馬永軍　李偉民　華有斌

[摘 要]本文充分借鑒CDIO工程教育模式改革單片機(jī)技術(shù)課程，以典型電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)制作為載體，能力培養(yǎng)為目標(biāo)，更新教學(xué)觀念，關(guān)注工程實(shí)踐，培養(yǎng)自學(xué)能力，加強(qiáng)人際溝通技能和職業(yè)道德培養(yǎng)并重，注重課程過(guò)程的評(píng)價(jià)，學(xué)生綜合素質(zhì)與教育質(zhì)量有了明顯提高。

[關(guān)鍵詞]CDIO 單片機(jī)技術(shù) 應(yīng)用

[中圖分類(lèi)號(hào)] G424.1[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A[文章編號(hào)] 2095—3437（2012）09—0103—02

CDIO（Conceive—Design—Implement—Operate）工程教育模式采用“做中學(xué)”的教學(xué)方法，以產(chǎn)品研發(fā)到產(chǎn)品運(yùn)行的生命周期為載體，讓學(xué)生以主動(dòng)的實(shí)踐的方式學(xué)習(xí)工程。[1]CDIO所強(qiáng)調(diào)的基于項(xiàng)目全過(guò)程學(xué)習(xí)的理念給高職教育的人才培養(yǎng)方式的改革提供了新的思路和方向。本文根據(jù)高職教育的實(shí)際情況，在高職《單片機(jī)技術(shù)》課程教學(xué)中引入CDIO工程教育理念，教學(xué)內(nèi)容圍繞實(shí)際的職業(yè)活動(dòng)和典型工作任務(wù)展開(kāi)，以項(xiàng)目訓(xùn)練促進(jìn)學(xué)生綜合能力的培養(yǎng)，效果較好。

一、基于CDIO模式的課程改革

高職《單片機(jī)技術(shù)》課程是高職電類(lèi)專(zhuān)業(yè)的一門(mén)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程，課程的培養(yǎng)目標(biāo)是使學(xué)生能掌握單片機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)和簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)用，并具有開(kāi)發(fā)典型工程項(xiàng)目的能力。傳統(tǒng)的單片機(jī)教學(xué)多采用理論實(shí)踐相結(jié)合的模式，經(jīng)教改后先后采用過(guò)任務(wù)驅(qū)動(dòng)式教學(xué)方法和項(xiàng)目教學(xué)方法，對(duì)教學(xué)效果有較好的改善。但由于單片機(jī)的基礎(chǔ)理論知識(shí)比較抽象，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容過(guò)于單元化，項(xiàng)目的設(shè)計(jì)制作主要集中在學(xué)期末一段時(shí)間內(nèi)進(jìn)行，學(xué)習(xí)過(guò)程較為被動(dòng)，學(xué)生項(xiàng)目制作過(guò)程中缺乏團(tuán)隊(duì)協(xié)作的訓(xùn)練，也沒(méi)有切實(shí)有效的評(píng)價(jià)手段，這些都不利于學(xué)生工程能力和綜合素質(zhì)的培養(yǎng)和提高，也容易導(dǎo)致和企業(yè)需求脫節(jié)。

我們參照CIDO教學(xué)模式“系統(tǒng)的能力培養(yǎng)，全面的實(shí)施指導(dǎo)及實(shí)施過(guò)程和結(jié)果檢驗(yàn)的12條標(biāo)準(zhǔn)”為依據(jù)，對(duì)單片機(jī)技術(shù)課程的內(nèi)容進(jìn)行改革，以典型電子產(chǎn)品為載體，項(xiàng)目選取體現(xiàn)團(tuán)隊(duì)化特征，與實(shí)際應(yīng)用對(duì)接，通過(guò)對(duì)基于單片機(jī)控制的典型電子產(chǎn)品的構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)施和運(yùn)作（CDIO）培養(yǎng)學(xué)生掌握控制電路的基本分析方法和技能，同時(shí)在產(chǎn)品制作的過(guò)程中，強(qiáng)化學(xué)生的團(tuán)隊(duì)意識(shí)，提高學(xué)生的溝通交流能力和協(xié)作技能。[2]

二、基于CDIO模式的課程教學(xué)

