论文部分内容阅读
[摘 要] 介绍一种以CDIO工程教育模式为主线，运用项目制教学方法改革单片机课程改革的思路。该方式以典型电子产品设计制作为载体，设计教学项目;以项目设计为主导，重组教学内容;以CDIO工程教育模式为主线，改革教学方法;以高职教育以职业能力培养为目标，注重工程实践;以人际沟通和职业道德培养为重点，突出自学能力;以课程过程考核为手段，强化综合能力培养。
[关 键 词] CDIO;项目制;高职;单片机教学
[中图分类号] G712 [文献标志码] A [文章编号] 2096-0603（2019）22-0198-02
对高职工科电类的学生其就业的岗位主要是一些中小型企业中的基础技术岗位，而这些岗位对就业人员的要求就是综合能力、实践能力、协作能力、自学能力和良好的职业素养。单片机课程是高职工科电类专业一门综合要求较高的课程，它既可以增强学生的硬件知识和技能，同时又可以提高学生的软件编程思维和能力。本论文探讨和研究的基于CDIO模式的高职单片机项目制教学是以高职学生为核心，以典型电子产品为载体，应用国际先进的工程教育理念和实施体系CDIO（构思（Conceive）、设计（Design）、实施（Implement）和运行（Operate））进行教学设计，让每个学生都积极主动地参与到电子产品从研发到运行的整个完整产品生产链中的每一个具体环节，从而使每个学生熟悉产品设计的过程，明确自身的特质和适合的岗位，在整个实施的过程中，既能培养学生电路设计、分析、制作的方法和技能，逻辑思维能力和软件调试能力，同时也增强学生的团队协作意识，提高学生的沟通交流能力。
一、CDIO模式下的单片机课程项目化教学改革实施方案设计
单片机课程改革，以基于单片机技术的典型电子产品为载体，以CDIO模式为主线进行的，而通常开发一个单片机产品需要经过以下几个过程：（1）需求调查分析;（2）可行性分析;（3）产品方案设计;（4）产品开发;（5）产品调试（包含：产品的局部修改和再调试）;（6）产品定型，其开发过程流程图如图1所示，同时CDIO即是“（构思（Conceive）、设计（Design）、实施（Implement）、运行（Operate））”工程教育理念和实施体系。因此，如何将两者进行有效的结合，并合理地运用在单片机应用技术课程项目化教学改革？我们可以通过图1，对两者进行进一步的对应分析。
（一）项目构思（Conceive）
構思对应单片机产品开发的需求调查分析和可行性分析阶段。
它是项目实施的初始阶段，需求调研分析是对研制新产品准确定位的关键，可行性分析是对新产品研制的必要性及可实现性做出分析，所以此阶段是项目的重要阶段。在此阶段，教师应该以通过项目仿真图或实物让学生直观地知道项目的系统功能及技术参数。
（二）项目设计（Design）
设计对应单片机产品开发的产品方案设计阶段，它是项目实现的基础。方案的设计依据的是前一阶段的需求调查分析和可行性分析，其主要内容包括：系统结构设计、系统功能设计、系统实现方法。在此阶段，教师应积极主动地引导学生去发现问题，设计合适的方案，并通过查找资料、讨论、互评、优化设计方案。项目设计过程可以锻炼学生的自学能力和人际交流能力，培养学生工程项目的设计能力。
（三）实施（Implement）
实施对应单片机产品开发的产品研制阶段，包括：硬件电路的设计、制作与调试，软件程序的编写与调试，它是项目付诸实施的关键阶段。在此阶段，教师要引导学生根据自身能力不同，分工协作，完成单片机产品硬件、软件的设计、制作和调试，进一步提高学生的实践能力、培养团队协作交流能力。
（四）运行（Operate）
