王紅茹，唐 煒，王后連，李 磊，趙 忠

（江蘇科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，江蘇 鎮(zhèn)江212100）

OBE（Outcome-based Education）理念[1]是由美國學(xué)者SPADY于1981年提出的，得到了教育界的普遍認(rèn)可和重視，并已成為美國、英國、加拿大等國家教育改革的主流理念。中國于2016-06正式加入華盛頓協(xié)議，成為其第18個(gè)成員國，要求工程類本科專業(yè)教學(xué)全過程都要圍繞學(xué)生畢業(yè)能力達(dá)成這一核心任務(wù)展開。2018年，教育部[2]明確提出全面整頓教育教學(xué)秩序，嚴(yán)格本科教育教學(xué)過程管理，并要求各高校全面梳理各門課程的教學(xué)內(nèi)容，打造“金課”。越來越多的高校認(rèn)可和實(shí)踐工程教育教育理念，積極打造高質(zhì)量、高水平的本科教育。

江蘇科技大學(xué)機(jī)械類專業(yè)順應(yīng)專業(yè)認(rèn)證的潮流，參照認(rèn)證要求[3-4]，以O(shè)BE理念為主導(dǎo)，積極開展本科教學(xué)的一系列探索和實(shí)踐。本文以“單片機(jī)”課程為例，探討課程建設(shè)中的一些體會和教學(xué)效果。

1 “單片機(jī)”課程特點(diǎn)及OBE理念下存在的問題

“單片機(jī)”課程是江蘇科技大學(xué)機(jī)械類本科專業(yè)的一門專業(yè)必修課程。該課程[5]以MCS-51為主線，講解單片機(jī)的基本組成、工作原理、接口電路及硬件連接等內(nèi)容。通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握MCS-51單片機(jī)的軟硬件基礎(chǔ)知識和幾種典型ⅠO接口，能夠分析、搭建一般復(fù)雜程度的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)，初步具備單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)、開發(fā)能力。

在以O(shè)BE為基本原則的專業(yè)認(rèn)證背景下，“單片機(jī)”課程教學(xué)尚存在一定差距。首先，“單片機(jī)”課程包括MCS-51的軟、硬件基礎(chǔ)知識，所涉及的內(nèi)容繁雜且概念抽象，再加上學(xué)時(shí)有限，導(dǎo)致教師在講課過程中往往只顧趕進(jìn)度而沒有兼顧學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。其次，“單片機(jī)”課程是一門邏輯性、實(shí)踐性非常強(qiáng)的課程，是培養(yǎng)機(jī)械類工程技術(shù)人才的專業(yè)必修課程，注重培養(yǎng)學(xué)生分析、解決機(jī)械工程領(lǐng)域復(fù)雜工程問題的能力。在實(shí)際授課過程中，MCS-51的硬件結(jié)構(gòu)和軟件系統(tǒng)的講授占用絕大部分時(shí)間，而留給工程案例講解的時(shí)間則較少。且教學(xué)過程基本遵循“課堂講授+課堂練習(xí)+課后作業(yè)+習(xí)題剖析”的固定教學(xué)模式，沒有充分發(fā)揮“以學(xué)生為中心”的教學(xué)理念。最后，在實(shí)際教學(xué)過程中，本課程的考核采用“期末考試+平時(shí)成績+課內(nèi)實(shí)驗(yàn)”的形式。其中，期末考試采用閉卷考試，占總評的70%；平時(shí)成績包括課堂表現(xiàn)（主要包括隨堂練習(xí)和課堂提問）和課后作業(yè)，分別占5%和15%；課內(nèi)實(shí)驗(yàn)包括3個(gè)實(shí)驗(yàn)，分別用于考核學(xué)生的軟件編寫與調(diào)試、硬件系統(tǒng)的連接與調(diào)試以及接口電路的設(shè)計(jì)與開發(fā)，占總評的10%。這種考核形式很難最大限度地調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，容易滋長平時(shí)不努力、期末突擊的不良學(xué)風(fēng)和學(xué)習(xí)習(xí)慣，不利于培養(yǎng)學(xué)生工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新型思維方式的養(yǎng)成。

