趙陽，王立光

（吉林建筑大學(xué) 電氣與計(jì)算機(jī)學(xué)院，吉林 長春 130118）

0 引言

信息類專業(yè)無論在本科高等教育還是職業(yè)高等教育領(lǐng)域都是一個(gè)重要的分支，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，開設(shè)電子信息類專業(yè)的高等教育機(jī)構(gòu)超過500所，各類受教育畢業(yè)生人數(shù)每年接近100萬人。在如此大規(guī)模的專業(yè)教育領(lǐng)域，如何提高人才培養(yǎng)質(zhì)量、提升人才專業(yè)能力，進(jìn)而促進(jìn)學(xué)科專業(yè)穩(wěn)定健康發(fā)展是一項(xiàng)十分重要的工作[1]。專業(yè)培養(yǎng)的核心是專業(yè)教育，而專業(yè)教育的關(guān)鍵是課程教學(xué)，由此可見課程的優(yōu)化和改進(jìn)在專業(yè)建設(shè)與發(fā)展領(lǐng)域的重要性。河北科技大學(xué)的教師認(rèn)為新工科背景下工科院校應(yīng)在傳統(tǒng)課程體系改革過程中圍繞創(chuàng)新性、應(yīng)用型人才培養(yǎng)的目標(biāo)，完成對(duì)課程體系的優(yōu)化和構(gòu)建[2]；西安建筑科技大學(xué)的教師強(qiáng)調(diào)要在工程認(rèn)證體系和以成果為導(dǎo)向的教育背景下，實(shí)現(xiàn)課程體系對(duì)于畢業(yè)要求和畢業(yè)目標(biāo)的完美支撐，著重人才創(chuàng)新能力和應(yīng)用能力的培養(yǎng)[3]；長春工程學(xué)院的教師認(rèn)為電子信息類專業(yè)課程教學(xué)內(nèi)容要不斷優(yōu)化更新，注重夯實(shí)基礎(chǔ)、拓寬口徑、強(qiáng)化能力[4]；廣東文理職業(yè)學(xué)院的教師認(rèn)為高校培養(yǎng)的人才應(yīng)適用于企業(yè)，教學(xué)內(nèi)容應(yīng)不斷完善，避免與工程應(yīng)用脫節(jié)，注重實(shí)踐教學(xué)[5]；山西職業(yè)技術(shù)學(xué)院的老師指出單片機(jī)是實(shí)踐性強(qiáng)、應(yīng)用廣泛的專業(yè)必修課，教學(xué)內(nèi)容的完善應(yīng)著重實(shí)現(xiàn)應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)，提升學(xué)生興趣的同時(shí)注重激發(fā)學(xué)生潛能[6]。本文以單片機(jī)原理課程為例，從實(shí)際教學(xué)過程入手，分析現(xiàn)有課程教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)方式的現(xiàn)狀及其存在的問題，探討CDIO工程教育模式的能力培養(yǎng)與評(píng)價(jià)體系下，單片機(jī)原理課程的優(yōu)化思路和方法，為專業(yè)領(lǐng)域培養(yǎng)滿足學(xué)生、學(xué)校、社會(huì)（用人單位）多維度指標(biāo)評(píng)價(jià)體系的人才奠定基礎(chǔ)。