运行对应单片机产品开发的系统调试和产品定型阶段，系统调试是检验产品的正确性和可靠性，从中发现问题和错误，并不断修改和完善，产品定型不仅是要有一个能正确可靠运行的产品，还要提供与此产品配套的全部文档，这些文档包括系统设计方案、硬件电路原理图、软件程序清单、软/硬件功能说明、软/硬件装配说明、产品操作手册。在此阶段，教师要指导学生对系统故障进行分析和检查，并能寻找解决问题的切入点和具体解决问题的方法，学生学会整理分析各类文档资料。在项目汇报阶段，学生以小组为单位，进行项目介绍，从而进一步提高学生的表达能力。
二、CDIO模式下的单片机课程项目化教学改革具体实施
单片机课程采用以CDIO模式为主线，依托项目方式的教学模式，就需要做到以下三点。
（一）精选教学项目
面对繁多的单片机项目应用实例，需要依据单片机结构和学生的认知规律，对运用于课程上的教学项目进行合理地筛选。这里以成都职业技术学院应用电子技术专业为例进行介绍。该专业的单片机应用技术课程采用循序渐进、由易到难的方式设计了四个项目：项目一：彩灯控制器的设计与制作;项目二：LED点阵广告牌的设计与制作;项目三：带闹钟功能的数字钟的设计与制作;项目四：智能小车的设计与制作，前三个项目每个项目对应单片机的1个主要内部结构，项目一对应通用I/O口和外部中断的应用，项目二应串口的应用，项目三对应定时/计数器和定时/计数器中断的应用，通过这三个项目的学习，可以让学生较好地掌握单片机内部结构的相关知识，然后再通过项目四的综合训练得到进一步的巩固、强化和提升。 （二）以CDIO方式进行教学设计
单片机课程采用以CDIO模式为主线，依托项目的方式的教学模式，是将课堂模拟成一个企业，将项目作为一份工作，让学生在课程学习中扮演各种职业岗位角色，在一定的时间周期内协作完成某个单片机项目。此模式需要打破理论教学与实验教学的界限，合理有序运用各种教学手段：知识讲授、課堂演示、多媒体、课堂实验、小组讨论、课后实训、模拟企业实习，并使它们有机地成为一个整体。
这里我们以项目3：带闹钟功能的数字钟的设计与制作为例，介绍以CDIO为主线的教学设计思路。按照如图2所示，这里按照项目目标和要求项目系统方案设计项目实施（硬件+软件）项目验收流程进行教学设计。
为完成此项目，我们依据模块化的设计思想和单片机开发流程，将项目实施细分为五个子任务，一方面降低了学习的难度，学生容易获得成就感，另一方面也让学生学会化繁为简学习方法。
（三）建立科学完善考核体系
单片机课程考核方式，仍然以成都职业技术学院应用电子技术专业该课程为例说明，其评价考核方式如下：
1.成绩生成原则：
总成绩=项目1成绩*20%+项目2*20%+项目3成绩*20%+项目4成绩*40%
项目成绩=平时过程考核成绩*40%+产品功能实现综合考核成绩*60%
说明：每个项目的比重设置可以变更，但参照的依据是项目的任务量和复杂度来设置。
2.每个项目的评价考核内容，如下表所示：
综上，成都职业技术学院应用电子技术专业的单片机应用技术课程依据CDIO模式的项目制教学改革的探索与实践经验，证明了CDIO教育模式在高职工科电类专业课程的优异性，改革的思路和方法可以为同类别院校同类课程的研究与改革提供一定的参考，但是CDIO模式并不是一成不变的，它需要综合考虑学校的实际情况、课程的特性以及学生的学情等诸多方面，才能探索出一条符合自身的课程改革之路。
参考文献：
[1]李晓秀，林国汉.CDIO模式下单片机课程设计教学模式探讨与实践[J].湖南工程学院学报（社会科学版），2016，26（3）：97-100.
[2]曾维鹏，蔡莉莎，吴恒玉.基于CDIO单片机教学改革的探索与实践[J].辽宁高职学报，2016（10）.
