摘 要 為培養(yǎng)嵌入式行業(yè)的優(yōu)秀人才，需要重構(gòu)嵌入式課程的知識(shí)體系。文章基于OBE―CDIO理念，對(duì)嵌入式課程的教學(xué)大綱、教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行探索與研究，細(xì)化教學(xué)目標(biāo)，建立階梯式教學(xué)內(nèi)容；合理劃分嵌入式課程綜合實(shí)踐項(xiàng)目?jī)?nèi)容，做好課程內(nèi)容學(xué)習(xí)的遞進(jìn)銜接；在工程教育模式下，發(fā)揮教師引導(dǎo)作用及學(xué)生的主體特性，以培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力。

關(guān)鍵詞 OBE-CDIO理念；課程重構(gòu)；教學(xué)項(xiàng)目；持續(xù)改進(jìn)

中圖分類號(hào)：G642 " " " " " " " " " " " " " " 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A " " DOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2024.22.019

Reconstruction of Embedded Course Comprehensive Practice Project

under OBE-CDIO Teaching Concept

NIE Yingying

（Nanfang College Guangzhou， Guangzhou， Guangdong 510000）

Abstract Currently， in order to enhance the effectiveness of talent cultivation in vocational undergraduate education， it is crucial to strengthen the construction of practical teaching system in professional course teaching. From the current practical teaching system of vocational undergraduate colleges， there are still many problems. In this regard， the article takes vocational undergraduate cost courses as the research object， analyzes the importance of constructing their practical teaching system， explains the problems existing in practical teaching of vocational undergraduate education， and improves students' measurement and pricing level through integrated teaching content design.

Keywords OBE-CDIO concept; curriculum restructuring; teaching projects; continuous improvement

嵌入式課程是電子專業(yè)的重要課程，是基于學(xué)生未來(lái)從事嵌入式人工智能電子產(chǎn)品的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)、安裝及調(diào)試崗位而設(shè)置的理實(shí)一體專業(yè)課程。學(xué)生通過(guò)課程學(xué)習(xí)，培養(yǎng)單片機(jī)應(yīng)用能力、嵌入式系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)能力、創(chuàng)新實(shí)踐能力和職業(yè)素養(yǎng)等，為學(xué)生后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)和工作實(shí)習(xí)奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，也為學(xué)生不斷適應(yīng)企業(yè)最新需求、崗位遷移以及項(xiàng)目開(kāi)發(fā)創(chuàng)造條件。

目前嵌入式課程大多選擇實(shí)驗(yàn)箱或者相關(guān)開(kāi)發(fā)板展開(kāi)教學(xué)[1]，基于開(kāi)發(fā)板分模塊展開(kāi)教學(xué)，在各模塊教學(xué)中融入理論知識(shí)；這種教學(xué)方式使得學(xué)生很難將嵌入式課程與完整項(xiàng)目建立聯(lián)系，更極少會(huì)思考其在實(shí)際企業(yè)環(huán)境中的應(yīng)用，這無(wú)疑造成了學(xué)生知識(shí)學(xué)習(xí)與實(shí)踐應(yīng)用的斷層，經(jīng)常出現(xiàn)有些學(xué)生可能某些模塊學(xué)習(xí)得很好，也可以用ARM芯片成功調(diào)試程序，但是遇到完整的項(xiàng)目就不知從何下手，顯然沒(méi)有理解嵌入式應(yīng)用開(kāi)發(fā)的流程，也不清楚嵌入式產(chǎn)品的實(shí)現(xiàn)步驟與課程理論的聯(lián)系，這也是嵌入式課程教學(xué)和實(shí)際企業(yè)應(yīng)用分裂的表現(xiàn)。

