苏淑靖

摘要：单片机原理及应用课程是工科专业重要的基础课，具有很强的综合性和实践性。本文针对单片机课程教学存在特点和问题，引入了CDIO的新型工程教育模式于教学中，并对其教学方式和内容、教学模式和课程考核等方面进行了改革和探索。实践效果证明，该教学方式有效激发了学生的学习兴趣和热情，培养了学生的团队意识和创新能力，符合单片机课程的教学目标。

关键词：单片机原理;CDIO模式;教学改革

中图分类号：G642.0     文献标志码：A     文章编号：1674-9324（2015）20-0101-02

单片机由于其结构简单、易于控制及价格低廉等优点，使得其广泛应用在仪器仪表、工业控制和自动化控制等领域中。随着电子技术的飞速发展，企业对单片机应用型人才的需求越来越多，而且越来越看重具有动手能力、团队意识和创新能力的学生。因此，理工科学校的教育工作者和学生越来越重视单片机原理及应用课程的教学成果。然而该课程作为高等工科院校电子、机械和测控等专业重要的专业必修课，是一门综合性、实践性很强的课程。对于工科学生来说，很好地掌握单片机技术，不仅有助于深入地学习专业知识技能，提高自身的整体专业素养，培养动手能力与团队意识，更重要的是能够获得实用的专业技能和创新能力，增强就业竞争力。

面对市场对人才日益严峻的要求，如何培养出适应社会需求的创新型和专业型人才，是教师面临的一项紧迫而艰巨的任务。这不仅仅要求教师提高自身水平和积累工程项目经验，还要求不断反思教学过程，在教学方法上进行改革和探索。

一、单片机教学特点及存在的问题

单片机原理及应用课程教学与其他理论科目教学方式不完全相同，这门课程强调的是专业知识的应用，要求学生能够将基本理论与实际工程相结合，达到解决工程问题的基本能力。因此，在重视理论教学的同时，必须重视实验教学。但是，在具体的教学过程中，不但学生普遍感到难学，授课教师也存在许多困惑，这些都是由于课程特点引起的。

它的主要特点[1]有：（1）概念多，专有名词多，内容抽象，对于初学者来说难以适应，由此会感觉入门较难。（2）编程语言指令多，且需要掌握每条指令的功能及操作数来源。（3）逻辑性和完整性强，各部分知识衔接紧密。（4）课程的图示说明多。（5）综合性强，涉及内容较多，涵盖了模拟电路、数字电路、自动控制系统等诸多基础课程的内容。（6）解决实际问题的能力强。单片机教学的这些特点，使得学生在开始学的时候难以入门，难以了解单片机的整体结构，从而对单片机的学习失去信心，以至于出现学生普遍认为课程难学、教师普遍认为课程难教的局面。

多年的单片机教学经验表明很多学生学完课程之后并没有达到预期的效果，不能将学到的知识应用于实践，或无法将知识点连成知识面进而形成知识体系。另外传统的实验教学以验证性的实验为主，学生在规定的时间内，用统一的模式，按照指导书上规定的步骤做相同的实验。对于包含工程开发的软硬件协同设计难以开展，学生对基础知识的综合应用能力较差，自主设计和创造能力也普遍存在问题。

二、CDIO模式下课程教学改革探索

1.CDIO工程教育模式。CDIO是一种国际化高等工程教育的创新模式，是由麻省理工学院（MIT）、瑞典皇家工学院（Royal Institute of Technology）等四所跨国大学合作开发的一整套工程教育理念和实施体系[2，3]。它以产品研发到产品运行的生命周期为载体，让学生以主动的、实践的、课程之间有机联系的方式学习工程[4-6]。主要包括技术知识与推理、个人和职业能力与态度、人际交往能力，团队合作和交流、企业和社会环境下的构思设计实施运行系统等四个层面，这种模式不仅注重培养学生扎实的专业技术知识，更关注团队协作精神和创新精神的培养，并通过“做中学”和“基于项目的教育和学习”的教学模式培养既有扎实的专业技能，又有良好的团队协作能力和创新能力的国际化工程师。国内外的经验都表明CDIO“做中学”的理念和方法是先进可行的，适合工科教育教学过程各个环节的改革。

2.以项目为导向，改进教学方式和教学内容。教学方式上，将本专业有着丰富科学研究和教学经验的教师组织成一个项目实施团队，建立相对稳定的承担单片机原理及应用课程教学和实践环节的教师队伍。研究CDIO高等工程教育模式的理念和本质，转变观念，改革教学内容、教学方式和教学手段，紧密结合有关科研项目，将CDIO理念和教师在科研中的实践经验和体会融入教学内容、课堂教学和实验教学环节中。项目中每位成员根据自己承担的科研项目，每学年提出一个适合单片机项目化教学的项目，并将学生进行分组，每组4人，每组都包含1～2名兴趣比较浓厚、学习动手能力较强的同学，每个小组选择一个项目，该项目贯穿于单片机教学内容和过程的始终。最后再完成一个综合性强的实践环节。通过这种方法提高学生学习的积极性和主动性、动手实践能力、团队协作能力和创新能力。