1 課程現(xiàn)狀分析

作為電子信息類專業(yè)課程培養(yǎng)體系下一門重要的專業(yè)主干課程，“單片機(jī)原理”課程在電子信息類專業(yè)人才課程設(shè)置與人才培養(yǎng)體系的地位是不可替代的，單片機(jī)開發(fā)與應(yīng)用是電子信息類專業(yè)人才從事相關(guān)技術(shù)研發(fā)與測(cè)試等專業(yè)領(lǐng)域工作的重要基礎(chǔ)知識(shí)和技能。眾所周知，單片機(jī)具有的優(yōu)點(diǎn)主要包括體積小、性價(jià)比高、入門相對(duì)容易、面向應(yīng)用等等，這些在與其他控制器相比較時(shí)，優(yōu)勢(shì)是十分明顯的。我們以基礎(chǔ)的51系列和應(yīng)用廣泛的STM32系列單片機(jī)為例，51系列單片機(jī)是單片機(jī)原理課程講授的對(duì)象，具有基礎(chǔ)易學(xué)、性價(jià)比高、學(xué)習(xí)資源豐富等多種優(yōu)點(diǎn)。國產(chǎn)的51系列單片機(jī)性能優(yōu)越，可很好實(shí)現(xiàn)小型控制系統(tǒng)如小型應(yīng)急照明控制系統(tǒng)、小型溫度控制系統(tǒng)、多功能電子鐘、小型門禁系統(tǒng)等，該單片機(jī)是相關(guān)專業(yè)領(lǐng)域初學(xué)者和技術(shù)人員在一般應(yīng)用場(chǎng)景的首選；STM32系列單片機(jī)屬于相對(duì)高級(jí)的單片機(jī)，是智能機(jī)器人、小型嵌入式系統(tǒng)如網(wǎng)絡(luò)電視機(jī)頂盒、網(wǎng)絡(luò)路由器、教學(xué)儀器等應(yīng)用場(chǎng)景的首選。正是由于應(yīng)用如此基礎(chǔ)、廣泛，單片機(jī)原理成為電子信息類專業(yè)教育領(lǐng)域的必修課。綜合多所學(xué)校課程大綱和多套教材總結(jié)得到，單片機(jī)原理課程主要介紹單片機(jī)的基本工作原理、基本結(jié)構(gòu)（硬件機(jī)構(gòu)）、語言程序開發(fā)（匯編語言開發(fā)設(shè)計(jì)）、硬件接口技術(shù)和相關(guān)小型應(yīng)用系統(tǒng)原理分析與軟硬件開發(fā)等相關(guān)知識(shí)內(nèi)容，與此同時(shí)會(huì)結(jié)合理論授課知識(shí)內(nèi)容配備16至32學(xué)時(shí)不等的上機(jī)實(shí)驗(yàn)。部分高校還會(huì)在單片機(jī)原理課程授課完成后，設(shè)置單片機(jī)原理與應(yīng)用課程設(shè)計(jì)、微型單片機(jī)接口技術(shù)等課程，目的是使學(xué)生更好地理解掌握單片機(jī)基本工作原理、程序開發(fā)設(shè)計(jì)與單片機(jī)小型應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)方法。

我們以某高校電子信息類專業(yè)現(xiàn)行的單片機(jī)原理課程教學(xué)大綱為例，該大綱是遵照工程教育論證相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求編寫和完善。大綱要求學(xué)生學(xué)習(xí)該課程后至少滿足兩項(xiàng)畢業(yè)指標(biāo)要求：①具有一定的計(jì)算機(jī)軟件和硬件、程序設(shè)計(jì)、微型計(jì)算機(jī)應(yīng)用等知識(shí)與技能，了解微控制器對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制和管理的基本知識(shí)和方法；②具有控制理論、電子、信息技術(shù)等核心知識(shí)，以及較強(qiáng)的實(shí)踐能力，并能夠解決電子信息專業(yè)領(lǐng)域復(fù)雜的工程問題。從教學(xué)內(nèi)容和授課學(xué)時(shí)上看，該課程安排在第五學(xué)期，即在專業(yè)基礎(chǔ)課程電路原理、模電、數(shù)電等課程學(xué)習(xí)完成之后，授課學(xué)時(shí)48學(xué)時(shí)，其中包括16學(xué)時(shí)上機(jī)實(shí)驗(yàn)。授課內(nèi)容第一章至第七章分別為單片機(jī)基本概述、單片機(jī)片內(nèi)基本硬件結(jié)構(gòu)、單片機(jī)指令系統(tǒng)與匯編語言編程基礎(chǔ)、（外部）中斷系統(tǒng)、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串行通信、單片機(jī)的I/O接口，共同對(duì)應(yīng)畢業(yè)指標(biāo)的1和2。而16學(xué)時(shí)上機(jī)一共8組實(shí)驗(yàn)：8051單片機(jī)指令系統(tǒng)、LED流水燈實(shí)驗(yàn)、獨(dú)立鍵盤實(shí)驗(yàn)、外部中斷實(shí)驗(yàn)、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器（C/T）實(shí)驗(yàn)、LED數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示實(shí)驗(yàn)、矩陣鍵盤實(shí)驗(yàn)、基于點(diǎn)陣型發(fā)光二極管顯示控制實(shí)驗(yàn)，這8組實(shí)驗(yàn)對(duì)應(yīng)畢業(yè)指標(biāo)要求2。與此同時(shí)，結(jié)合專業(yè)整體培養(yǎng)方案建立6個(gè)課程目標(biāo)，即課程目標(biāo)1至目標(biāo)6，在教學(xué)大綱中將七章教學(xué)內(nèi)容與課程目標(biāo)的關(guān)系進(jìn)行對(duì)應(yīng)和分解。