1" OBE―CDIO理念

OBE理念是以成果為導(dǎo)向的理念[2]，它要求教師注重對(duì)教學(xué)過(guò)程各個(gè)環(huán)節(jié)的組織、管理、設(shè)計(jì)與考核評(píng)價(jià)，針對(duì)學(xué)生學(xué)情細(xì)化實(shí)踐目標(biāo)，助力學(xué)生達(dá)成學(xué)習(xí)成果。這種教育方式是面向產(chǎn)出的，以學(xué)生為本，以成果為導(dǎo)向并持續(xù)改進(jìn)，是一種注重學(xué)生主觀動(dòng)力和實(shí)踐操作的教學(xué)培養(yǎng)模式。而CDIO側(cè)重于從產(chǎn)品全生命周期的角度解析教育教學(xué)，其代表的四大過(guò)程分別是構(gòu)思―設(shè)計(jì)―實(shí)現(xiàn)―運(yùn)行，此過(guò)程展示出產(chǎn)品從無(wú)到有的全過(guò)程，從這個(gè)角度培養(yǎng)學(xué)生，相當(dāng)于置學(xué)生于實(shí)際開(kāi)發(fā)全程，體會(huì)具體的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)到運(yùn)行的整個(gè)流程，直接參與實(shí)際的實(shí)踐應(yīng)用，脫離傳統(tǒng)的應(yīng)試學(xué)習(xí)方式，不再是枯燥的純理論學(xué)習(xí)，而是在做中學(xué)，實(shí)現(xiàn)實(shí)踐與理論的有機(jī)結(jié)合。鑒于當(dāng)前教學(xué)環(huán)境，目前已經(jīng)有大量學(xué)者有機(jī)結(jié)合OBE和CDIO理念，并應(yīng)用到課程教學(xué)設(shè)計(jì)中，在工程教育理念下培養(yǎng)學(xué)生的自主實(shí)踐能力，面向成果導(dǎo)向設(shè)計(jì)課程學(xué)習(xí)項(xiàng)目，以項(xiàng)目細(xì)化引導(dǎo)驅(qū)動(dòng)教學(xué)目標(biāo)實(shí)現(xiàn)?？傮w而言，OBE―CDIO理念[3]是一種以學(xué)生為中心，發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，將課程教學(xué)在社會(huì)實(shí)際需求背景下進(jìn)行理論與實(shí)踐有機(jī)結(jié)合的教學(xué)模式。

針對(duì)當(dāng)前嵌入式課程教學(xué)過(guò)程中存在的問(wèn)題，運(yùn)用OBE―CDIO教育理念，重構(gòu)嵌入式課程，基于專業(yè)教學(xué)質(zhì)量國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和企業(yè)需求，梳理并細(xì)化教學(xué)內(nèi)容，將具體學(xué)習(xí)內(nèi)容與實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景相結(jié)合，力求教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)能夠突出課程的先進(jìn)性與實(shí)用性，全面提升課程質(zhì)量。

2" 基于OBE―CDIO理念的課程重構(gòu)

OBE有機(jī)結(jié)合CDIO工程教育[4]的理念，把握好“學(xué)生為本，成果導(dǎo)向，持續(xù)改進(jìn)”三要素在課程實(shí)施中的體現(xiàn)[5]，依據(jù)工程教育專業(yè)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)、專業(yè)教學(xué)質(zhì)量國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，以及人才培養(yǎng)目標(biāo)多維度剖析嵌入式課程的教學(xué)目標(biāo)和學(xué)知識(shí)體系。

從課程目標(biāo)和定位上看，以成果產(chǎn)出細(xì)化到具體技術(shù)指標(biāo)點(diǎn)，用于評(píng)價(jià)學(xué)生通過(guò)學(xué)習(xí)獲取的技能與實(shí)踐應(yīng)用能力，培養(yǎng)具備社會(huì)競(jìng)爭(zhēng)力、符合企業(yè)需求的綜合創(chuàng)新型人才，因此課程教學(xué)目標(biāo)從知識(shí)方面要求學(xué)生掌握扎實(shí)的嵌入式原理、控制技術(shù)、電子電工技術(shù)、數(shù)據(jù)測(cè)試及驗(yàn)證等理論；從能力方面要求學(xué)生掌握嵌入式產(chǎn)品開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)流程，具備工程實(shí)踐能力，具備程序設(shè)計(jì)、硬件設(shè)計(jì)、PCB設(shè)計(jì)再到整合測(cè)試的能力，能夠根據(jù)實(shí)際項(xiàng)目需求進(jìn)行知識(shí)劃分，技術(shù)應(yīng)用、產(chǎn)品開(kāi)發(fā)；綜合素質(zhì)方面的要求是具備創(chuàng)造性思維、批判性思維、學(xué)習(xí)自主性、團(tuán)結(jié)溝通能力等。教師基于OBE―CDIO理念多維度剖析教學(xué)目標(biāo)，將抽象的教學(xué)目標(biāo)具象化，具體到知識(shí)點(diǎn)，更易把控教學(xué)的重難點(diǎn)，細(xì)化技術(shù)指標(biāo)，方便針對(duì)性地進(jìn)行個(gè)性化教學(xué)，清晰明確的教學(xué)目標(biāo)會(huì)輔助學(xué)生清楚自己需要達(dá)到什么樣的學(xué)習(xí)目標(biāo)，并進(jìn)行有效學(xué)習(xí)。

