蘇淑靖

摘要：單片機原理及應(yīng)用課程是工科專業(yè)重要的基礎(chǔ)課，具有很強的綜合性和實踐性。本文針對單片機課程教學(xué)存在特點和問題，引入了CDIO的新型工程教育模式于教學(xué)中，并對其教學(xué)方式和內(nèi)容、教學(xué)模式和課程考核等方面進行了改革和探索。實踐效果證明，該教學(xué)方式有效激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和熱情，培養(yǎng)了學(xué)生的團隊意識和創(chuàng)新能力，符合單片機課程的教學(xué)目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：單片機原理;CDIO模式;教學(xué)改革

中圖分類號：G642.0 ? ? 文獻標(biāo)志碼：A ? ? 文章編號：1674-9324（2015）20-0101-02

單片機由于其結(jié)構(gòu)簡單、易于控制及價格低廉等優(yōu)點，使得其廣泛應(yīng)用在儀器儀表、工業(yè)控制和自動化控制等領(lǐng)域中。隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，企業(yè)對單片機應(yīng)用型人才的需求越來越多，而且越來越看重具有動手能力、團隊意識和創(chuàng)新能力的學(xué)生。因此，理工科學(xué)校的教育工作者和學(xué)生越來越重視單片機原理及應(yīng)用課程的教學(xué)成果。然而該課程作為高等工科院校電子、機械和測控等專業(yè)重要的專業(yè)必修課，是一門綜合性、實踐性很強的課程。對于工科學(xué)生來說，很好地掌握單片機技術(shù)，不僅有助于深入地學(xué)習(xí)專業(yè)知識技能，提高自身的整體專業(yè)素養(yǎng)，培養(yǎng)動手能力與團隊意識，更重要的是能夠獲得實用的專業(yè)技能和創(chuàng)新能力，增強就業(yè)競爭力。

面對市場對人才日益嚴峻的要求，如何培養(yǎng)出適應(yīng)社會需求的創(chuàng)新型和專業(yè)型人才，是教師面臨的一項緊迫而艱巨的任務(wù)。這不僅僅要求教師提高自身水平和積累工程項目經(jīng)驗，還要求不斷反思教學(xué)過程，在教學(xué)方法上進行改革和探索。

一、單片機教學(xué)特點及存在的問題

單片機原理及應(yīng)用課程教學(xué)與其他理論科目教學(xué)方式不完全相同，這門課程強調(diào)的是專業(yè)知識的應(yīng)用，要求學(xué)生能夠?qū)⒒纠碚撆c實際工程相結(jié)合，達到解決工程問題的基本能力。因此，在重視理論教學(xué)的同時，必須重視實驗教學(xué)。但是，在具體的教學(xué)過程中，不但學(xué)生普遍感到難學(xué)，授課教師也存在許多困惑，這些都是由于課程特點引起的。

它的主要特點[1]有：（1）概念多，專有名詞多，內(nèi)容抽象，對于初學(xué)者來說難以適應(yīng)，由此會感覺入門較難。（2）編程語言指令多，且需要掌握每條指令的功能及操作數(shù)來源。（3）邏輯性和完整性強，各部分知識銜接緊密。（4）課程的圖示說明多。（5）綜合性強，涉及內(nèi)容較多，涵蓋了模擬電路、數(shù)字電路、自動控制系統(tǒng)等諸多基礎(chǔ)課程的內(nèi)容。（6）解決實際問題的能力強。單片機教學(xué)的這些特點，使得學(xué)生在開始學(xué)的時候難以入門，難以了解單片機的整體結(jié)構(gòu)，從而對單片機的學(xué)習(xí)失去信心，以至于出現(xiàn)學(xué)生普遍認為課程難學(xué)、教師普遍認為課程難教的局面。

多年的單片機教學(xué)經(jīng)驗表明很多學(xué)生學(xué)完課程之后并沒有達到預(yù)期的效果，不能將學(xué)到的知識應(yīng)用于實踐，或無法將知識點連成知識面進而形成知識體系。另外傳統(tǒng)的實驗教學(xué)以驗證性的實驗為主，學(xué)生在規(guī)定的時間內(nèi)，用統(tǒng)一的模式，按照指導(dǎo)書上規(guī)定的步驟做相同的實驗。對于包含工程開發(fā)的軟硬件協(xié)同設(shè)計難以開展，學(xué)生對基礎(chǔ)知識的綜合應(yīng)用能力較差，自主設(shè)計和創(chuàng)造能力也普遍存在問題。