[3]冯严冰.基于RPP-CDIO模式的《单片机技术及应用》课程教改研究[J].考试周刊，2018（29）.
[4]赵建林.基于CDIO模式的单片机教学探索[J].科技致富向导，2012（20）：112.
◎编辑 李 静
[关 键 词] CDIO;项目制;高职;单片机教学
[中图分类号] G712 [文献标志码] A [文章编号] 2096-0603（2019）22-0198-02
对高职工科电类的学生其就业的岗位主要是一些中小型企业中的基础技术岗位，而这些岗位对就业人员的要求就是综合能力、实践能力、协作能力、自学能力和良好的职业素养。单片机课程是高职工科电类专业一门综合要求较高的课程，它既可以增强学生的硬件知识和技能，同时又可以提高学生的软件编程思维和能力。本论文探讨和研究的基于CDIO模式的高职单片机项目制教学是以高职学生为核心，以典型电子产品为载体，应用国际先进的工程教育理念和实施体系CDIO（构思（Conceive）、设计（Design）、实施（Implement）和运行（Operate））进行教学设计，让每个学生都积极主动地参与到电子产品从研发到运行的整个完整产品生产链中的每一个具体环节，从而使每个学生熟悉产品设计的过程，明确自身的特质和适合的岗位，在整个实施的过程中，既能培养学生电路设计、分析、制作的方法和技能，逻辑思维能力和软件调试能力，同时也增强学生的团队协作意识，提高学生的沟通交流能力。
一、CDIO模式下的单片机课程项目化教学改革实施方案设计
单片机课程改革，以基于单片机技术的典型电子产品为载体，以CDIO模式为主线进行的，而通常开发一个单片机产品需要经过以下几个过程：（1）需求调查分析;（2）可行性分析;（3）产品方案设计;（4）产品开发;（5）产品调试（包含：产品的局部修改和再调试）;（6）产品定型，其开发过程流程图如图1所示，同时CDIO即是“（构思（Conceive）、设计（Design）、实施（Implement）、运行（Operate））”工程教育理念和实施体系。因此，如何将两者进行有效的结合，并合理地运用在单片机应用技术课程项目化教学改革？我们可以通过图1，对两者进行进一步的对应分析。
（一）项目构思（Conceive）
構思对应单片机产品开发的需求调查分析和可行性分析阶段。
它是项目实施的初始阶段，需求调研分析是对研制新产品准确定位的关键，可行性分析是对新产品研制的必要性及可实现性做出分析，所以此阶段是项目的重要阶段。在此阶段，教师应该以通过项目仿真图或实物让学生直观地知道项目的系统功能及技术参数。
（二）项目设计（Design）
设计对应单片机产品开发的产品方案设计阶段，它是项目实现的基础。方案的设计依据的是前一阶段的需求调查分析和可行性分析，其主要内容包括：系统结构设计、系统功能设计、系统实现方法。在此阶段，教师应积极主动地引导学生去发现问题，设计合适的方案，并通过查找资料、讨论、互评、优化设计方案。项目设计过程可以锻炼学生的自学能力和人际交流能力，培养学生工程项目的设计能力。
（三）实施（Implement）
实施对应单片机产品开发的产品研制阶段，包括：硬件电路的设计、制作与调试，软件程序的编写与调试，它是项目付诸实施的关键阶段。在此阶段，教师要引导学生根据自身能力不同，分工协作，完成单片机产品硬件、软件的设计、制作和调试，进一步提高学生的实践能力、培养团队协作交流能力。
（四）运行（Operate）