為實(shí)現(xiàn)以上教學(xué)目標(biāo)，嵌入式課程堅(jiān)持“以學(xué)生為中心，學(xué)習(xí)成果為導(dǎo)向，將教學(xué)與實(shí)際工程實(shí)踐有機(jī)結(jié)合”的原則，進(jìn)行課程知識(shí)體系重構(gòu)，基于CDIO理念結(jié)合學(xué)生學(xué)習(xí)能力、學(xué)生的知識(shí)儲(chǔ)備及實(shí)踐能力情況，將嵌入式課程以項(xiàng)目形式展開(kāi)，并設(shè)計(jì)有基礎(chǔ)項(xiàng)目、綜合項(xiàng)目、擴(kuò)展型項(xiàng)目三大類階梯遞進(jìn)式項(xiàng)目。其中，基礎(chǔ)項(xiàng)目依托于項(xiàng)目形式融入嵌入式課程中的新知識(shí)點(diǎn)，以各知識(shí)點(diǎn)作為載體實(shí)現(xiàn)具體項(xiàng)目，實(shí)現(xiàn)理論實(shí)踐一體化教學(xué)；綜合項(xiàng)目的設(shè)計(jì)是在基礎(chǔ)知識(shí)點(diǎn)之上添加專項(xiàng)功能設(shè)計(jì)，功能設(shè)計(jì)貼合實(shí)際，讓學(xué)生熟悉嵌入式產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)流程；擴(kuò)展項(xiàng)目是綜合型項(xiàng)目的擴(kuò)展，基于綜合項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展功能，學(xué)生可應(yīng)用預(yù)留的IO口擴(kuò)展模塊，真正學(xué)會(huì)靈活應(yīng)用stm32。經(jīng)過(guò)對(duì)教學(xué)目標(biāo)的分析及課程知識(shí)體系的重構(gòu)，依據(jù)CDIO階梯式項(xiàng)目劃分原則，最終將嵌入式課程劃分為5個(gè)項(xiàng)目：競(jìng)賽計(jì)分器設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)、數(shù)字時(shí)鐘設(shè)計(jì)、簡(jiǎn)易電壓表設(shè)計(jì)、電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)、智能門禁系統(tǒng)。

3" 課程實(shí)施

為提升學(xué)生的軟硬件設(shè)計(jì)能力、工程實(shí)踐能力及可擴(kuò)展能力，項(xiàng)目基于獨(dú)立的最小系統(tǒng)板開(kāi)展，根據(jù)技術(shù)指標(biāo)點(diǎn)編寫實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書，將主控模塊分發(fā)給每一位學(xué)生使用。課堂上，教師分發(fā)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書，引導(dǎo)學(xué)生理解項(xiàng)目需求；以子任務(wù)引入教學(xué)，從子功能實(shí)現(xiàn)方式到軟硬件設(shè)計(jì)，從各模塊示例代碼到綜合程序調(diào)試。課外，根據(jù)課堂上教師布置的練習(xí)以及模塊的范例程序，學(xué)生們先用模塊示例程序驗(yàn)證課堂講授的現(xiàn)象，以便加深對(duì)課堂知識(shí)點(diǎn)的理解，然后根據(jù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書，通過(guò)修改示例程序，進(jìn)一步熟悉各模塊原理。使用獨(dú)立的主控模塊及各功能模塊，可以有效結(jié)合課上及課下時(shí)間，解決課堂時(shí)間有限，難以全部用課堂時(shí)間獨(dú)立完成開(kāi)發(fā)的問(wèn)題。使得項(xiàng)目開(kāi)展的連續(xù)性得以保持，實(shí)現(xiàn)良好學(xué)習(xí)及實(shí)踐效果。

