【摘要】單片機是高校工科專業(yè)的必修課程，具有實踐性、應用性強的特點。CDIO是一種新型工程教育模式，強調(diào)對學生工程能力、綜合能力的培養(yǎng)。本文將CDIO理念應用于單片機教學，對課堂教學、教學活動、課程考核等進行改革，實踐證明，該教學方法有效激發(fā)了學生的學習熱情，提高了學生的創(chuàng)新能力和動手能力，符合單片機課程的特點，取得了較好的教學效果。

【關(guān)鍵詞】單片機 CDIO 教學改革 教學理念

【基金項目】電子科技大學中山學院質(zhì)量工程建設項目（項目編號：ZLGC2011JXTD08）。

【中圖分類號】G642 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2013）10-0231-02

一、引言

單片機廣泛應用于家用電器、儀器儀表、醫(yī)用設備、航空航天、汽車電子等專用設備的智能化管理及過程控制領域。為適應市場需求和生產(chǎn)實際需要，單片機已成為機電工程、自動化、電子信息工程等專業(yè)的主干課程。單片機課程集微控制器理論知識與控制系統(tǒng)開發(fā)實踐技能培養(yǎng)于一體，對學生工程思維能力和解決問題能力的培養(yǎng)具有重要作用。目前，該課程在理工科學校的重要地位已經(jīng)受到廣大教育工作者和學生的重視。對于工科學生來說，很好地掌握單片機技術(shù)，不僅有助于對專業(yè)知識技能的深入、對整體專業(yè)素養(yǎng)的提高、動手能力與創(chuàng)新精神的培養(yǎng)，更重要的是能夠獲得實用的職業(yè)技能，增強就業(yè)競爭力[1]。

CDIO工程教育模式是近年來國際工程教育改革的最新成果[2]。CDIO是構(gòu)思（Conceive）、設計（Design）、實現(xiàn)（Implement）和運作（Operate）4個英文單詞的縮寫。CDIO 模式的大工程理念、強調(diào)對學生綜合能力的培養(yǎng) 、密切聯(lián)系產(chǎn)業(yè)等特點，都對我國工程教育有較好的啟示和借鑒作用，并在我國工程教育界產(chǎn)生了很大的反響，汕頭大學、清華大學等率先進行了 CDIO 工程教育改革，并取得了較好的成效。目前國內(nèi)許多高校都在研究CDIO模式，并根據(jù)學校各自的實際情況，探索工程教育理念的教學改革之路。

單片機作為一門實踐性強的專業(yè)課，近年來也有許多高校借鑒CDIO工程教育模式進行了改革。文獻3～6均提出擯棄傳統(tǒng)教學方法，完全按照CDIO模式采取項目驅(qū)動教學。筆者認為，在學習借鑒 CDIO 工程教育改革模式中，我們可以在實踐中參照 CDIO 模式，但又要切合學生的特點和學生的接受程度，CDIO 模式既是一種工程教育實施方案，更是一種工程教育理念，如果完全的項目驅(qū)動教學在無法被學生所理解和接受的情況下，我們依然可以借鑒這種工程教育理念。基于此，筆者采用CDIO工程教育理念，在單片機教學中，進行了一些改革探索和實踐，取得了良好的效果。

二、改革背景

傳統(tǒng)的單片機教學采用“滿堂灌”的方式，根據(jù)教學大綱要求，教師每節(jié)課完成教材上的若干知識點的講解。這種教學方式很難引起學生的學習積極性和學習熱情，學生剛開始抱著極大的興趣來學習，可是如果教師只是照本宣科講解，久而久之，則讓學生感到枯燥和倦怠。特別是傳統(tǒng)的期末考試方式，只是進行了單片機原理的表面知識考核，單片機應用的精髓則未能體現(xiàn)。在以往教學過程中，曾經(jīng)出現(xiàn)考試成績非常高，但畢業(yè)設計動起手來卻一塌糊涂的學生?？梢?，單片機教學與其他理論科目教學方式不完全相同，這門課程強調(diào)的是知識的應用，因此，它的教學方法就有必要進行改革。

三、考核方式改革

傳統(tǒng)的期末定考已經(jīng)不再適合于CDIO模式下單片機的教學，事實上，單片機知識的真正掌握也無法簡單用期末成績?nèi)ズ饬?，因此，本次改革，單片機的成績主要以項目的形式對學生能力進行綜合考核，采取教師評價、他人評價和學生自我評價等各種方式。在具體實施中，為了避免個別同學長期打醬油，所有同學的成績由個人成績和團隊成績兩部分組成，個人成績包括平時課堂表現(xiàn)和課堂測試，團隊成績包括團隊作業(yè)和課程設計。如果以CDIO模式表達的話，課程設計作品是單片機學習要達到的終極目標，稱為一級項目，團隊作業(yè)則是二級項目，也就是子課題，根據(jù)各個階段的學習要求而設定。在一開始的教學過程中，讓每個同學都清楚學習的的最終目標以及為了實現(xiàn)終極目標所設定的所有二級項目。