2 現(xiàn)有課程評(píng)價(jià)方式問題剖析

現(xiàn)有課程評(píng)價(jià)包括課程學(xué)生評(píng)價(jià)和課程教師評(píng)價(jià)。其中課程學(xué)生評(píng)價(jià)采用考試+考核相結(jié)合的百分制評(píng)價(jià)方式，并結(jié)合畢業(yè)指標(biāo)要求達(dá)成度評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)過程如圖1所示；而課程教師評(píng)價(jià)采用以課程目標(biāo)達(dá)成度為主、畢業(yè)指標(biāo)要求達(dá)成度評(píng)價(jià)為輔的方式。

圖1 單片機(jī)原理課程學(xué)生評(píng)價(jià)示意圖

課程學(xué)生評(píng)價(jià)以60分為及格線，以分?jǐn)?shù)區(qū)間對(duì)應(yīng)為優(yōu)、良+、良、中+、中、及+和及七個(gè)課程學(xué)生評(píng)價(jià)等級(jí)。學(xué)生通過參與日常理論教學(xué)活動(dòng)獲取出勤成績+作業(yè)成績作為平時(shí)成績，參加統(tǒng)一期末閉卷考試獲取期末成績，參與8組課上實(shí)驗(yàn)并按照實(shí)際表現(xiàn)和實(shí)驗(yàn)報(bào)告評(píng)價(jià)獲得實(shí)驗(yàn)成績。最終該課程的學(xué)生評(píng)價(jià)按照考試成績:實(shí)驗(yàn)成績:平時(shí)成績的80%:10%:10%比例，得到加權(quán)得分進(jìn)行百分制評(píng)價(jià)和等級(jí)評(píng)價(jià)。對(duì)于課程學(xué)生評(píng)價(jià)中畢業(yè)指標(biāo)要求達(dá)成度，我們要按照課程大綱設(shè)定的畢業(yè)指標(biāo)達(dá)成度分解方式；畢業(yè)指標(biāo)要求一對(duì)應(yīng)理論教學(xué)考核內(nèi)容，評(píng)價(jià)方式為期末閉卷考試得分，畢業(yè)指標(biāo)要求一的達(dá)成度計(jì)算方法為學(xué)生期末閉卷考試得分/期末閉卷考試總分；畢業(yè)指標(biāo)要求二對(duì)應(yīng)理論教學(xué)考核內(nèi)容和課上實(shí)驗(yàn)考核內(nèi)容，評(píng)價(jià)方式為期末閉卷考試得分與課上實(shí)驗(yàn)考核得分的加權(quán)值，即畢業(yè)指標(biāo)要求二的達(dá)成度計(jì)算方法為學(xué)生期末閉卷考試得分×權(quán)值（8/9）與學(xué)生課上實(shí)驗(yàn)得分×權(quán)值（1/9）之和除以考核總分值（100分）。

課程教師評(píng)價(jià)采用以課程目標(biāo)達(dá)成度為主、畢業(yè)指標(biāo)要求達(dá)成度評(píng)價(jià)為輔的方式，其中畢業(yè)指標(biāo)要求達(dá)成度評(píng)價(jià)方法與課程學(xué)生評(píng)價(jià)中畢業(yè)指標(biāo)要求達(dá)成度計(jì)算方法，如圖2所示。

圖2 單片機(jī)原理課程教師評(píng)價(jià)示意圖

課程教師評(píng)價(jià)中核心內(nèi)容是課程目標(biāo)達(dá)成度，該達(dá)成度計(jì)算依托期末考試試卷、實(shí)驗(yàn)成績與平時(shí)成績，關(guān)鍵步驟是綜合課程大綱中各課程目標(biāo)對(duì)應(yīng)元素，分配試卷各試題分值、實(shí)驗(yàn)成績和平時(shí)成績與各課程目標(biāo)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，綜合考慮期末考試試卷、實(shí)驗(yàn)成績與平時(shí)成績的權(quán)重，實(shí)現(xiàn)期末考試試卷、實(shí)驗(yàn)成績、平時(shí)成績與各課程目標(biāo)的目標(biāo)值分解。依據(jù)每位學(xué)生期末考試試卷、實(shí)驗(yàn)成績與平時(shí)成績實(shí)際的分值，通過加權(quán)后的求和計(jì)算得到各課程目標(biāo)的目標(biāo)實(shí)際達(dá)成值，與各課程目標(biāo)的目標(biāo)值做除法運(yùn)算得到目標(biāo)達(dá)成度，并分別以班級(jí)、專業(yè)為單位計(jì)算各課程目標(biāo)達(dá)成值的平均值，得到課程教師評(píng)價(jià)，為教師分析課程目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的教學(xué)目的方法、提高和優(yōu)化教學(xué)過程提供有價(jià)值的參考。