嵌入式課程各個(gè)項(xiàng)目的實(shí)施以教師引導(dǎo)為主，按照教學(xué)環(huán)節(jié)逐步推進(jìn)：①展示項(xiàng)目進(jìn)度表，并通過(guò)整體方案實(shí)現(xiàn)框圖、成品展示等方式引導(dǎo)學(xué)生從整體上把控項(xiàng)目的目標(biāo)、實(shí)現(xiàn)思路、各子任務(wù)時(shí)間節(jié)點(diǎn)；②將課程知識(shí)與各個(gè)實(shí)際項(xiàng)目子任務(wù)場(chǎng)景對(duì)應(yīng)，明確項(xiàng)目的理論基礎(chǔ)，按照項(xiàng)目的各個(gè)子任務(wù)講解可能涉及的具體技術(shù)指標(biāo)點(diǎn)；③明確項(xiàng)目完成度，設(shè)計(jì)多樣性要求，將項(xiàng)目要求對(duì)應(yīng)到詳細(xì)的技術(shù)指標(biāo)點(diǎn)，從而劃分項(xiàng)目完成度分級(jí)；④在兼顧學(xué)生個(gè)體差異化的基礎(chǔ)上，細(xì)化并合理設(shè)置考核評(píng)價(jià)，考核評(píng)價(jià)與項(xiàng)目由易到難的多級(jí)任務(wù)對(duì)應(yīng)，促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性； ⑤注重?cái)U(kuò)展功能的實(shí)現(xiàn)，并將其完成情況作為考核附加分的指標(biāo)之一。

4" 課程考核與持續(xù)改進(jìn)

在項(xiàng)目考核[6]方面，每個(gè)學(xué)生獨(dú)立考核，考核分?jǐn)?shù)具體到每一個(gè)技術(shù)點(diǎn)，針對(duì)學(xué)生學(xué)情，考慮到每個(gè)學(xué)生的差異性，考核環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)有模塊原理說(shuō)明、程序設(shè)計(jì)、硬件分析、綜合程序調(diào)試、硬件原理圖繪制、PCB設(shè)計(jì)、現(xiàn)象展示，每個(gè)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)都有驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)學(xué)生的陳述、展示、問(wèn)題回答情況進(jìn)行考核評(píng)價(jià)。多樣化分層次的考核標(biāo)準(zhǔn)，可多維度評(píng)價(jià)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，促進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，符合不同學(xué)習(xí)層次學(xué)生需求，充分發(fā)揮學(xué)生的積極自主性。

課程體系設(shè)計(jì)的一個(gè)重要階段是課程的持續(xù)改進(jìn)[7]，課程改革實(shí)施的目標(biāo)是培養(yǎng)優(yōu)秀的嵌入式行業(yè)人才，課程內(nèi)容重構(gòu)的目的是建立理論實(shí)踐一體化教學(xué)模式，圍繞課程改革的培養(yǎng)目標(biāo)，從CDIO全生命周期的四個(gè)過(guò)程反向思考課程如何保證持續(xù)改進(jìn)?！皹?gòu)思”階段，緊跟行業(yè)信息，深入分析當(dāng)前行業(yè)需求，構(gòu)思學(xué)生的素質(zhì)能力培養(yǎng)方向，從而不斷細(xì)化修訂課程大綱，變更教學(xué)目標(biāo)；“設(shè)計(jì)”階段需要規(guī)劃教學(xué)資源、教學(xué)情境，是吸引學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的重要階段，基于課程教學(xué)大綱，可通過(guò)查閱專業(yè)競(jìng)賽方向及知識(shí)深度變化、示范性金課要求、工程教育專業(yè)認(rèn)證理念等方式來(lái)多維度分析當(dāng)前的專業(yè)導(dǎo)向，以不斷改進(jìn)設(shè)計(jì)過(guò)程，盡量兼顧學(xué)生的差異化教學(xué)；“實(shí)現(xiàn)”階段側(cè)重于設(shè)計(jì)過(guò)程的實(shí)施，此階段分為課前、課中、課后三個(gè)部分開(kāi)展，課前教師可通過(guò)超星平臺(tái)提前發(fā)布教學(xué)資源及教學(xué)重難點(diǎn)，引導(dǎo)學(xué)生的課前思考；課中以任務(wù)實(shí)例導(dǎo)入，提出課前思考的內(nèi)容，鏈接到需要講解的知識(shí)點(diǎn)，循序漸進(jìn)、逐層深入；課后對(duì)應(yīng)教學(xué)中的重難點(diǎn)發(fā)布作業(yè)，方便學(xué)生總結(jié)改進(jìn)，加深理解，完善知識(shí)結(jié)構(gòu)；“運(yùn)行”階段是用于檢驗(yàn)課程設(shè)計(jì)實(shí)施的過(guò)程，教學(xué)中不再通過(guò)單一的期末考試來(lái)獲取學(xué)生的知識(shí)掌握情況，而是將課程教學(xué)效果量化為具體的績(jī)效指標(biāo)，根據(jù)課程實(shí)際，可量化為課堂提問(wèn)、作業(yè)完成、實(shí)驗(yàn)成績(jī)、期中測(cè)試和期末測(cè)試等環(huán)節(jié)，細(xì)化后的考核方式側(cè)重于檢驗(yàn)學(xué)生的實(shí)踐能力、工程應(yīng)用能力、團(tuán)隊(duì)合作能力、解決問(wèn)題的能力等，并關(guān)注進(jìn)階培養(yǎng)學(xué)生的高級(jí)工程思維，同時(shí)分析學(xué)情，總結(jié)學(xué)生關(guān)于知識(shí)的反饋，反向促進(jìn)課程持續(xù)改進(jìn)。

