基于OBE理念的单片机课程教学改革与实践

（总第200期）

JOURNALOFGUIZHOUUNIVERSITYOFENGINEERINGSCIENCE贵州工程应用技术学院学报NO.3，2019Vol.37

GeneralNo.200基于OBE理念的单片机课程教学改革与实践

王建卫，李佐，廖大麟，陈玉霞，何颖子

(贵州工程应用技术学院理学院，贵州毕节551700)

摘要：“单片机及接口技术”课程的理论性和实践性都比较强，采用传统的教学模式教学效果不理想。

基于OBE教育理念，结合贵州工程应用技术学院“12224”应用型人才培养模式的要求，构建了“112223”课程改革思路，并以贵州工程应用技术学院为例，就“单片机及接口技术”课程的教学改革进行了有益的实践和探索。

关键词：成果导向；单片机；学习成果；课程改革。

中图分类号：G642.0

文献标识码：A

文章编号：2096-0239（2019）03-0129-06

1引言

“单片机及接口技术”是一门理论性和实践性均很强的实用技术课程，是我校电子信息类专业的专业方向课程。单片机的应用领域十分广泛（如消费电子产品领域、医疗设备领域、工控领域、仪器仪表领域、军事领域等），应用前景广阔，有力地推动了各行业产品的更新换代和技术改造，已成为从事电子、电气、自动控制等工程人员的必备知识。通过本课程的系统学习，学生应具备单片机系统的相关理论知识及掌握单片机技术在工业控制、经济建设和日常生活中的应用；具备单片机应用系统的软硬件开发步骤和系统设计思想的知识，能够结合生活实际，针对较为复杂的单片机系统确定出开发技术路线，利用相关开发工具设计实用的单片机系统产品，为将来从事单片机系统产品的设计开发、检测和维护等工作奠定坚实的基础，提高学生的就业竞争力。

在传统的教学过程中，由于培养目标认识不清以及教学方法的局限性，使得课堂教学存在一些问题，主要表现在[1-3]：第一，课程的教学目标忽视了学生的“学习结果”问题；第二，教学内容缺乏联系具体实际问题；第三，教学过程中教学方法单一，主要以知识讲授为主，忽视能力的培养；第四，教学过程重教师中心，轻学生中心；第五，学生的学习效果主要采用“期末一张卷”的考核方式进行检验，缺乏对学生学习过程的监控。上述现象导致了学生对本门课程的学习兴趣比较低，难以将理论和实践相结合，达不到预期的教学效果。因此授课老师如何对“单片机及接口技术”课程进行教法、学法和考法相结合的教学改革，从而使得学生对本门课程的学习产生浓厚兴趣并真正掌握其原理及应用具有十分重要的意义。[4]

2OBE教育理念及教学设计流程

2.1OBE教育理念概述OBE（Outcomes-basedEducation），即成果导向教育，亦称能力导向教育、目标导向教育或需求导向教育，这是一种聚焦于学习成果的课程设计和教学的方法，其重点在于学生接受教育后能做些什么。OBE理念作为一种先进的教育理念，1981年由Spady等人首次提出[5]，很快得到了教育界的高度重视及

[6]

认可，已成为美国、英国、加拿大等国家教育改革的主流理念。OBE教育理念遵循成果导向、学生中

收稿日期：2019-03-02基金项目：贵州省教育厅2017年本科教学内容和课程体系改革项目“基于首要教学原理的《单片机及接口技术》课程教学改

革与实践”，项目编号：2017520100。

作者简介：王建卫(1982-)，男，贵州毕节人，贵州工程应用技术学院理学院讲师。研究方向：模拟和混合集成电路设计。

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心、持续改进三大核心理念，强调如下4个问题[7]：第一，想让学生取得什么样的学习成果？第二，为何让学生取得这样的学习成果？第三，如何有效地帮助学生取得这些学习成果？第四，如何知道学生已经取得了这些学习成果？OBE教育理念遵循反向设计、正向实施的原则，强调预期学习成果的层次性和映射性，从需求（包括国家、社会及教育发展的需要，行业、产业的发展及职场岗位的需求，学校的办学定位及发展目标，学生家长以及校友的期望，学生的发展期望等）开始，由需求确定培养目标，由培养目标确定毕业要求，再由毕业要求确定课程体系的逆向约束路径构建培养方案，然后按照课程体系、毕业要求、培育目标、需求进行正向实施，这时“需求”既是教育的起点，又是教育的终点，从而很大程度上保证了教育目标与教育结果的一致性。

2.2基于OBE理念的课程教学设计流程OBE教育模式下，课程教学设计也应遵循学生中心、目标导向、持续改进三大核心理念。其理念颠覆了传统的教学思想，在反向设计教学活动中，教师需要重新撰写课程的教学大纲，重新安排课程的知识点，重新构造理论及实践环节的教学计划及组织相关的课程教学活动等。[8]基于OBE理念的课程教学设计流程如图1所示[9]，在此流程图中，学生作为教学活动的中心，按照课程目标（学习成果）、课程内容、课程实施、课程考核、课程评估及反思改进的逆向约束路径进行课程教学设计，从而形成闭环的教学设计流程系统，课程目标既是课程教学的起点，也是课程教学的终点，课程教学设计清晰地聚焦了学生的预期学习成果。