2 OBE理念下的“單片機(jī)”課程教學(xué)改革

針對上述問題，結(jié)合江蘇科技大學(xué)機(jī)械類專業(yè)工程認(rèn)證要求，以O(shè)BE理念為指導(dǎo)思想，從以下幾方面對“單片機(jī)”課程的教學(xué)進(jìn)行了完善。

2.1 重新制訂課程目標(biāo)

課程目標(biāo)的制訂應(yīng)遵循反向設(shè)計(jì)[6-7]的原則，且滿足專業(yè)培養(yǎng)計(jì)劃和畢業(yè)要求。OBE理念下，制訂課程目標(biāo)的關(guān)鍵是“為達(dá)成畢業(yè)要求，學(xué)生需要從本門課程學(xué)什么？”。在課程目標(biāo)分解時(shí)，采用縱向分解的方式，使課程目標(biāo)之間相互獨(dú)立且可評估。新的課程目標(biāo)如下。

掌握單片微型計(jì)算機(jī)的相關(guān)基礎(chǔ)知識；領(lǐng)會MCS-51單片機(jī)的結(jié)構(gòu)、功能、工作方式，并了解其工作時(shí)序及其在機(jī)電工程領(lǐng)域的典型應(yīng)用；在了解半導(dǎo)體存儲器基礎(chǔ)知識的基礎(chǔ)上，掌握存儲器外部擴(kuò)展的基本方法并熟悉分析確定存儲器地址空間的方法；能夠通過文獻(xiàn)研究分析單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)，并考慮主要影響因素，以獲得有效結(jié)論；能夠通過查閱文獻(xiàn)研究分析相關(guān)元器件的使用方法，了解影響其性能的主要因素。

能夠正確運(yùn)用MCS-51單片機(jī)指令系統(tǒng)設(shè)計(jì)、調(diào)試一般復(fù)雜程度的匯編語言源程序；了解C51程序設(shè)計(jì)的基本框架；能夠針對機(jī)械電子工程領(lǐng)域的復(fù)雜工程問題，使用匯編語言或C51進(jìn)行單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的模擬和預(yù)測，并分析其局限性。

理解并合理使用MCS-51單片機(jī)的中斷系統(tǒng)、并口、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器等功能部件；理解MCS-51單片機(jī)典型Ⅰ/O接口電路的設(shè)計(jì)方法并掌握相對應(yīng)程序的基本設(shè)計(jì)方法；理解單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本思想；能夠針對機(jī)電工程設(shè)計(jì)或產(chǎn)品開發(fā)擬定合理的技術(shù)方案，設(shè)計(jì)滿足特定需求的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)或獨(dú)立功能模塊，并體現(xiàn)出創(chuàng)新意識；能夠分析、搭建一般復(fù)雜程度的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)，制訂合適的實(shí)驗(yàn)方案，構(gòu)建（仿真）實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)并開展實(shí)驗(yàn)研究。

通過課程目標(biāo)的縱向分解，將具體教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)環(huán)節(jié)和教學(xué)評估與課程目標(biāo)直接關(guān)聯(lián)起來，如表1所示，為課程達(dá)成度評價(jià)和持續(xù)改進(jìn)提供關(guān)鍵依據(jù)。