5" 結(jié)語(yǔ)

基于OBE―CDIO理念確定教學(xué)目標(biāo)、開(kāi)展課堂實(shí)施、設(shè)計(jì)實(shí)踐項(xiàng)目，形成教學(xué)模式。嵌入式課程的實(shí)踐項(xiàng)目設(shè)計(jì)符合階梯式知識(shí)體系，體現(xiàn)課程知識(shí)的連續(xù)性與學(xué)習(xí)遞進(jìn)深入的特性，隨著各個(gè)項(xiàng)目的開(kāi)展，層層深入。此外每個(gè)項(xiàng)目設(shè)計(jì)都是一個(gè)完整的嵌入式產(chǎn)品實(shí)踐過(guò)程，需要經(jīng)歷開(kāi)發(fā)需求明確、查閱文獻(xiàn)、查閱數(shù)據(jù)手冊(cè)、確定技術(shù)指標(biāo)、確定實(shí)現(xiàn)方案、軟硬件設(shè)計(jì)、綜合調(diào)試、測(cè)試驗(yàn)證、總結(jié)匯報(bào)等過(guò)程，項(xiàng)目的開(kāi)展同時(shí)涵蓋了理論學(xué)習(xí)和實(shí)踐實(shí)施，通過(guò)項(xiàng)目的完成，構(gòu)建嵌入式知識(shí)體系，培養(yǎng)學(xué)生的嵌入式開(kāi)發(fā)思維。

隨著科技發(fā)展和產(chǎn)業(yè)技術(shù)升級(jí)，高校教育也隨之變革，旨在提升工科專業(yè)畢業(yè)生的質(zhì)量，培養(yǎng)具備工程思維和創(chuàng)新能力綜合素養(yǎng)的人才。工程教育專業(yè)認(rèn)證恰恰是提升學(xué)生培養(yǎng)質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)，而OBE理念和CDIO都著重培養(yǎng)適應(yīng)社會(huì)需求的畢業(yè)生，強(qiáng)調(diào)是建立于實(shí)際產(chǎn)品基礎(chǔ)上的工程教育?；贠BE―CDIO的理念設(shè)計(jì)嵌入式課程實(shí)踐項(xiàng)目，實(shí)施課程理論和實(shí)踐教學(xué)，以項(xiàng)目為導(dǎo)向，發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，循序漸進(jìn)地培養(yǎng)學(xué)生的調(diào)研能力、分析能力、自主思考和解決問(wèn)題的綜合素養(yǎng)。OBE―CDIO的教育模式解決了理論和實(shí)踐分裂的弊端，很好地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，為其畢業(yè)后迅速適應(yīng)工作崗位奠定了基礎(chǔ)。

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