二、CDIO模式下課程教學(xué)改革探索

1.CDIO工程教育模式。CDIO是一種國際化高等工程教育的創(chuàng)新模式，是由麻省理工學(xué)院（MIT）、瑞典皇家工學(xué)院（Royal Institute of Technology）等四所跨國大學(xué)合作開發(fā)的一整套工程教育理念和實施體系[2，3]。它以產(chǎn)品研發(fā)到產(chǎn)品運行的生命周期為載體，讓學(xué)生以主動的、實踐的、課程之間有機聯(lián)系的方式學(xué)習(xí)工程[4-6]。主要包括技術(shù)知識與推理、個人和職業(yè)能力與態(tài)度、人際交往能力，團隊合作和交流、企業(yè)和社會環(huán)境下的構(gòu)思設(shè)計實施運行系統(tǒng)等四個層面，這種模式不僅注重培養(yǎng)學(xué)生扎實的專業(yè)技術(shù)知識，更關(guān)注團隊協(xié)作精神和創(chuàng)新精神的培養(yǎng)，并通過“做中學(xué)”和“基于項目的教育和學(xué)習(xí)”的教學(xué)模式培養(yǎng)既有扎實的專業(yè)技能，又有良好的團隊協(xié)作能力和創(chuàng)新能力的國際化工程師。國內(nèi)外的經(jīng)驗都表明CDIO“做中學(xué)”的理念和方法是先進可行的，適合工科教育教學(xué)過程各個環(huán)節(jié)的改革。

2.以項目為導(dǎo)向，改進教學(xué)方式和教學(xué)內(nèi)容。教學(xué)方式上，將本專業(yè)有著豐富科學(xué)研究和教學(xué)經(jīng)驗的教師組織成一個項目實施團隊，建立相對穩(wěn)定的承擔(dān)單片機原理及應(yīng)用課程教學(xué)和實踐環(huán)節(jié)的教師隊伍。研究CDIO高等工程教育模式的理念和本質(zhì)，轉(zhuǎn)變觀念，改革教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式和教學(xué)手段，緊密結(jié)合有關(guān)科研項目，將CDIO理念和教師在科研中的實踐經(jīng)驗和體會融入教學(xué)內(nèi)容、課堂教學(xué)和實驗教學(xué)環(huán)節(jié)中。項目中每位成員根據(jù)自己承擔(dān)的科研項目，每學(xué)年提出一個適合單片機項目化教學(xué)的項目，并將學(xué)生進行分組，每組4人，每組都包含1～2名興趣比較濃厚、學(xué)習(xí)動手能力較強的同學(xué)，每個小組選擇一個項目，該項目貫穿于單片機教學(xué)內(nèi)容和過程的始終。最后再完成一個綜合性強的實踐環(huán)節(jié)。通過這種方法提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性、動手實踐能力、團隊協(xié)作能力和創(chuàng)新能力。

3.改革教學(xué)模式。在實際的教學(xué)中，將提出的適合單片機項目化教學(xué)的項目分配給學(xué)生小組，讓學(xué)生以團隊的形式完成整個項目的設(shè)計，包括方案設(shè)計、軟件實現(xiàn)、硬件設(shè)計以及測試和調(diào)試等整個過程。使項目貫穿于單片機原理及應(yīng)用課程教學(xué)內(nèi)容和過程的始終，學(xué)生分組完成，教師提供輔導(dǎo)。選用的項目可分步實現(xiàn)，彼此關(guān)聯(lián)，從小到大，從簡到繁，從局部到整體，層層推進，形成一個完整、全面的單片機應(yīng)用系統(tǒng)的教學(xué)項目。在實際的教學(xué)改革中，我們依托于“RS232串口通信”、“數(shù)控式直流電流源設(shè)計”、“智能負載”、“溫濕度測量系統(tǒng)”、“數(shù)控直流穩(wěn)壓電源”等項目，將以包含能力訓(xùn)練的項目教學(xué)方式讓學(xué)生深入理解專業(yè)知識和提升其專業(yè)技能。將教學(xué)內(nèi)容相關(guān)的知識分解到各個教學(xué)項目當(dāng)中，這樣可以增強學(xué)生學(xué)習(xí)單片機課程的興趣，培養(yǎng)他們的團隊意識和創(chuàng)新能力以及提高在嚴峻就業(yè)環(huán)境下的競爭力。