表1 課程目標(biāo)與教學(xué)內(nèi)容及考核環(huán)節(jié)之間的關(guān)系

2.2 完善教學(xué)體系

2.2.1 整合教學(xué)內(nèi)容，增強(qiáng)其關(guān)聯(lián)性

江蘇科技大學(xué)機(jī)械類“單片機(jī)”課程選用胡漢才編著的《單片機(jī)原理及其接口技術(shù)》（第4版）[5]作為教材。該書共有10章內(nèi)容，筆者在教學(xué)實(shí)踐中將其歸納整理為四大部分進(jìn)行講授：①單片機(jī)硬件知識，分為三個(gè)教學(xué)單元，分別是第1單元單片機(jī)基礎(chǔ)知識、第2單元51單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和時(shí)序、第4單元半導(dǎo)體存儲器；②單片機(jī)軟件知識，共1個(gè)教學(xué)單元，即第3單元匯編語言源程序設(shè)計(jì)；③51單片機(jī)功能部件及典型接口電路設(shè)計(jì)，由5個(gè)教學(xué)單元組成，分別是第5單元51單片機(jī)中斷系統(tǒng)、第6單元并行Ⅰ/O接口、第7單元人機(jī)接口、第8單元51單片機(jī)對A/D和D/A的接口和第9單元51單片機(jī)的串行通信；④單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)，記為第10教學(xué)單元。在教學(xué)過程中充分考慮學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，采用由簡單內(nèi)容逐漸向復(fù)雜內(nèi)容過渡的方法，使得整個(gè)學(xué)習(xí)過程變成一個(gè)循序漸進(jìn)積累知識的過程。

2.2.2 小班教學(xué)，強(qiáng)化過程管理

“單片機(jī)”課程共64學(xué)時(shí)，包括58學(xué)時(shí)的理論教學(xué)和6學(xué)時(shí)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)。另外，增加了32學(xué)時(shí)課外實(shí)踐項(xiàng)目（包含2個(gè)實(shí)踐項(xiàng)目）。

在日常的教學(xué)實(shí)踐中，該課程由5位任課教師執(zhí)教。其中，3位教師負(fù)責(zé)理論教學(xué)，2位教師負(fù)責(zé)實(shí)驗(yàn)教學(xué)；課外實(shí)踐項(xiàng)目由理論課教師負(fù)責(zé)指導(dǎo)。每學(xué)期每位理論課教師負(fù)責(zé)一兩個(gè)自然班的教學(xué)，這樣有利于教師摸清每位學(xué)生的基礎(chǔ)及學(xué)習(xí)情況，進(jìn)而實(shí)時(shí)調(diào)整教學(xué)計(jì)劃。例如，在上學(xué)期的教學(xué)過程中，筆者發(fā)現(xiàn)所授課班級的絕大部分學(xué)生通過前面相關(guān)計(jì)算機(jī)課程的學(xué)習(xí)已經(jīng)掌握了單片微型計(jì)算機(jī)相關(guān)基礎(chǔ)知識部分?jǐn)?shù)制、數(shù)的表示方法和字符編碼。為此，在實(shí)際教學(xué)中及時(shí)調(diào)整教學(xué)計(jì)劃，對已掌握部分一帶而過，而將數(shù)的表示形式、單片機(jī)結(jié)構(gòu)和基本原理等作為重點(diǎn)進(jìn)行課堂講解。實(shí)驗(yàn)教學(xué)分批分組進(jìn)行，8名學(xué)生一組，確保每2名學(xué)生使用1臺實(shí)驗(yàn)設(shè)備，這樣既方便指導(dǎo)教師準(zhǔn)確掌握實(shí)驗(yàn)運(yùn)行情況，又利于學(xué)生的疑問及時(shí)得到答復(fù)，最終達(dá)到提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果的目的。課外實(shí)踐的2個(gè)項(xiàng)目均要求每位學(xué)生獨(dú)立完成。在項(xiàng)目實(shí)施過程中，同一學(xué)期每個(gè)自然班分時(shí)段進(jìn)行，安排不少于4次的集中指導(dǎo)與答疑，以便于學(xué)生穩(wěn)步開展項(xiàng)目研究，且能及時(shí)掌握學(xué)生的完成情況與效果。