我們結(jié)合電類(lèi)專(zhuān)業(yè)崗位真實(shí)工作任務(wù)和學(xué)校實(shí)際情況采用基于CDIO的單片機(jī)課程教學(xué)，選取“單片機(jī)控制交通信號(hào)燈系統(tǒng)”、“單片機(jī)恒溫控制系統(tǒng)”、“基于單片機(jī)電子點(diǎn)陣屏設(shè)計(jì)”等多個(gè)綜合項(xiàng)目引入教學(xué)，讓學(xué)生通過(guò)課程實(shí)踐，完成CDIO整體訓(xùn)練，得到全面的訓(xùn)練和提高。

（一）項(xiàng)目構(gòu)思（C）

主要對(duì)要設(shè)計(jì)的單片機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行分析、討論、交流，了解系統(tǒng)總體的要求和開(kāi)發(fā)意義，對(duì)高職學(xué)生來(lái)說(shuō)項(xiàng)目重在實(shí)施，設(shè)計(jì)的過(guò)程可在老師的啟發(fā)下，學(xué)生分小組討論，完成系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的總體框圖，項(xiàng)目構(gòu)思主要是通過(guò)引導(dǎo)和交流探討工程方法，加強(qiáng)團(tuán)隊(duì)意識(shí)，培養(yǎng)工程推理和解決問(wèn)題的能力。

（二）項(xiàng)目設(shè)計(jì)（D）

進(jìn)行項(xiàng)目總體設(shè)計(jì)，包括硬件設(shè)計(jì)（電路原理圖、印刷電路板圖、元件布置圖）和項(xiàng)目軟件設(shè)計(jì)（程序流程圖和程序清單）。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，通過(guò)查找資料、研討、互評(píng)、優(yōu)化和小組互動(dòng)，根據(jù)學(xué)生能力不同，分工合作，統(tǒng)一調(diào)度，設(shè)計(jì)出合理的實(shí)施方案并生成Protues系統(tǒng)仿真實(shí)現(xiàn)圖。項(xiàng)目設(shè)計(jì)過(guò)程鍛煉了學(xué)生的自學(xué)能力、職業(yè)態(tài)度和人際交流能力，培養(yǎng)了學(xué)生工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)和實(shí)踐能力。

（三）項(xiàng)目實(shí)施（I）

進(jìn)行項(xiàng)目實(shí)施主要是完成單片機(jī)控制系統(tǒng)的在線仿真調(diào)試和印刷電路板的生產(chǎn)以及元器件的焊接，包括印刷電路板的布線，正確性檢測(cè)、元器件布置。印刷電路板的制作在我院工程中心進(jìn)行，元器件的焊接在單片機(jī)綜合實(shí)訓(xùn)室完成，各項(xiàng)工作及時(shí)互通進(jìn)度，及時(shí)檢測(cè)錯(cuò)誤，商討改進(jìn)，培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)協(xié)作交流能力。

（四）項(xiàng)目運(yùn)行（O）

項(xiàng)目運(yùn)行主要是程序的固化并使單片機(jī)控制系統(tǒng)獨(dú)立運(yùn)行，應(yīng)做到能對(duì)系統(tǒng)故障進(jìn)行分析和檢查，并能尋找解決問(wèn)題的切入點(diǎn)和具體解決問(wèn)題的方法，學(xué)會(huì)運(yùn)行維護(hù)系統(tǒng)的方法。最后要進(jìn)行控制系統(tǒng)項(xiàng)目開(kāi)發(fā)的總結(jié)，整理分析資料，包括系統(tǒng)說(shuō)明書(shū)、設(shè)計(jì)圖紙及設(shè)計(jì)總結(jié)，建立工程檔案以備日后應(yīng)用參考和查驗(yàn)。

三、基于CDIO模式的具體實(shí)施

《單片機(jī)技術(shù)》課程的整個(gè)教學(xué)實(shí)踐過(guò)程以學(xué)習(xí)者為中心，在CDIO全過(guò)程中引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行自主性的電子產(chǎn)品電路的設(shè)計(jì)、制作、調(diào)試。給予學(xué)生更多自己做的機(jī)會(huì)，使學(xué)生更好地理解和掌握各分散的單元內(nèi)容，真正實(shí)現(xiàn)做中學(xué)和做中教，使學(xué)生的工程能力和綜合技能得到很大的提高。[3]