四、課堂教學模式改革

（一）以項目為導向，培養(yǎng)學生的團隊精神

CDIO工程教育模式強調(diào)以項目為導向開展教學。所有項目的開展我們都以團隊為單位， 3人為一組。由于單片機課程總成績的絕大部分來自于團隊成績，每個團隊成員必須要竭盡所能，才能在每個項目中拿到高分。每個團隊的一級項目實際就是課程設計，從開題到結(jié)束，課程設計過程貫穿整個學期，課程設計開題前要撰寫設計報告，通過教師論證才能確定是否繼續(xù)開展研究，學生于期末結(jié)束前完成設計和實物制作并撰寫設計報告，教師結(jié)合學生在驗收答辯過程中的表現(xiàn)、對作品的理解程度、對作品的貢獻大小和報告的撰寫水平等，給每位學生一個綜合評價。二級項目則由老師根據(jù)教學需要確定，主要包括中斷、定時器、串行口、單片機擴展等幾個子課題，二級項目可以通過PROTEUS仿真實現(xiàn)，二級項目的考核也是通過課堂答辯，由其他組的學生和老師共同評價打分。通過這些項目的開展，學生的團隊合作意識普遍提高，表達與交流的能力得到提升，參與積極性加強，學習熱情大幅提升。

（二）以引導教學為主，培養(yǎng)學生的自主學習能力

傳統(tǒng)的填鴨式教學，學生處于被動學習狀態(tài)，與主動學習相比，在學習效率上要大打折扣。單片機是一門實踐性很強的課程，根據(jù)多年來的教學實踐經(jīng)驗，講的多不如讓他們做的多，CDIO模式提出“學中做，做中學”，這一理念也是非常適合于單片機的教學。在課堂教學時，要抓主要，放次要，一些細枝末節(jié)的知識點沒必要花太多時間闡述，在具體開展教學過程中，可以通過設定課堂練習和課堂思考題，引導學生自主學習。例如單片機的指令系統(tǒng)，如果是以C51語言為主進行教學的，那些指令點到即止，沒有必要太過深入，否則很可能適得其反，主次不分。除了課堂的引導，最重要的還是通過項目在實戰(zhàn)中學，邊學邊做，邊做邊學，單片機只有用了才能真正學會，看10遍書不如做一個項目提升得快。

（三）采用案例驅(qū)動教學，培養(yǎng)學生的工程實踐意識

案例驅(qū)動法是一種基于探究性學習和協(xié)作學習的一種教學模式，起源于“哈佛大學”的情景案例教學課。案例驅(qū)動法要求師生改變傳統(tǒng)的觀念和角色，充分發(fā)揮學生在學習中的主體作用和教師在教學中的組織、引導、促進、控制作用，將學生認為枯燥的知識轉(zhuǎn)變?yōu)樯鷦拥膶W習內(nèi)容，有利于真正培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力、自學能力、實踐能力、增強學生獨立意識和協(xié)作精神[7]。單片機在生產(chǎn)生活中應用廣泛，有大量的實踐案例，教師應該根據(jù)學生專業(yè)特點，選取合適案例，在課前提出，讓學生提前查找資料、整合知識、充分思考，教師則以案例為線索，介紹背景，提出問題，引導討論，組織課堂教學活動。在本次教學改革中，我們還采用了分組課堂答辯等方式，對一些案例進行了詳細分析，在教師的引導下，邀請每組同學上講臺給其他同學講解不同的案例進行仿真演示，并回答臺下同學的提問，這種方式不僅鍛煉了學生的表達能力，利用實例推動了學生的自主學習，同時也讓學生理解了單片機的實際應用方法，逐漸培養(yǎng)學生的工程設計能力和工程實踐意識。

五、一級項目的開展

在整個CDIO教學模式下，一級項目設計是否合理至關(guān)重要。一級項目首先由教師提出總體需求，本次改革，要求完成一個有一定創(chuàng)新和實際應用價值的單片機作品，作品以單片機為核心，內(nèi)容包括硬件設計、軟件編程和程序仿真、實物制作、軟硬件調(diào)試，通過一級項目的完成，使學生初步掌握單片機應用系統(tǒng)的開發(fā)方法。一級項目不能太大，也不能過于簡單，太大太難學生做不出來會打擊學習熱情，太簡單則沒有達到目的。至于具體設計什么樣的系統(tǒng)，可以由學生根據(jù)以下幾個方面自行創(chuàng)新，經(jīng)過調(diào)研后，寫出設計報告，再由教師確定項目是否可行。