2.2.3 教學(xué)反饋，助力持續(xù)完善

一方面，通過每周的定時(shí)定點(diǎn)答疑輔導(dǎo)、課后作業(yè)、電子郵件和QQ群，使得任課教師能及時(shí)收到學(xué)生的學(xué)習(xí)效果與情況，并在后續(xù)的教學(xué)過程中及時(shí)調(diào)整；另一方面，課程教學(xué)結(jié)束后，學(xué)生應(yīng)及時(shí)通過學(xué)校網(wǎng)上評教系統(tǒng)客觀公正地評價(jià)本次教學(xué)活動(dòng)，以及教師通過計(jì)算、分析本次教學(xué)活動(dòng)的能力指標(biāo)點(diǎn)達(dá)成情況，并針對存在的問題，提出本課程今后持續(xù)改進(jìn)應(yīng)采取的措施。

2.3 提升教師工程實(shí)踐教學(xué)能力

江蘇科技大學(xué)機(jī)械類“單片機(jī)”課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)主要通過鼓勵(lì)教師做企業(yè)博士后、科技掛職和做產(chǎn)學(xué)研項(xiàng)目來提高其工程實(shí)踐能力。截至目前，5名任課教師中，有3名做過或正在做企業(yè)博士后，1名科技掛職于企業(yè)2年，2名做過產(chǎn)業(yè)研項(xiàng)目。另外，在日常的教學(xué)過程中，開展導(dǎo)師“傳幫帶”活動(dòng)。由教學(xué)經(jīng)驗(yàn)豐富的老教師帶領(lǐng)青年教師更好更快地?fù)碛泄こ虒?shí)踐教學(xué)能力。

2.4 改進(jìn)考核評價(jià)方法

將原有的以“平時(shí)成績+課內(nèi)實(shí)驗(yàn)成績+期末考試成績”來評估學(xué)生學(xué)習(xí)效果的方法調(diào)整為多個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)、分目標(biāo)綜合考核方法，以克服考核方式單一、考核內(nèi)容與課程目標(biāo)關(guān)聯(lián)性不明確以及持續(xù)改進(jìn)難以推進(jìn)等問題。

在現(xiàn)有考核方式的基礎(chǔ)上，增加單元測試和課外實(shí)踐項(xiàng)目，同時(shí)調(diào)整各考核環(huán)節(jié)在總評中的占比。完善后的最終成績由四大部分組成：作業(yè)考核（每單元測試占5%+課后作業(yè)5%）占10%，課內(nèi)實(shí)驗(yàn)占15%，實(shí)踐項(xiàng)目占15%，期末考試占60%。

每個(gè)環(huán)節(jié)考核的側(cè)重點(diǎn)不同：①作業(yè)考核的重點(diǎn)是學(xué)生對知識的掌握情況，主要考查點(diǎn)包括作業(yè)完成情況、文獻(xiàn)研究分析典型實(shí)例的成效報(bào)告等，具體形式有教材課后作業(yè)、隨堂練習(xí)和單元測試。課堂考勤雖然不占總評成績，但為了保證學(xué)習(xí)效果，采用隨機(jī)抽查的方式進(jìn)行考勤，缺勤一次扣2分，缺勤次數(shù)超過總考勤次數(shù)的1/3則取消期末考試資格。②課內(nèi)實(shí)驗(yàn)主要考核學(xué)生的動(dòng)手能力和利用所學(xué)理論知識合理解釋相關(guān)實(shí)驗(yàn)過程和結(jié)果的能力。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容由實(shí)驗(yàn)教師在實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)提前發(fā)布，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)課前做充分準(zhǔn)備，明確實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)及實(shí)驗(yàn)要求，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，編寫程序代碼并進(jìn)行必要的仿真調(diào)試，結(jié)合仿真結(jié)果進(jìn)一步理解實(shí)驗(yàn)相關(guān)原理，并撰寫預(yù)習(xí)報(bào)告。在固定時(shí)間和地點(diǎn)進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)收，要求學(xué)生能夠熟練操作實(shí)驗(yàn)裝置和相關(guān)工具、獨(dú)立編寫實(shí)驗(yàn)程序搭建實(shí)驗(yàn)硬件、熟練掌握軟硬件聯(lián)機(jī)調(diào)試方法。實(shí)驗(yàn)完成后要求學(xué)生獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告撰寫，報(bào)告書撰寫要規(guī)范、字跡清楚；實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析正確、翔實(shí)；思考題回答正確。③實(shí)踐項(xiàng)目要求學(xué)生自主完成，重點(diǎn)考核學(xué)生利用本課程理論知識系統(tǒng)、全面、綜合解決實(shí)際工程技術(shù)問題的能力和創(chuàng)新意識。④期末考試結(jié)合其他考核方式實(shí)現(xiàn)課程知識點(diǎn)的全覆蓋，以概念應(yīng)用/分析/設(shè)計(jì)類等題型為主，重點(diǎn)考查學(xué)生對課程基本知識的掌握程度以及綜合應(yīng)用所學(xué)知識來分析、解決問題的能力[6]。