运行对应单片机产品开发的系统调试和产品定型阶段，系统调试是检验产品的正确性和可靠性，从中发现问题和错误，并不断修改和完善，产品定型不仅是要有一个能正确可靠运行的产品，还要提供与此产品配套的全部文档，这些文档包括系统设计方案、硬件电路原理图、软件程序清单、软/硬件功能说明、软/硬件装配说明、产品操作手册。在此阶段，教师要指导学生对系统故障进行分析和检查，并能寻找解决问题的切入点和具体解决问题的方法，学生学会整理分析各类文档资料。在项目汇报阶段，学生以小组为单位，进行项目介绍，从而进一步提高学生的表达能力。
二、CDIO模式下的单片机课程项目化教学改革具体实施
单片机课程采用以CDIO模式为主线，依托项目方式的教学模式，就需要做到以下三点。
（一）精选教学项目
面对繁多的单片机项目应用实例，需要依据单片机结构和学生的认知规律，对运用于课程上的教学项目进行合理地筛选。这里以成都职业技术学院应用电子技术专业为例进行介绍。该专业的单片机应用技术课程采用循序渐进、由易到难的方式设计了四个项目：项目一：彩灯控制器的设计与制作;项目二：LED点阵广告牌的设计与制作;项目三：带闹钟功能的数字钟的设计与制作;项目四：智能小车的设计与制作，前三个项目每个项目对应单片机的1个主要内部结构，项目一对应通用I/O口和外部中断的应用，项目二应串口的应用，项目三对应定时/计数器和定时/计数器中断的应用，通过这三个项目的学习，可以让学生较好地掌握单片机内部结构的相关知识，然后再通过项目四的综合训练得到进一步的巩固、强化和提升。 （二）以CDIO方式进行教学设计
单片机课程采用以CDIO模式为主线，依托项目的方式的教学模式，是将课堂模拟成一个企业，将项目作为一份工作，让学生在课程学习中扮演各种职业岗位角色，在一定的时间周期内协作完成某个单片机项目。此模式需要打破理论教学与实验教学的界限，合理有序运用各种教学手段：知识讲授、課堂演示、多媒体、课堂实验、小组讨论、课后实训、模拟企业实习，并使它们有机地成为一个整体。
这里我们以项目3：带闹钟功能的数字钟的设计与制作为例，介绍以CDIO为主线的教学设计思路。按照如图2所示，这里按照项目目标和要求项目系统方案设计项目实施（硬件+软件）项目验收流程进行教学设计。
为完成此项目，我们依据模块化的设计思想和单片机开发流程，将项目实施细分为五个子任务，一方面降低了学习的难度，学生容易获得成就感，另一方面也让学生学会化繁为简学习方法。
（三）建立科学完善考核体系
单片机课程考核方式，仍然以成都职业技术学院应用电子技术专业该课程为例说明，其评价考核方式如下：
1.成绩生成原则：
总成绩=项目1成绩*20%+项目2*20%+项目3成绩*20%+项目4成绩*40%
项目成绩=平时过程考核成绩*40%+产品功能实现综合考核成绩*60%
说明：每个项目的比重设置可以变更，但参照的依据是项目的任务量和复杂度来设置。
2.每个项目的评价考核内容，如下表所示：
综上，成都职业技术学院应用电子技术专业的单片机应用技术课程依据CDIO模式的项目制教学改革的探索与实践经验，证明了CDIO教育模式在高职工科电类专业课程的优异性，改革的思路和方法可以为同类别院校同类课程的研究与改革提供一定的参考，但是CDIO模式并不是一成不变的，它需要综合考虑学校的实际情况、课程的特性以及学生的学情等诸多方面，才能探索出一条符合自身的课程改革之路。
参考文献：
[1]李晓秀，林国汉.CDIO模式下单片机课程设计教学模式探讨与实践[J].湖南工程学院学报（社会科学版），2016，26（3）：97-100.
[2]曾维鹏，蔡莉莎，吴恒玉.基于CDIO单片机教学改革的探索与实践[J].辽宁高职学报，2016（10）.
[3]冯严冰.基于RPP-CDIO模式的《单片机技术及应用》课程教改研究[J].考试周刊，2018（29）.
[4]赵建林.基于CDIO模式的单片机教学探索[J].科技致富向导，2012（20）：112.
◎编辑 李 静