我們以"單片機(jī)控制交通信號(hào)燈系統(tǒng)"為例說(shuō)明基于CDIO模式教學(xué)的具體組織與實(shí)施步驟。

（一）讓學(xué)生明確任務(wù)內(nèi)容及要求，本任務(wù)采用單片機(jī)和可編程并行I/O接口芯片8255A為中心器件來(lái)設(shè)計(jì)交通燈控制器，實(shí)現(xiàn)能根據(jù)實(shí)際車(chē)流量通過(guò)8051芯片的P1口設(shè)置紅、綠燈燃亮?xí)r間的功能，紅綠燈循環(huán)點(diǎn)亮，倒計(jì)時(shí)剩5秒時(shí)黃燈閃爍警示，綠燈時(shí)間可檢測(cè)車(chē)流量并可通過(guò)雙位數(shù)碼管顯示，本系統(tǒng)實(shí)用性強(qiáng)、操作簡(jiǎn)單、擴(kuò)展功能強(qiáng)，具有一定的綜合性和實(shí)踐性。

（二）設(shè)計(jì)過(guò)程由學(xué)生分析和教師指導(dǎo)完成，在明確任務(wù)之后，教師引導(dǎo)學(xué)生對(duì)任務(wù)加以分析，進(jìn)行任務(wù)所需的資料、材料等的準(zhǔn)備。把學(xué)生分成幾個(gè)組，由組長(zhǎng)組織討論實(shí)施步驟并對(duì)人員進(jìn)行分工，要求學(xué)生畫(huà)出系統(tǒng)框圖、設(shè)計(jì)系統(tǒng)電路以及程序流程圖，教師可以根據(jù)需要給出主要程序設(shè)計(jì)內(nèi)容，但關(guān)鍵知識(shí)點(diǎn)要留給學(xué)生自己完成，讓學(xué)生動(dòng)筆和獨(dú)立思考，學(xué)生根據(jù)自己的知識(shí)積累、相互討論和查找資料，設(shè)計(jì)硬件電路和參考程序，教師要進(jìn)行必要的提示并對(duì)學(xué)生出現(xiàn)的錯(cuò)誤及時(shí)加以修正，講解，根據(jù)學(xué)生實(shí)際情況可適當(dāng)調(diào)整任務(wù)難度和要求，增加學(xué)生完成任務(wù)的信心。

（三）前面構(gòu)思和設(shè)計(jì)的任務(wù)需要教師協(xié)助學(xué)生完成，實(shí)施的任務(wù)則要求學(xué)生自己獨(dú)立完成，每組內(nèi)的同學(xué)根據(jù)能力不同可以有所側(cè)重，學(xué)生在項(xiàng)目實(shí)施前應(yīng)使用Protues仿真軟件繪制電路原理圖并進(jìn)行系統(tǒng)程序的仿真、修改和調(diào)試，仿真通過(guò)后，再將目標(biāo)文件下載到實(shí)際制作的單片機(jī)系統(tǒng)中進(jìn)行聯(lián)調(diào)，并進(jìn)行完整的硬件電路設(shè)計(jì)。

（四）在調(diào)試運(yùn)行過(guò)程中，要求學(xué)生根據(jù)出現(xiàn)的問(wèn)題和運(yùn)行的結(jié)果，進(jìn)行進(jìn)一步的分析、思考，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新的能力。同時(shí)要設(shè)計(jì)好考核評(píng)價(jià)表，考核評(píng)價(jià)要對(duì)工作態(tài)度、完成質(zhì)量、團(tuán)結(jié)協(xié)作、文明規(guī)范、安全操作等方面都應(yīng)有所體現(xiàn) ，重在促進(jìn)學(xué)生工作技能、職業(yè)素質(zhì)的全面提高。

基于CDIO的《單片機(jī)技術(shù)》課程以接近電子工程實(shí)際所涉及的單片機(jī)綜合設(shè)計(jì)項(xiàng)目為主要載體，建立學(xué)生的工程價(jià)值觀，激發(fā)學(xué)生的實(shí)踐積極性，改善學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度和信心，培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊(duì)協(xié)作意識(shí)，以產(chǎn)品為導(dǎo)向的工程教育更加強(qiáng)調(diào)了學(xué)生綜合能力的培養(yǎng)，該模式也可以為其他專(zhuān)業(yè)課程的改革提供一些借鑒和嘗試。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 查建中.論“做中學(xué)”戰(zhàn)略下的CDIO模式[J].高等工程教育研究，2008，（3）.

[2] 嚴(yán)石.CDIO在高職《模擬電子》課程教學(xué)中的應(yīng)用[J].天津職業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2009，（6）.

[3] 胡占軍.基于CDIO的模式的項(xiàng)目教學(xué)實(shí)施方案[J].中國(guó)職業(yè)技術(shù)教育，2009，（8）.

[責(zé)任編輯：戴禎杰]