手，学生往往无法理解单片机课程的相关知识，从而也无法真正掌握单片机课程的相关技能。

由于惰性因素的影响，任课教师在单片机课程期末考试中，往往采用传统的理论笔试的形式，试卷题型分为单选、填空、判断、程序分析、画图等，学生在考前机械地记忆单片机相关知识，只是为了应付课程考试，但对于单片机课程的学习却只能“纸上谈兵”，学过就忘，非常不利于日后的就业。

3 基于OBE-CDIO工程教育模式，确立单片机课程教学目标

在基于OBE的工程教育模式中对“学习成果”给出这样的定义：学习成果是学生最终取得的学习结果，是学生通过某一阶段学习后所能达到的最大能力。 从这个定义中，我们看到它注重的不是学生了解什么、知道什么，而关心的是学生能做什么，通过对单片机课程的学习，获得了能做什么的能力[3-4]。因此基于OBE-CDIO 工程教育模式，确立单片机课程的教学目标和定位。要求注重课程学习后的产出，要求学生能够重点掌握单片机的理论知识和技能，能够为企业和社会培养具备创新能力的高素质技术技能的单片机人才。正是围绕以上要求，单片机课程的教学目标可以分为知识目标、能力目标、素质目标三个方面，课程教学目标的实现方法如表1所示。

（1）知识目标：掌握单片机系统的内部结构（存储器、I/O接口）、C51程序设计、定时器/计数器、中断系统、串行通信接口、键盘、显示、模数/数模转换等器件的工作原理等。

（2）能力目标：能借助单片机仿真软件Proteus和Keil C51编译器，虚实结合，进行单片机项目的硬件设计、程序设计、系统仿真、电路制作、项目调试等能力。

（3）素质目标：积极贯彻“思政元素”进课堂，积极培养学生爱岗敬业、知行合一、创新奉献、团结合作的职业素养。

4 围绕智能小车，融入思政元素，重构单片机课程的教学内容

围绕智能小车，重构单片机课程的教学内容。将单片机课程的知识点和技能点分解到四个智能小车项目中：项目一智能小车显示功能的实现、项目二智能小车循迹功能的实现、项目三智能小车避障功能的实现、项目四智能小车整机系统安装与调试。每个项目的课时数均为16学时，总课时为64学时。每个项目都按照“识、装、测、合”的步骤分解为四个教学任务，如图1所示。在单片机项目教学中，要求学生通过这些真实项目的设计与制作，学会单片机课程的知识和技能，掌握单片机项目设计的方法。

例如项目三智能小车避障功能的实现分解为四个教学任务，分别是任务1避障小车整体设计及各模块选择、任务2避障小车的组装与整机测试、任务3红外避障小车的设计与测试、任务4超声波避障小车的设计与测试，每个任务均为4个学时。而每个任务又分解为2～3个子任务，并在子任务教学中，充分融入课程思政元素，例如通过组装避障小车，锻炼学生的耐心和细心，培养学生精益求精的工匠精神；例如通过观看国内无人驾驶相关视频，增强学生民族自豪感等视频、网页教学手段，让思政元素“润物细无声”地融入到专业课程的教学中，如图2所示。

5 基于增值理念，重新构建单片机课程的评价方案

单片机课程项目的考核评价基于“三方考核、强调过程、动态监控、注重增值”的评价理念，如图3所示，由学生、教师、企业三方共同评价完成。项目考核评价主要包含四大部分：课前自主预习、课中技能实战、课后巩固拓展、增值考核评价。

（1）课前自主预习：占项目成绩的20%。课前，任课老师发布项目的微课视频、PPT、课前任务单等相关材料供学生自主学习，根据学生的完成情况、学习通在线时长等进行评分。

（2）课中技能实战：占项目成绩的50%。课中，任课老师根据学生的6S管理、课堂考勤、项目完成情况、小组汇报等情况等进行评分，其中6S管理占10%，课堂考勤占10%，项目完成情况占60%，具体分为程序设计（占20%）、虚拟仿真（占20%）、实物制作（占20%），小组汇报占20%。

（3）课后巩固拓展：占项目成绩的20%。课后，任课老师发布课后任务和拓展知识，让学生利用课余时间线上完成，根据学生的完成情况、在线互动情况等进行评分。

（4）增值考核评价：占项目成绩的10%。基于增值评价理念，根据三个增值点对学生进行评价：此次项目相对于上一个项目成绩的进步情况；学生上台汇报时的进步情况；学生项目参与度情况。

6 结束语

本文提出了一种基于OBE-CDIO的单片机课程教学改革思路，通过积极融入思政元素，围绕智能小车，以项目驱动的方式重构单片机课程教学内容，使得单片机的理论知识与实践技能紧密联系，改变单片机课程传统的“重理论、轻实战”的情况，并建立基于“增值”理念的单片机项目考核评价方案，让学生从枯燥的单片机理论知识教学脱离出来，通过智能小车的设计与制作，激发学生学习单片机的积极性，掌握单片机项目开发设计方法，从而实现“做中学、学中做”的教学理念，大大地提高了工程应用人才的培养质量。

基金项目：2023年浙江省高职教育“十四五”第一批教学改革项目（jg20230335）。

参考文献：

[1]刘亮军.地方普通本科高校应用型人才培养机制创新[J].教育与职业，2017（14）：50-53.

[2]葛雷，金巨波，唐友.基于混合式教学的产教融合、工学结合培养模式的探索[J].信息记录材料，2018，19（01）：157-160.

[3]顾佩华，胡文龙，林鹏，等.基于“学习产出”（OBE）的工程教育模式——汕头大学的实践与探索［J］.高等工程教育研究，2014（1）：27-37.

[4]邱剑锋，朱二周，周勇，等.OBE教育模式下的操作系统课程教学改革[J].计算机教育，2015（12）：28-34.