3.改革教学模式。在实际的教学中，将提出的适合单片机项目化教学的项目分配给学生小组，让学生以团队的形式完成整个项目的设计，包括方案设计、软件实现、硬件设计以及测试和调试等整个过程。使项目贯穿于单片机原理及应用课程教学内容和过程的始终，学生分组完成，教师提供辅导。选用的项目可分步实现，彼此关联，从小到大，从简到繁，从局部到整体，层层推进，形成一个完整、全面的单片机应用系统的教学项目。在实际的教学改革中，我们依托于“RS232串口通信”、“数控式直流电流源设计”、“智能负载”、“温湿度测量系统”、“数控直流稳压电源”等项目，将以包含能力训练的项目教学方式让学生深入理解专业知识和提升其专业技能。将教学内容相关的知识分解到各个教学项目当中，这样可以增强学生学习单片机课程的兴趣，培养他们的团队意识和创新能力以及提高在严峻就业环境下的竞争力。

4.考核方式的改革。传统的单片机的期末成绩主要由学生的平时成绩和卷面成绩按照一定的比例构成（一般为3∶7），卷面成绩则全部由试卷考试的形式决定。这种传统的考核方式评价不了学生的实践能力和创新能力，也不能完全作为掌握单片机基础知识的判断依据。而CDIO工程教育则要求学生在掌握专业知识的基础上，具备一定的工程实践能力，也符合广大学生的学习目的。

因此，在本次改革中，为了确保考核方式的合理性、公平性和有效性，单片机的成绩将以CDIO工程教育基本理念为指导，与项目结合的形式完成对学生能力的综合评价，并采取教师点评和学生互评等各种方式（如表1）进行。这种以“过程”为基础开展，关注学生知识、技能的学习过程，关注实践环节及工程应用能力，力求知识与能力的协调统一的教学考核，不仅增强了衡量学生掌握知识的依据，而且有利于引导学生注重动手实践能力和自身综合素质的提高。

三、教学改革的实际效果

1.激发了学生的学习兴趣。以项目化方式指导学生学习的教学方式，增强了学生学习单片机的兴趣和热情。工程教学中始终贯穿着项目，学生需要按照项目的任务和要求系统地学习基础知识和应用能力，有助于学生明确学习目标。这种由传统单调的课程教学到灵活的项目教学方式，也极大地提高了学生的学习氛围和兴趣。

2.培养了学生综合运用知识的能力。要完成CDIO项目中的工程任务，必须运用诸如数字电路、模拟电路、自动化控制和单片机技术等多学科的基础知识。学生需要综合运用所学知识来解决项目中遇到的问题，使学生综合运用知识的能力得到培养。通过完成遇到问题到解决问题的过程，学生也加深了对知识的掌握。

3.锻炼了学生的团队协作精神。由于在整个工程项目的学习过程中，学生被分为3～4人一组，在分散学习、查阅资料、讨论及实践活动的过程中，都是以小组的形式进行，每个小组都是一个小团体，全体组员共同参与学习环节中的各项活动。彼此互相配合，广泛交流的过程，锻炼了学生的团队协作精神和团队意识。

4.提高了学生的思维、实践动手能力。CDIO教学模式“做中学”的理念，强调教学与实践的统一。在教学过程中安排的大量项目实践活动，需要学生亲自动手完成项目要求的各个实践任务，并参与到项目开发的始终。参与工程的开发能够发散学生的思维，提高实践动手能力。从项目完成的情况来看，此次改革有效地提高了学生的创新能力和解决问题的能力。

四、结语

经过全体课题组教师的不断努力，“单片机原理及应用”课程教学改革已经取得了初步成效，教学效果得到了显著提高。通过单片机教学改革的实践，结果证明，在CDIO工程教学模式下，采用以项目为驱动的教学方式不仅生动有趣，还能提高学生的创新能力和实践能力。而且理论与实践紧密结合的教学改革，激发了学生学习的兴趣，培养了学生的团队协作能力和团队意识。

参考文献：

[1]李晓林，牛昱光，阎高伟.单片机原理与接口技术[M].第2版.北京：电子工业出版社，2011.

[2]马卫国.基于CDIO的单片机原理及应用课程教学改革探讨[J].中国现代教育装备，2011，（19）：70-72.

[3]张翼成，刘美，王涛.CDIO模式下“单片机原理及应用”课程教学改革[J].计算机教育，2012，（32）：22.

[4]顾学雍.联结理论与实践的CDIO——清华大学创新性工程教育的探索[J].高等工程教育研究，2009，（1）：11-23.

[5]康全礼，陆小华，熊光晶.CDIO大纲与工程创新型人才培养[J].高等教育研究学报，2008，（4）：16-18.

[6]王刚.CDIO工程教育模式的解读与思考[J].中国高教研究，2009，5（1）：86-87.