浅析基于CDIO工程教育理念的高职单片机课程教学改革

徐航

【摘 要】高职单片机课程是一门综合性和实践性很强的专业核心课，注重学生软硬件综合设计能力和工程应用能力的培养。基于CDIO工程教育理念的课程教学改革必须从制定适应技术发展的课程教学目标，构建跨学科的一体化教学体系和突破传统课堂的时空限制等方面推进，培养具有扎实软硬件知识基础并具备较强工程实践能力的单片机人才。

【关键词】CDIO；单片机；教学改革

《单片机技术与应用》是一门融合电子技术与计算机技术、软硬件紧密结合的综合性专业课，是培养机电类学生软硬件综合设计能力和工程应用能力的核心专业课程。《单片机技术与应用》课程的改革一直是机电类专业教学改革的一个重点。

随着计算机技术和电子技术的高速发展和快速融合，单片机在消费、生产各个领域的应用越来越广泛。单片机产品的设计开发和工程应用能力得到用人单位的广泛重视，具有扎实软硬件知识基础并具备较强工程实践能力的学生越来越受到企业青睐。

1 高职单片机课程教学现状

（1）当前的教学模式

经过近些年的改革，传统的围绕着单片软硬件知识进行教条式教学的方式已经被绝大多数高职院校摒弃，项目式、任务驱动式的教学模式已经成为目前的主流。学生通过完成具体的项目或者任务，在实践中学习操作技能和相关的理论知识。相比之前的教条式教学，项目化教学确实是一种进步，但是随着教学改革的深入，我们发现目前的项目化教学还存在不少弊端。目前项目的设计上还是围绕着单片机的功能模块和知识点来进行，项目之间的知识模块独立，系统性不强。项目的功能上与实际的产品或者工程项目存在较大差别。理论知识和实践技能分散在各个项目的具体任务中，联系不够紧密，学生的思维容易单一，缺乏系统性、多方位的思考，分析和解决工程问题的能力得不到培养，工程素质难以养成。

（2）教学实践与工程实际差别较大

目前的高职单片机教学还是通过仿真软件和单片机开发板等实训装置来进行实践教学的。学生在学习的过程中，往往就独立的电路功能模块进行理论与实践相结合的学习，对基于单片机的系统开发没有完整的概念。学校里单独的单片机仿真环境或者独立的单片机实验装置与企业里实际的工程开发环境存在较大差异，学生的专业素质与企业岗位要求还有一定距离，无法无缝对接。

例如基于单片机控制的十字路口交通灯控制系统，目前的项目化教学可能只是局限于红绿黄三色LED控制的实现。而现实中的系统还涉及数码管倒计时显示、开关按钮、电力控制及继电器控制等内容，对于交通灯控制系统与违章拍照系统的接口设计、手动控制面板的设计，学生就很难进行把握了。而这些都是工程实践中需要面对的现实考虑，特别是现实环境中对单片机工作的干扰因素、成本控制、标准化设计、元器件选型、PCB尺寸空间要求及稳固装置设计等要求，都很难在实践教学中体现出来。

（3）知识综合应用能以实现，综合性项目无法开展

单片机系统的开发涉及到了電子技术、计算机技术、传感器技术等多门学科的知识，软硬件设计联系紧密，学生普遍感到学习难度大。特别是单片机系统的各种接口技术、外部拓展电路以及软硬件高度结合的编程。这些内容很难在常规课堂教学中展开，理论教学和实践操作融合不好，教学效果差强人意。目前解决这个问题的做法是安排一些综合性的实践项目。综合性的实践项目提高了学生的参与意识，加强了学生的动手能力，但是教学场所和课时量的限制使得学生往往只能进行验证性的操作，对整个项目的把握还不够，无法完全吃透。学生受到知识面的限制，对单片机系统的构建往往只能按照老师预设的设计进行按部就班的重复，缺乏自己的系统化思考，综合运用专业知识解决工程问题的能力得不到锻炼，学习的主动性和创造性都存在问题，工程素养的养成更是困难。

2 基于CDIO工程教育理念的单片机教学改革

打破传统，探索一种能够较好培养学生工程应用能力和系统化思维的教学模式，提高单片机课程教学质量以适应企业对单片机人才所提出来的要求是单片机课程改革的方向。CDIO教育模式是以工程产品构思、设计、实施、运行的生命周期为主线，引导学生主动地在实践中进行跨课程的知识学习和技能训练，强调学生工程基础知识、个人能力、团队能力和工程系统能力的培养。CDIO模式与目前高职院校普遍采用的项目式教学都是以产品的生产服务生命周期为教学载体，强调“基于项目的学习”和“做中学”。

（1）CDIO工程教育理念

CDIO是Conceive（构思）、Design（设计）、Implement（实施）、Operate（运行）四个英文单词的缩写。“构思”是指在综合考虑客户需求、技术实现、企业制度和战略的基础上，不断改进产品概念、技术和商业计划；“设计”是指在构思的基础上制定开发产品所需的计划、方案和技术细节；“实施”就是将之前的设计转变为产品的过程，包括软硬件生产、调试、检验等过程；“运行”值对现有产品的升级优化、维护更新等。CDIO工程教育模式，能够让学生在课程之间主动、有机的学习，学习的过程是在产品从构思到运行的整个生命周期中实践完成的。学生在此过程中积累个人技术、熟练职业技能、培养工程素质。

（2）改革策略

基于CDIO工程教育理念的高职单片机课程教学改革必须树立“做中学”的理念，对教学模式进行逐层探索。在培养目标上，应该根据单片机人才的岗位需求，明确课程定位和课程教学目标；在教学体系上，应该以产品为载体，构建跨学科的一体化教学体系；在教学实施上，利用网络技术突破课堂时空限制，翻转传统课堂。

1）制定适应技术发展的课程教学目标

随着电子技术、计算机技术、通信技术和传感器技术的发展和融合，市场对单片机人才的要求在不断变化。单片机课程的教学目标应该依据技术升级情况和岗位需求变化，制定出相应的知识、能力和素质目标。学生的专业知识面要宽，深度够用即可，专业技术要新，实用性要强。强化实践教学，通过循序渐进的技能训练和系统性思维训练，提升学生专业技能和工程素养。

2）构建跨学科的一体化教学体系

单片机开发涉及到了多门课程的知识，按照CDIO构建一体化课程体系的流程，应当以核心课程为主、支撑性课程为辅，依据产品开发流程来整合课程资源，创新课程教学体系。让学生吸收较多的信息，拓宽其专业知识面和视野，促进其多角度分析解决问题能力的提升。在实践教学中强化实践创新能力的培养，追踪技术发展，动态更新实践教学内容，尽量与工作岗位挂钩，以工程项目的实施过程为主线贯穿课程设置全过程。

3）突破传统课堂时空限制

引入CDIO工程教育模式后，系统化、大容量的工程教学内容和有限的课堂教学时间之间存在矛盾。在教学过程中，应该以产品开发实践活动为主线，将问题导向和实践技能训练相结合，引导学生课外进行探究式学习，课堂上老师进行指导、演示、答疑和反馈，实施翻转教学，并充分利用网络技术向学生提供学习资料，掌握学生学习情况，突破传统课堂的时空限制。

总之，CDIO工程教育理念强调“做中学”，以产品开发为主线的教学改革能够充分激发学生的学习兴趣，调动学生的学习积极性，培养学生的专业技能和工程素养。

【参考文献】

[1]李文，黄文，李连胜.CDIO理念下硬件课程体系改革与实践[J].实验室研究与探索，2014，（7）：161-164.

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