徐 航

（江西環(huán)境工程職業(yè)學院，江西 贛州 341000）

單片機憑借著體積小、功耗低、價格低廉和可靠性高等特點，廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)生活的各個領(lǐng)域。目前，《單片機技術(shù)與應(yīng)用》課程已經(jīng)成為高職電子類專業(yè)的專業(yè)核心課程。該課程主要培養(yǎng)學生開發(fā)基于單片機控制的系統(tǒng)的能力，包括硬件設(shè)計、程序設(shè)計、軟硬件聯(lián)調(diào)和實踐動手制作能力。課程涉及的知識面比較廣，對學生動手能力要求比較高，如何將CDIO 工程教育理念引入課程的實踐教學環(huán)節(jié)，強化學生工程思維、創(chuàng)新意識、實踐動手能力和團隊協(xié)助能力的培養(yǎng)，對提高教學質(zhì)量有重要意義。

1 高職單片機實踐教學現(xiàn)狀

單片機課程的綜合實訓是培養(yǎng)學生綜合應(yīng)用單片機相關(guān)知識解決實際問題和提高學生實踐動手能力的重要環(huán)節(jié)。目前，單片機課程的綜合實訓教學存在著以下問題。

1.1 教學時間安排不科學

目前，一般的做法都是講單片機課程的綜合實訓安排在期末考試前的一到兩周進行，這期間正是學生進行期末復(fù)習的期間，學生各種事務(wù)繁多，往往難以集中精力進行單片機系統(tǒng)的綜合設(shè)計和開發(fā)，從而導致教學的效果不是很理想。

1.2 實訓項目不夠豐富

單片機綜合實訓有的是按照實訓設(shè)備現(xiàn)有的元器件開展相應(yīng)的實訓，有的是教師統(tǒng)一布置給學生。項目的來源比較單一，往往存在多組同學共用一個項目的情況。學生被動地接受選題，會讓不同能力的學生無法發(fā)揮自己所長，學生的學習興趣無法有效地被激發(fā)。

1.3 教學組織實施不合理

由于整個綜合實訓的時間不長，整個過程往往由老師統(tǒng)一協(xié)調(diào)組織實施。學生更多地還是停留在用Proteus 軟件進行系統(tǒng)仿真的階段，沒有更多地時間進行實物制作和調(diào)試嗎，學生的實踐動手能力和工程素養(yǎng)無法得到培養(yǎng)，綜合實訓的教學效果也大打折扣，教學目標難以達成。

1.4 綜合實訓的考核方式待改善

綜合實訓的考核形式比較單一，存在不合理的地方。不如，大部分的考核都集中在課堂考勤、系統(tǒng)設(shè)計報告、仿真完成情況等方面，無法全面、系統(tǒng)、客觀地對學生學習的真實情況進行評價。

2 CDIO 工程教育理念

CDIO 是工程教育領(lǐng)域最新的研究成果，是一種先進的工程教育理念，在工程教育中有很多的應(yīng)用。CIDO 強調(diào)了在實際的工程背景下，以產(chǎn)品全生命周期為載體，在工程實施過程中探索理論知識，鍛煉動手能力，加深對理論知識的理解，提高運用知識解決實際問題的能力。學生在實踐中，培養(yǎng)工程思維、激發(fā)創(chuàng)新動力、體驗團隊協(xié)作。在整個CDIO 理念的教學實踐過程中體現(xiàn)了“做中學，學中做”，體現(xiàn)了基于項目和基于問題（PBL）的教學模式。

3 基于CDIO 理念的單片機綜合實訓教學改革

要將CDIO 先進的工程教育理念應(yīng)用到單片機的綜合實訓教學環(huán)節(jié)，需要從綜合實訓的時間安排、項目選題、組織實施、考核評價等四個方面進行全方位的改革。將產(chǎn)品的構(gòu)思、設(shè)計、實施和運行貫穿到教學的全過程，以學生未主體，教師為主導展開教學，讓學生在實踐過程中加深對單片機相關(guān)知識的理解與應(yīng)用，在實施完整的產(chǎn)品周期中培養(yǎng)工程素質(zhì)。

3.1 時間安排

改變以往單片機綜合實訓集中在期末考試前進行的時間安排，提前3 到4 周啟動綜合實訓，讓學生有更加充分的時間來實施項目。具體可以按照CDIO 理念分為4 個階段。一是對學生進行分組，引導每個小組的學生選題。二是開展系統(tǒng)的硬件設(shè)計和軟件設(shè)計，主要通過仿真軟件Proteus 和Keil C51 進行。三是制作實物。學生根據(jù)仿真結(jié)果，選用相應(yīng)元器件，搭建電路，進行軟硬件聯(lián)合調(diào)試。四是運行展示，答辯考核。學生提交設(shè)計說明書和使用說明書，以小組為單位匯報演示作品，回答老師的提問，完成答辯考核。