4.考核方式的改革。傳統(tǒng)的單片機的期末成績主要由學(xué)生的平時成績和卷面成績按照一定的比例構(gòu)成（一般為3∶7），卷面成績則全部由試卷考試的形式?jīng)Q定。這種傳統(tǒng)的考核方式評價不了學(xué)生的實踐能力和創(chuàng)新能力，也不能完全作為掌握單片機基礎(chǔ)知識的判斷依據(jù)。而CDIO工程教育則要求學(xué)生在掌握專業(yè)知識的基礎(chǔ)上，具備一定的工程實踐能力，也符合廣大學(xué)生的學(xué)習(xí)目的。

因此，在本次改革中，為了確?？己朔绞降暮侠硇浴⒐叫院陀行?，單片機的成績將以CDIO工程教育基本理念為指導(dǎo)，與項目結(jié)合的形式完成對學(xué)生能力的綜合評價，并采取教師點評和學(xué)生互評等各種方式（如表1）進行。這種以“過程”為基礎(chǔ)開展，關(guān)注學(xué)生知識、技能的學(xué)習(xí)過程，關(guān)注實踐環(huán)節(jié)及工程應(yīng)用能力，力求知識與能力的協(xié)調(diào)統(tǒng)一的教學(xué)考核，不僅增強了衡量學(xué)生掌握知識的依據(jù)，而且有利于引導(dǎo)學(xué)生注重動手實踐能力和自身綜合素質(zhì)的提高。

三、教學(xué)改革的實際效果

1.激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。以項目化方式指導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)的教學(xué)方式，增強了學(xué)生學(xué)習(xí)單片機的興趣和熱情。工程教學(xué)中始終貫穿著項目，學(xué)生需要按照項目的任務(wù)和要求系統(tǒng)地學(xué)習(xí)基礎(chǔ)知識和應(yīng)用能力，有助于學(xué)生明確學(xué)習(xí)目標(biāo)。這種由傳統(tǒng)單調(diào)的課程教學(xué)到靈活的項目教學(xué)方式，也極大地提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)氛圍和興趣。

2.培養(yǎng)了學(xué)生綜合運用知識的能力。要完成CDIO項目中的工程任務(wù)，必須運用諸如數(shù)字電路、模擬電路、自動化控制和單片機技術(shù)等多學(xué)科的基礎(chǔ)知識。學(xué)生需要綜合運用所學(xué)知識來解決項目中遇到的問題，使學(xué)生綜合運用知識的能力得到培養(yǎng)。通過完成遇到問題到解決問題的過程，學(xué)生也加深了對知識的掌握。

3.鍛煉了學(xué)生的團隊協(xié)作精神。由于在整個工程項目的學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生被分為3～4人一組，在分散學(xué)習(xí)、查閱資料、討論及實踐活動的過程中，都是以小組的形式進行，每個小組都是一個小團體，全體組員共同參與學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)中的各項活動。彼此互相配合，廣泛交流的過程，鍛煉了學(xué)生的團隊協(xié)作精神和團隊意識。

4.提高了學(xué)生的思維、實踐動手能力。CDIO教學(xué)模式“做中學(xué)”的理念，強調(diào)教學(xué)與實踐的統(tǒng)一。在教學(xué)過程中安排的大量項目實踐活動，需要學(xué)生親自動手完成項目要求的各個實踐任務(wù)，并參與到項目開發(fā)的始終。參與工程的開發(fā)能夠發(fā)散學(xué)生的思維，提高實踐動手能力。從項目完成的情況來看，此次改革有效地提高了學(xué)生的創(chuàng)新能力和解決問題的能力。

四、結(jié)語

經(jīng)過全體課題組教師的不斷努力，“單片機原理及應(yīng)用”課程教學(xué)改革已經(jīng)取得了初步成效，教學(xué)效果得到了顯著提高。通過單片機教學(xué)改革的實踐，結(jié)果證明，在CDIO工程教學(xué)模式下，采用以項目為驅(qū)動的教學(xué)方式不僅生動有趣，還能提高學(xué)生的創(chuàng)新能力和實踐能力。而且理論與實踐緊密結(jié)合的教學(xué)改革，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，培養(yǎng)了學(xué)生的團隊協(xié)作能力和團隊意識。

參考文獻：

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