基于OBE理念的单片机课程项目化教学改革探索

王 佳，赵耕云

基于OBE理念的单片机课程项目化教学改革探索

王 佳，赵耕云

（兰州工业学院 汽车工程学院，甘肃 兰州 730050）

单片机课程是汽车服务工程专业的一门主要专业基础课，传统的单片机教学过程存在理论与实践结合不紧密、教学模式单一等问题，文章提出了一种基于成果导向教育（OBE）理念的单片机课程项目化教学改革方法。以成果导向为目标，采取项目驱动、反向设计、正向实施的设计思路确定课程教学目标和教学内容、优化教学设计、持续改进课程考核方式。通过实践验证，采用多元化的教学改革不仅解决了单片机教学过程存在的问题，而且培养了学生的自主意识、创新意识和实践动手能力。

单片机课程；成果导向教育理念；课程改革；项目化教学

单片机原理与接口技术课程是汽车服务工程专业培养方案中的专业基础课之一，以MCS-51单片机为范例学习单片机原理与接口技术，是一门面向应用的、具有很强的实践性与综合性的课程。通过本课程的学习，使学生获得单片机应用系统设计的基本理论、基本知识与基本技能，并具备单片微型计算机的基本应用能力，为将来从事相关工作打下坚实的基础，提高学生的实际动手能力。

1 传统教学存在的问题

1.1 教学内容的实践性不足

目前单片机课程的教学内容主要注重理论知识的讲解。以我校2018级汽车服务工程专业为例，该专业单片机课程总学时40学时，其中理论32学时，实验8学时。由于实验课时太少缺乏实践性，导致学生在学习的过程中很难理解如存储器、存储单元、地址等较为抽象的概念。

1.2 教学过程中理论与实践结合不紧密

传统的教学模式注重理论知识的讲解，先讲基础内容，再进行应用举例。为了确保知识体系的系统性和完整性，一般在理论知识讲解完成后进行相应实验环节，并且实验类型多为验证性实验，实验时只需要简单地连线或者将参考程序下载到单片机实验开发仪中就可以看到相应的实验现象，这就容易使学生学到的理论知识不能和实践紧密结合，导致理论和实践相分离。

1.3 教学过程以教师讲授为主

教学方式主要以教师讲，学生听，教学过程的设计是按照课程大纲规定的内容实施的，其中教师的理论讲解占绝大部分，忽略了学生对知识的获取。并且老师和学生之间缺乏互动，导致学生对课程失去兴趣，没有实现“以教师为中心”向“以学生为中心”转变。

1.4 考核方式较为传统

单片机课程的评价主要是由期末考试成绩决定，这种方式难以全面地考查学生对知识的掌握程度和运用所学的知识分析和解决实际问题的能力，使学生在学习过程中的课堂参与度不高，大多数同学选择在考试前突击复习。这种“一考定终身”的考核方式大大降低了学生的学习积极性，也难以从多角度多层次去评判每一位学生的学习情况。

为了解决上述问题，使教师教学理念发生转变，本文提出了一种将工程教育专业中的基于学习产出的教育模式（Outcomes Based Education, OBE）人才培养方案引入到教学中，形成以“项目驱动、教师引导、学生为主体”的教学模式，以实际的工程项目为背景，以培养工程实践能力为中心，将理论知识融入工程项目中[1-2]。以此激发学生的学习兴趣，提高其实际动手能力、工程思维与创新能力，以及团队协作能力。

2 制定OBE课程目标

OBE理念是由Spady等人于1981年提出的一种基于成果导向教育的理念，重点关注“学生学到了什么”。采取反向设计、正向实施的设计思路确定课程目标，根据课程目标制定相应的课程大纲，确定支撑课程目标的教学内容，从而完成以学生为中心的教学改革[3]。设计流程图如图1所示。

图1 OBE理念下的教学设计流程图

目标1：理解MCS-51单片微型计算机的概念和基本原理，掌握单片机各个引脚功能和汇编语言程序设计的基本方法。

目标2：掌握单片机各个片内功能部件的结构组成、工作原理及应用方法。

目标3：掌握单片机应用系统设计的基本方法、基本知识与基本技能，并具备在汽车专业领域内应用单片微型计算机进行控制系统设计的初步能力。

目标4：培养学生的科学精神、工匠精神、团队精神、责任意识和纪律意识，激发学生的创新意识和民族自豪感，增强学生的工程素养和家国情怀。

3 OBE课程教学设计

以培养创新型人才为切入点，以学生的实际动手能力的提升为重点，设计了一种多元化的课程教学体系。

3.1 理论教学

为了培养符合社会需求的应用型人才，单片机课程上课地点为实验室，具备随时计算机仿真和电路板制作调试的条件基础，实现以项目化教学、软件仿真与实物调试相配套，突出“做中学、学中做”的教学方法改革[4]。教师在授课过程中结合实际应用，设置理论与实践相结合的教学内容。比如讲到单片机最小系统，课后要求学生焊出最小系统电路（含1个LED指示灯），第二次上课的时候下发LED灯控制程序，让学生观看现象，提出“如何给单片机编写程序，实现相关的控制功能”，进而引出“单片机指令系统”，完成本节课后再引导学生编写相应的LED快闪、慢闪功能程序，使学生对课本上的理论知识有更深入的理解，提高学生的学习效果，知道自己“学的是什么”“学的有什么用”。采用项目驱动化教学，将知识点融入到项目的实现过程中，实现了理论与实践相结合的目的。各章节教学内容与课程目标对应关系如表1所示。