3.2 選題

綜合實訓的選題要基于單片機的應(yīng)用領(lǐng)域，盡可能的覆蓋單片機課程的重要知識點，又要注意相關(guān)知識的覆蓋面和學生自身學習情況，在設(shè)計難度上要適中，符合相應(yīng)學生的學習水平。選題盡量來源于應(yīng)用實際，體現(xiàn)工程背景，可以從企業(yè)項目、科研項目或者技能競賽題目中選取，也可以讓學生根據(jù)自己的興趣自主選題。選題后，需要進行可行性分析，對選題進行評估，進行設(shè)計任務(wù)分解，學生跟老師協(xié)商后最終確定。確定選題后，老師制定好任務(wù)書，明確具體要求，指導學生按照任務(wù)書實施項目。

3.3 組織實施

項目實施采取分組方式進行，每組設(shè)立組長一名，牽頭負責項目實施的各項工作，比如設(shè)計方案研討、具體技術(shù)問題的研究、組內(nèi)事務(wù)分工等。在整個過程中，學生自我組織、自我管理、教師全程指導，既能充分調(diào)動學生的積極性、培養(yǎng)學生獨立思考、實際動手和團隊協(xié)作能力，又能保證項目的實施遵循正確的方向，提高項目實施的成功率。以交通信號燈的設(shè)計與制作為例，說明具體的實施過程。

（1）項目構(gòu)思（concept）：學生根據(jù)系統(tǒng)功能和技術(shù)指標、查閱相關(guān)資料。組長組織成員開展組內(nèi)討論確定技術(shù)參數(shù)，提出實施方案。老師對小組提交的項目實施方案進行可行性分析，給出指導性的修改意見，確定最終實施方案。

（2）項目設(shè)計（design）：單片機系統(tǒng)的設(shè)計分為硬件和軟件兩個部分。學生先根據(jù)系統(tǒng)功能設(shè)計系統(tǒng)的硬件電路，確定具體的元器件參數(shù)，在proteus軟件上繪制電路原理圖，進行仿真調(diào)試。然后在Keil C51 環(huán)境下進行軟件設(shè)計、調(diào)試，最終編譯生成HEX 文件。將HEX 文件導入單片機，進行調(diào)試。調(diào)試完成后，對系統(tǒng)硬件和軟件定型，生成PCB 圖和BOM 清單。

（3）項目實施（implement）：根據(jù) BOM 清單和PCB 圖，選取元器件制作實物，進行焊接調(diào)試，硬件電路完成后，向單片機導入HEX 文件，通電測試，驗證功能是否正常，對存在的問題進行分析和修正，開展軟硬件聯(lián)合調(diào)試。功能實現(xiàn)后，撰寫產(chǎn)品設(shè)計說明書和使用說明書。

（4）項目運行（operate）：根據(jù)產(chǎn)品功能，編制項目文檔，包括產(chǎn)品演示的多媒體資源，匯報用PPT等。產(chǎn)品實施過程中技術(shù)文檔的歸類和收集，例如系統(tǒng)設(shè)計和調(diào)試過程中遇到的問題及解決方案。為產(chǎn)品演示和小組答辯做準備。

3.4 考核評價

改變原來偏重于結(jié)果的考核方式，以過程性考核為主。過程考核由學生自評、小組互評和教師評價三部分組成。其中學生自評，由學生對自己的學習態(tài)度、知識掌握情況、實踐動手能力、任務(wù)完成情況等方面進行評價，占20%。小組互評，是小組成員之間從團隊協(xié)作情況、對小組的貢獻度、專業(yè)素養(yǎng)等方面相互評價，占30%。教師評價，由教師根據(jù)學生的出勤情況、作業(yè)和任務(wù)的完成情況、分析問題和解決問題的能力等方面進行評價，占50%。

答辯考核以學生答辯表現(xiàn)、實物展示和項目文檔完成情況進行綜合評分。

綜合實訓總成績由過程評價（70%）和答辯考核（30%）兩部分組成。

4 結(jié) 語

基于CDIO 工程教育理念的改革，讓每一名學生參與到綜合實訓的全過程，成為學習的主體，在實踐中掌握知識，鍛煉思維，提高動手能力，培養(yǎng)團隊協(xié)作精神。實踐表明，改革后的單片機綜合實訓極大地激發(fā)了學生的學習興趣，學生的學習由被動變?yōu)橹鲃?，教學質(zhì)量提升明顯。