（一）以學科競賽為平臺

大學生學科競賽是整合課內(nèi)外實踐教育教學的重要環(huán)節(jié)，是培養(yǎng)學生創(chuàng)新精神和動手能力的有效載體，對培養(yǎng)和提高學生的創(chuàng)新思維、創(chuàng)新能力、團隊合作精神、解決實際問題和實踐動手能力具有極為重要的作用。目前，在以應用型人才培養(yǎng)為主的高校，學科競賽得到了各方面的重視，開展的越來越好。如全國大學生電子設計大賽、“飛思卡爾”杯智能汽車競賽、全國大學生挑戰(zhàn)杯課外學術(shù)科技作品、全國機器人大賽、中國物聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽、機械創(chuàng)新大賽等，分析各種競賽，很多控制類、數(shù)據(jù)采集類和信號發(fā)生類的題目都會涉及到單片機技術(shù)。將學科競賽與課程體系和教學改革緊密結(jié)合，使學科競賽成為日常教學的有益補充，在單片機教學過程中，可以用這些學科競賽為平臺，給有興趣參賽的同學進行指導，以競賽作品的高度來完成一級項目。

（二）以學生創(chuàng)新實驗項目為目標

目前，很多高校為了鼓勵學生的實踐創(chuàng)新，培養(yǎng)其動手能力，特別設立了“學生創(chuàng)新實驗項目”，有興趣的學生皆可報名申請，學校經(jīng)過答辯后對可行的項目進行資助。一級項目也可以此為目標，對單片機的應用進行研究，確定設計作品。

（三）以教師科研項目為依托

教師經(jīng)常參加科研活動，視野開闊，熟悉專業(yè)發(fā)展和企業(yè)需求，在教學過程中應當將科研成果和技術(shù)應用帶入教材、帶入課堂，用生動實例激發(fā)和培養(yǎng)學生的學習興趣。同樣的，學生也應當積極參與教師的科研工作，主動與教師交流，尋找鍛煉自己的機會。一級項目也可以來源于教師科研項目中的子課題。

（四）來源于對生活的思考

工科學生應當有意識的關(guān)注科技發(fā)展和技術(shù)應用，仔細觀察，善于發(fā)現(xiàn)，從生活中發(fā)現(xiàn)問題，利用所學知識去解決。一級項目可以來源于對生活的思考，自行創(chuàng)新，可完全根據(jù)自己的興趣和愛好，設計自己想要的作品。

六、教學改革實際效果

（一）激發(fā)了學生的學習熱情

CDIO工程教育方式極大地激發(fā)了學生的學習熱情，學生按工程項目的任務要求有針對性地學習知識，學習目的明確，學習積極性高漲，從過去的“厭學”變成了現(xiàn)在的“自主學”。

（二）鍛煉了學生的團隊協(xié)作精神

在單片機的學習過程中，學生被分為3人一組形成一個團隊，分別完成多個二級項目和一級項目，團隊成員之間必須團結(jié)協(xié)作，彼此配合，相互交流，有效鍛煉了學生的團隊協(xié)作精神。

（三）動手能力和創(chuàng)新能力大大提高

從完成作品情況來看，此次改革有效提高了學生的創(chuàng)新和實踐能力，以競賽為目標的有一組同學設計了一種環(huán)境監(jiān)測魔力樹，設計了一種傘狀的樹葉結(jié)構(gòu)，將當前的環(huán)境氣體情況通過樹葉的收和來表現(xiàn)，該作品需要完成機械結(jié)構(gòu)和電路方面的設計和制作，利用氣敏傳感器和LCD實現(xiàn)檢測和顯示；以實驗創(chuàng)新為目標的做了一個新型馬桶刷，用單片機作控制器利用超聲波實現(xiàn)馬桶清潔；以教師科研為目標的，參與了教師的科研項目，進行工業(yè)機械設備控制系統(tǒng)的開發(fā)；還有一些同學根據(jù)自己的興趣，用LED點陣制作了一個貪吃蛇游戲機。從提交作品和答辯的情況來看，大部分同學都初步掌握了單片機應用系統(tǒng)的開發(fā)方法。

七、總結(jié)

實踐證明，以工程能力培養(yǎng)為目標的CDIO工程教育理念，應用在單片機教學實踐中，極大提高了學生單片機的應用能力，學習熱情高漲，學習效率大大提高。教學過程不再是枯燥無味的說教，而是在邊學邊做當中獲取到滲透在每個項目中的知識點，使學生學而難忘。

參考文獻：

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作者簡介：

彭芳（1979-），女，副教授，碩士，主要研究方向：機電一體化、智能控制。