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摘要：通过深入学习基于CDIO工程教育理念，分析目前单片机原理及应用课程的教学现状，探索了基于CDIO工程教育理念的单片机原理及应用课程的教育教学改革方法。经过一年多的实践探索，发现基于CDIO工程教育理念的教育教学改革方法能够充分的激发学生的学习兴趣，提高学生的动手实践能力、团队合作能力，符合高水平人才能力培养的需求。
关键词：工程教育；单片机原理及应用；教育教学改革；高水平人才
本文引用格式：徐云.基于CDIO工程教育理念的教育教学改革研究——以《单片机原理及应用》为例[J].教育现代化,2019,6(27):38-39.
CDIO工程教育理念是以项目为载体开展教学活动，教学过程中更加注重实践与理论的结合[1]。“单片机原理及应用”作为一门工程实践性极强的专业基础课程，是测控技术与仪器专业及相关电气类专业课程体系中一门重要的专业必修课程[2-5]。该课程以“计算机原理”、“电子技术基础”等先修课程为基础，旨在指导学生掌握并能够应用单片机进行简单嵌入式系统开发，从而提高学生的动手实践能力。2018年教育部印发《关于加快建设高水平本科教育全面提高人才培养能力的意见》，要求围绕激发学生学习兴趣和潜能深化教学改革。笔者通过深入学习CDIO工程教育理念，将CDIO教学模式引入到单片机原理及应用课程教学与实践中，充分发挥学生的学习主体、教师的教学主导作用。经过一年多的实践探索发现，基于CDIO工程教育理念的教育教学方法能够充分激发学生学习单片机原理及应用的兴趣，并且能够提高学生的动手实践能力。
一 单片机原理及应用教学现状及问题分析
单片机原理及应用是一门实践性较强的课程，要求学生在理论学习的基础上具备实践操作的能力[6]。该课程具备以下特点：（1）教材中具备较多的专有名词，且该专有名词具备抽象的概念，学生较难理解；（2）教材中汇编指令较多，不满足现如今应用C语言进行嵌入式系统开发的需求；（3）单片机内部结构中罗列的系统结构框图较难理解，需要扎实的先修课程的基础，如电子技术等课程。上述特点增加了单片机原理及应用课程的教学难度。传统单片机原理及应用课程的教学中，教师认为学生具备扎实的先修课程基础，能够应用基础理论知识解决单片机原理及应用课程中的技术问题。实际上，大部分学生虽然掌握了理论知识，但在实践操作时却依旧茫然，导致学生的学习兴趣不能够很好的激发，因此教学质量不理想，难易满足高水平人才能力培养的需求。
二 基于CDIO工程教育理念的单片机原理及应用教学改革
(一)CDIO工程教育理念
CDIO工程教育模式是由麻省理工学院等四所大学组成创立的一种工程教育理念，代表着国际工程教育改革的最新成果。采用产品研发到运行作为载体，让学生以主动的、实践的方式学习工程理论、实践等知识，旨在培养学生技术知识和推理、个人职业技能与职业道德、团队协作与交流和社会——工程大系统4个方面的能力[7]。
（二）单片机原理及应用教学改革
鉴于目前单片机原理及应用教学现状以及遇到的问题，笔者通过学习CDIO工程教育理念，提出了改进思路。在单片机原理及应用的课程教学中制定了如图1所示的理论教学与实践教学环节。
理论教学主要安排了七项内容。(1)绪论：讲解单片机的理论课程学习对于后续课程设计、毕业设计等实践环节的意义；(2)单片机的内部结构：讲解位进行答辩，教师检查小组成员对项目设计的掌握情况并进行成绩的综合评定。图3给出了三项设计的作品，依次为简易电梯控制系统、智能避障小车用超声波测距模块、简易波型发生器。
51单片机的内部组成及其作用，并对其数据手册进行详细讲解；(3)汇编及C51指令：汇编讲解单片机指令系统执行的过程，重点讲解C51指令来进行系统嵌入式开发；(4)中断系统：重点讲解两个外部中断源，列举C51编写的外部中断例程；(5)定时器计数器：结合Proteus软件、C51对定时器中断进行综合讲解；(6)串口：讲解单片机与上位机进行串行通讯的协议及示例；(7)并口：应用并口进行单片机I/O口的扩展，结合Proteus、C51进行示例讲解。
实践教学环节安排了课程实验和课程设计两个模块。课程实验是在实验箱上完成，旨在锻炼学生应用现有实验设备进行简单嵌入式开发的能力。由于实验箱功能的限制，很难锻炼学生自由探索的能力。为此，设置了课程设计环节，并列举了几种类型的课程设计题目。依托浙江理工大学机械与自动控制学院测控技术与仪器专业CDIO实践中心，本专业学生可根据自己的兴趣爱好自主选择题目，制作单片机学习板进行自由开发，充分激发学生的学习兴趣，让学生切身践行CDIO的做中学的理念。
三单片机原理及应用教育教学改革成果
单片机原理及应用教育教学改革成果主要体现在课程设计实践环节中。学生通过单片机原理及应用课程基础知识的学习，对需要完成的课程设计项目进行构思、设计、实现及运行。教师组织学生进行自由组队，组长带领自己的队员进行选题。在项目构思环节，教师需要对学生选择的题目、设计的内容进行综合检查与沟通，确定项目设计、实现的可行性。项目设计和实现时，学生需要确定项目的总体设计方案、电路原理图，并进行设计与仿真。仿真无误后，交由老师检查。通过检查后，小组组长领取项目实现所需要的器件，制作电路并进行调试。图2给出了学生在项目实施过程中的实验掠影。项目调试成功后，学生需进行项目测试，测试是否达到项目设计要求，教师在该环节可根据测试结果提出相应的指导意见。测试通过后，学生撰写课程设计项目的说明书，制作答辩PPT，并以小组为单经过一年多的探索实践，采用基于CDIO工程教育理念的单片机原理及应用的教育教学改革能够激发学生学习单片机原理及应用课程的兴趣，提高了学生动手实践的能力、团队合作的能力。
四结论
单片机原理及应用是一门工程实践性极强的课程，通过一年多的实践探索发现，基于CDIO工程教育理念的单片机原理及应用的教育教学改革能够激发学生学习兴趣、提高学生动手实践能力、团队合作能力。在今后的教育教学过程中，将继续借鉴CDIO的培养模式，加强专业教育研究，真正提高本科人才的培养质量。
参考文献
[1]胡志刚,任胜兵,吴斌.构建基于CDIO理念的一体化课程教学模式[J].中国高等教育,2010(22):44-45.
[2]曹罗生,李宁.“单片机原理”课程CDIO模式的设计[J].科技资讯,2017,15(32):158-159.
[3]张巧杰,杨秀媛.单片机原理及应用课程工程教学方式改革[J].教育教学论坛,2018(10):93-94.
[4]乔莉,刘寅生.基于CDIO的单片机课程教学改革方法探索[J].黑龙江科技信息,2011(33):196.
[5]倪丹艳.基于CDIO-OBE理念的单片机教学改革探索[J].课程教育研究,2017(49):243-244.
[6]杨为民.改革单片机课程教学提升学生的创新能力[J].大学教育,2017(04):42-43.
[7]王刚.CDIO工程教育模式的解读与思考[J].中国高教研究,2009(05):86-87.
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