通過前文的分析與介紹，現(xiàn)有的課程評(píng)價(jià)方法存在以下不足：首先，評(píng)價(jià)方法仍然是基于考試制的評(píng)價(jià)，雖能夠客觀反映學(xué)生對(duì)應(yīng)知識(shí)的掌握水平和教學(xué)效果，但全過程學(xué)生是被動(dòng)的接受和參與者，并未給予學(xué)生足夠的參與度；其次，畢業(yè)指標(biāo)達(dá)成度和課程目標(biāo)達(dá)成度計(jì)算方法雖然清晰準(zhǔn)確，但是分解方法依賴于畢業(yè)指標(biāo)及課程目標(biāo)的編制和設(shè)定，這個(gè)過程是一個(gè)任課教師主觀的行為過程，并未考量影響和促進(jìn)教學(xué)過程的其他重要因素，例如學(xué)生的接受程度、對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)能力和就業(yè)能力的支撐程度、學(xué)生工作或步入社會(huì)后知識(shí)的貢獻(xiàn)度和參與度等。由于課程評(píng)價(jià)方法本身存在的不足，使得其對(duì)于課程優(yōu)化的作用和效果也十分有限，而研究并提出一種更為科學(xué)有效的電子信息專業(yè)單片機(jī)原理課程優(yōu)化方法則顯得更有意義。

3 CDIO教育模式下課程優(yōu)化方法

源自國外高校教育研究成果的CDIO工程教育模式，其命名由構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)和運(yùn)作四組詞匯的英文首字母組合得到[7]。該模式按照全新的標(biāo)準(zhǔn)將能力培養(yǎng)目標(biāo)和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了重新的規(guī)定和劃分，使得以電子信息類專業(yè)為代表的工程教育專業(yè)教學(xué)實(shí)施和改革優(yōu)化過程具有明確具體、操作性強(qiáng)和可量化評(píng)價(jià)等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于完善教學(xué)過程、提高師生參與度和積極性具有重要意義。

在此，我們將單片機(jī)原理課程的理論教學(xué)內(nèi)容、課上實(shí)驗(yàn)和平時(shí)成績按照能力目標(biāo)要求進(jìn)行重新的對(duì)應(yīng)和劃分。其中工程基礎(chǔ)知識(shí)對(duì)應(yīng)課程內(nèi)容包含：單片機(jī)概述、AT89S52單片機(jī)內(nèi)部硬件結(jié)構(gòu)、單片機(jī)的指令系統(tǒng)與匯編語言編程基礎(chǔ)、中斷系統(tǒng)原理、單片機(jī)的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、單片機(jī)的串行通信、8051單片機(jī)指令系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)。個(gè)人能力對(duì)應(yīng)內(nèi)容包含：單片機(jī)的I/O接口、LED流水燈實(shí)驗(yàn)、獨(dú)立鍵盤實(shí)驗(yàn)、外部中斷實(shí)驗(yàn)、定時(shí)器計(jì)數(shù)器實(shí)驗(yàn)。人際團(tuán)隊(duì)能力對(duì)應(yīng)內(nèi)容包含：平時(shí)成績的50%。工程系統(tǒng)功能能力對(duì)應(yīng)內(nèi)容包含：平時(shí)成績的50%，以及LED數(shù)碼管顯示實(shí)驗(yàn)、矩陣鍵盤實(shí)驗(yàn)、基于點(diǎn)陣LED顯示實(shí)驗(yàn)的成績。