表1 理论教学内容与课程目标对应关系表

开发单片机调试开发套件，培养学生解决实际问题的能力，同时提供有一定复杂性的开发模块，培养学生解决复杂工程问题的能力。通过开发板实物的体验和软件虚拟平台的扩展设计，激发学生对单片机学习的创造性思维，提高学生的知识水平、专业能力和专业素质。

3.2 实验教学

利用实验室现有的实验设备，确定四个实验环节的相关内容，学生通过实验前准备、设计实验方案、完成实验内容，教学过程从“以教师为中心”向“以学生为中心”转变，实现“教师主导、学生主体”的辩证统一。通过完成实验内容，激发学生创新的意识。

3.3 实训环节

在学生学完汽车传感器、程序设计、单片机原理与接口技术、汽车电控技术等有关课程之后，通过汽车电子课程设计进行知识的整合与应用，分析和解决汽车电子控制系统方面问题，初步具备设计一个中等复杂程度的汽车电控系统的能力。同时，该课程设计也培养学生查找技术资料，编写技术文件的基本技能，培养学生的动手能力和团队协作精神。其中图2为学生设计的汽车车门未关报警系统实物模拟图，图3为学生设计的汽车倒车测距仪实物模拟图。

图2 汽车车门未关报警系统实物模拟图

图3 汽车倒车测距仪实物模拟图

3.4 开展课外科技活动

鼓励学生参加各种课外科技活动，如大学生双创项目、“挑战杯”、大学生电子设计大赛等活动。通过学与赛的相互促进，培养学生的创新思维能力和实际动手能力[5]。

4 课程的考核、评价及持续改进

为了更好地实现以学生为中心的教学改革，依据OBE教学理念，以学生的学习成果为导向，对单片机课程的考核、评价方式做了多元化和多层次的改革。具体包括过程考核和期末考核，过程考核占分值比例的40%，期末考试占分值比例的60%。其中过程考核又分为课堂考勤、作业、课堂表现和实验，过程考核包括的四部分内容有利于调动学生学习的主动性和积极性，尤其作业这一环节，主要以学生在项目化教学过程中的完成情况作为评判的依据[6]。本课程结束时，学生制作的作品也已完成，通过评价学生所设计的电路以及功能情况给出对应的成绩，达到理论与实践相结合的目的。

采用项目化教学，实现教师引导，学生为主，过程评价更加多元化。这样有利于学生积极参与到课堂教学过程中，充分发挥学生的主观能动性和调动学习热情，提高了学生解决复杂工程问题的能力[7]。并且在课程的教学过程中，对学生的评价结果进行反思和总结并持续改进教学内容，从而实现了基于OBE理念的单片机课程项目化教学的改革。

5 结束语

通过引入OBE的教学理念，将项目式教学法融入到单片机课程教学中，充分利用虚拟仿真平台，实现单片机基本知识与基本应用能力的培养。激发学生对单片机学习的创造性思维，提高学生的知识水平、学习热情、专业能力和专业素质，突出应用型人才培养。过程考核方法的改革，培养学生解决实际问题的能力，通过做中学、学中做，体现以“学生为中心”的教学理念，逐步培养学生的学习兴趣，实现真正的应用转型。

[1] 薛玉利,柳欣.OBE理念下的单片机课程教学改革与实践[J].计算机时代,2020(11):92-94.

[2] 赵雪娟,刘馨阳.基于OBE理念的《单片机应用设计》课程教学改革探索[J].电子测试,2020(19):128-130.

[3] 张欣.基于OBE的《单片机原理及应用》课程教学设计与实践[J].长春工程学院学报(社会科学版), 2019,20(1):150-152.

[4] 王建卫,李佐,廖大麟,等.基于OBE理念的单片机课程教学改革与实践[J].贵州工程应用技术学院学报, 2019,37(3):129-134.

[5] 罗剑,黄俊梅.基于创新创业教育的单片机课程建设与实践[J].科技风,2021(3):29-30.

[6] 李志义,朱泓,刘志军,等.用成果导向教育理念引导高等工程教育教学改革[J].高等工程教育研究,2014 (2):29-34,70.

[7] 曹凤,苏敏,臧红岩,等.基于“项目引领，任务驱动”的三段式教学模式的探索——以《单片机原理及应用》课程为例[J].国际公关,2020(11):135-136.

Exploration on Project-based Teaching Reform of Single-chip Microcomputer Course Based on OBE Concept

WANG Jia, ZHAO Gengyun

( School of Automotive Engineering, Lanzhou Institute of Technology, Lanzhou 730050, China )

Single-chip microcomputer course is a main professional basic course of automobile service engineering specialty. Due to the problems of loose combination of theory and practice and single teaching mode in the traditional single-chip microcomputer teaching process, this paper put forward a project-based teaching reform method of single-chip microcomputer course based on the concept of outcome based education (OBE). With the outcome based as the goal, the design ideas of project-driven, reverse design and positive implementation were adopted to determine the curriculum teaching objectives and teaching contents, optimize the teaching design and continuously improve the curriculum assessment methods. Through practice, the diversified teaching reform not only solves the problems existing in the teaching process of single-chip microcomputer, but also cultivates students' independent consciousness, innovative consciousness and practical ability.

Single-chip microcomputer course; Outcome based education concept; Curriculum reform;Project-based teaching

G712

A

1671-7988(2022)23-211-04

G712

A

1671-7988(2022)23-211-04

10.16638/j.cnki.1671-7988.2022.023.038

王佳（1986—），女，硕士，讲师，研究方向为汽车电控技术，E-mail:598103909@qq.com。

2022年兰州工业学院创新创业教育教学改革研究项目：突出双创能力培养的项目化教学在单片机课程中的研究与实践（LGYCXJG-22-15）。