3 教學(xué)實(shí)踐

本教學(xué)團(tuán)隊(duì)從2019—2020學(xué)年開始實(shí)施上述課程教學(xué)方案，每個(gè)教學(xué)班的成績與往屆相比都有所提高。表2是本學(xué)期機(jī)電23班的期末試卷得分分析表，其中，第一大題是計(jì)算題，由3個(gè)小題組成，重點(diǎn)考核學(xué)生對基本概念的理解；第二大題是分析題，由4個(gè)小題組成，考查學(xué)生利用所學(xué)知識分析問題的能力；第三大題是綜合設(shè)計(jì)題，考核學(xué)生解決實(shí)際問題的能力。表3是由總評成績解算出的各畢業(yè)指標(biāo)點(diǎn)的得分分值及達(dá)成情況分析。

由表2可以看出，第三大題的得分率相對較低，其原因是該大題的綜合性較強(qiáng)，部分同學(xué)雖然對相關(guān)知識點(diǎn)熟悉，但是綜合應(yīng)用能力較差。由表3可以看出，本教學(xué)班的各個(gè)畢業(yè)指標(biāo)點(diǎn)均已達(dá)標(biāo)，說明大部分學(xué)生總體已掌握與機(jī)電控制相關(guān)的單片機(jī)知識，但解決機(jī)械電子工程領(lǐng)域中的復(fù)雜工程問題的能力有待進(jìn)一步提高。針對上述問題，后續(xù)教學(xué)擬從以下方面進(jìn)行改進(jìn)：①在理論課的第三、四部分知識講解時(shí)，適當(dāng)增加實(shí)際工程案例，強(qiáng)化學(xué)生分析設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)；②實(shí)驗(yàn)教學(xué)方面，突出實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)的重要性，增強(qiáng)學(xué)生解決問題的自主性；③課外實(shí)踐項(xiàng)目中，鼓勵(lì)學(xué)生充分利用文獻(xiàn)資源進(jìn)行項(xiàng)目方案的設(shè)計(jì)與分析對比，提高學(xué)生分析問題、解決問題的能力[7]。

表2 機(jī)電23班期末試卷分析

表3 機(jī)電23班指標(biāo)點(diǎn)達(dá)成度評價(jià)

4 結(jié)語

本文通過分析江蘇科技大學(xué)機(jī)械類“單片機(jī)”課程的特點(diǎn)及其在OBE理念下存在的問題，從縱向分解教學(xué)目標(biāo)、完善教學(xué)體系、提升任課教師工程實(shí)踐教學(xué)能力和改進(jìn)考核評價(jià)方法等方面進(jìn)行基于OBE理念的教學(xué)改革，并將其應(yīng)用于實(shí)際的教學(xué)工作，獲得了較好的教學(xué)效果。