圖3 CDIO 模式下單片機(jī)原理課程考查體系劃分示意圖

依照CDIO體系劃分標(biāo)準(zhǔn)，我們對(duì)單片機(jī)原理課程所涉及的理論教學(xué)、課上實(shí)驗(yàn)以及平時(shí)成績進(jìn)行上述劃分，其中課程教學(xué)內(nèi)容部分主要涉及學(xué)生課程基礎(chǔ)知識(shí)、課程核心知識(shí)的培養(yǎng)，因而課程內(nèi)容的前六章以及課上實(shí)驗(yàn)部分較為基礎(chǔ)的實(shí)驗(yàn)一劃分為工程基礎(chǔ)知識(shí)考查體系。個(gè)人能力考查體系注重學(xué)生工程推理和解決問題的能力，尤其注重通過開展課上實(shí)驗(yàn)探尋知識(shí)、思維、態(tài)度以及技能的培養(yǎng)，故而將授課內(nèi)容第七章以及課上實(shí)驗(yàn)二至五劃入。人際團(tuán)隊(duì)能力部分注重培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作與交流能力，由于課上實(shí)驗(yàn)開展以學(xué)生個(gè)體為單位、實(shí)驗(yàn)箱為平臺(tái)，按照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書的要求，因此不能劃入人際團(tuán)隊(duì)能力考查范疇。充分結(jié)合課程實(shí)際，該部分能力考查主要依靠平時(shí)成績表征，而平時(shí)成績還要?jiǎng)澐忠徊糠謾?quán)重給工程系統(tǒng)能力考查部分，因而按照平時(shí)成績的50%對(duì)應(yīng)該部分內(nèi)容。工程系統(tǒng)能力主要是學(xué)生對(duì)外部環(huán)境的構(gòu)思以及工程系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、實(shí)施與運(yùn)行能力，我們把平時(shí)成績的50%以及相對(duì)復(fù)雜的課程實(shí)驗(yàn)六至八劃分到該考查體系。對(duì)于授課教師而言，平時(shí)成績的考查體系劃分以及學(xué)生的能力評(píng)定需要客觀科學(xué)，即平時(shí)成績的各個(gè)環(huán)節(jié)和要素如何體現(xiàn)在人際團(tuán)隊(duì)能力、工程系統(tǒng)能力的表征和考查上。這需要合理的評(píng)價(jià)體系，即該體系不僅能夠科學(xué)地指導(dǎo)和評(píng)價(jià)學(xué)生能力，也能夠在學(xué)生畢業(yè)、就業(yè)或深造等環(huán)節(jié)驗(yàn)證其有效性和合理性。

4 課程多維度指標(biāo)評(píng)價(jià)體系建立

CDIO課程評(píng)價(jià)體系與其他評(píng)價(jià)體系相比較，主要改進(jìn)在于評(píng)價(jià)體系不再簡單依賴于課程預(yù)先設(shè)定的課程目標(biāo)達(dá)成度、培養(yǎng)方案和畢業(yè)要求的支撐度，而是通過建立基礎(chǔ)知識(shí)體系對(duì)應(yīng)學(xué)生技能評(píng)價(jià)、個(gè)人能力對(duì)應(yīng)實(shí)踐技能評(píng)價(jià)、個(gè)人團(tuán)隊(duì)能力對(duì)應(yīng)團(tuán)隊(duì)協(xié)作與溝通技能評(píng)價(jià)、工程系統(tǒng)功能能力對(duì)應(yīng)創(chuàng)新技能評(píng)價(jià)，使得新的評(píng)級(jí)體系標(biāo)準(zhǔn)能夠在學(xué)生、學(xué)校、社會(huì)（用人單位）等多個(gè)維度指標(biāo)體系執(zhí)行，這樣課程的教學(xué)與培養(yǎng)效果的評(píng)價(jià)更加多維度，更加全面、完整和科學(xué)。顯然，原有的評(píng)價(jià)體系僅僅可以在學(xué)校評(píng)價(jià)維度開展，無法在學(xué)生、社會(huì)（用人單位）維度開展，這不僅忽略了教學(xué)過程是教與學(xué)的充分互動(dòng)過程，也忽略了電子信息等工程學(xué)科的特點(diǎn)，即學(xué)科培養(yǎng)要面向社會(huì)需求，培養(yǎng)的學(xué)生不但具有扎實(shí)基礎(chǔ)能力，還應(yīng)具有充分的解決實(shí)際問題的能力。CDIO模式下單片機(jī)課程多維度指標(biāo)評(píng)價(jià)體系的評(píng)價(jià)結(jié)果可以充分表征當(dāng)前教學(xué)過程在基礎(chǔ)知識(shí)、個(gè)人能力、個(gè)人團(tuán)隊(duì)能力、工程系統(tǒng)功能能力培養(yǎng)和支撐存在的不足，進(jìn)而指導(dǎo)教學(xué)優(yōu)化，改進(jìn)教學(xué)大綱與授課內(nèi)容，促進(jìn)單片機(jī)課程的不斷完善。

5 結(jié)語

本論文以電子信息類專業(yè)課程單片機(jī)原理為例，探討CDIO工程教育背景下單片機(jī)原理課程的教學(xué)評(píng)價(jià)與優(yōu)化，以教學(xué)大綱和專業(yè)培養(yǎng)方案入手，分析現(xiàn)有課程評(píng)價(jià)方式存在的局限和不足，建立基于CDIO培養(yǎng)體系的單片機(jī)原理課程多維度評(píng)價(jià)方法，對(duì)于優(yōu)化和完善單片機(jī)原理課程的教學(xué)過程、提高電子信息類專業(yè)人才培養(yǎng)質(zhì)量具有重要意義。