图1课程教学设计流程图

2.2.1课程目标

传统的课程教学主要以知识为中心、学科为导向来构建“以学科知识为主”的正向教学模式。基于成果导向的课程目标更注重学生综合能力的培养，将课程目标清晰地聚焦于学生的预期学习成果上。基于成果导向的课程教学设计按照反向设计的原则，契合毕业要求来构建课程的知识、能力和素质三维教学目标，突出能力本位教育。课程目标的表述应体现毕业要求相关指标点的要求，与毕业要求指标点要有明确的对应关系，以便通过课程目标的实现支撑相关毕业要求的达成，并且课程目标应准确表达学生通过课程学习所获得的能力而非教学要求。

2.2.2课程内容

传统的课程教学内容主要以教材为依据向学生传递课程知识，强调课程知识的系统性和完整性，存在重知识传授轻能力培养、重教学内容轻教学方法等问题。基于成果导向的课程内容应遵循课程目标的达成度进行设计，从知识、能力以及素质三个层面构建相关的教学内容。课程的教学内容与课程目标要有对应关系，促进学习成果的达成。

2.2.3课程实施

课程实施主要包括教法和学法。传统的课程教学方法比较单一，主要以知识讲授为主，忽视学生能力的培养，并且教学过程中重教师中心，轻学生中心。基于成果导向的教学模式打破了传统的“以教师为中心”、“以知识体系为导向”的教学模式，是一种强调以“学习成果为导向”、“以学生为中心”的教学模式，实现了教学模式由“以内容为本”向“以学生为本”的根本性转变。在课程实施过程中，教师可以根据课程内容的教学需求，综合、灵活地运用项目式、问题式、案例式、探究式以及启发式等不同的教·130·

学方法，促进学习成果的达成。

2.2.4课程考核

传统课程考核淡化了学生能力及素质的培养，更多强调的是课程知识的系统性和完整性，基本上是采用比较单一的终结性评价方式（比如“期末一张卷”的考核方式），缺乏对学生学习过程的有效监控。基于成果导向的课程考核应针对课程目标，设计相应的考核内容和方法。考核内容应能体现课程目标要求的能力要素，与教学内容相匹配；考核方式应有利于判断课程目标的达成情况，能够覆盖全体学生，具有可操作性。基于成果导向的课程考核方式应多元化、过程化，针对课程目标，选择有效的考核方式，促进学习成果的达成。

2.2.5课程评估及持续改进

课程完成后应对本门课程进行教学质量评估。传统的课程评估手段主要是通过听说评课、教学检查、学生评教、教学督导等渠道获取相关的反馈信息，其机制大多流于形式。基于成果导向的课程评估主要聚焦学生的学习成果，是对学生最终学习成果的达成度进行评估，其实质是：客观判定与毕业要求指标点相关联的课程目标的达成情况，进而评价课程对于相关毕业要求指标点的贡献度。基于成果导向的持续改进主要根据学生课程学习成果的达成情况，适时、动态地调整课程目标、课程内容、课程教学策略和考核办法等。

3基于OBE理念的单片机课程教学设计

本文基于OBE教育理念，结合贵州工程应用技术学院“12224”应用型人才培养模式的要求和贵州工程应用技术学院课程考核管理办法，依据“单片机及接口技术”课程的性质和特点，综合基于OBE理念的课程目标、课程内容、课程实施、课程考核等方面的要求，构建了“112223”的课程改革思路，即在单片机课程教学中，坚持以学生为中心（一个中心），坚持以课程目标为导向（一个导向），构建课程教学内容的模块化和专题化（课程内容双化），构建课堂形式的理论化和实训化（课堂形式双化），实施课程教学方法的项目化和问题化（课程实施双化），实施考核方式的过程化、多元化及作品化（课程考核三化）。

3.1制定课程目标

课程目标应建立在对企业用人单位的岗位需求、学生及家长的期望进行广泛调研的基础之上，结合学校的办学定位及专业发展趋势，契合专业培养方案的毕业要求进行制定。所制定的课程目标应聚焦于学生的预期学习成果上，并体现毕业要求相关指标点的要求。我校电子科学与技术专业的“单片机及接口技术”课程的课程目标与毕业要求的对应关系如表1所示。

表1课程目标与毕业要求的对应关系

课程目标

1.通过文献检索、资料查询等获取信息手段的方式，对单片机技术的前沿发展、现状和趋势清晰掌握。2.具备单片机应用系统的软硬件开发步骤和系统设计思想的知识，能利用单片机技术的相关知识，针对复杂的单片机系统产品确定出开发技术路线，并能够对设计方案的可行性进行论证。

3.具备单片机的硬件结构、I/O口、定时器/计数器、中断系统、串行口以及单片机的人机交互接口、数/模转换芯片接口的知识，并能够利用相关知识结合生活实际设计实用的单片机系统产品。

4.具备单片机的基本开发工具和开发语言的的相关知识，能够利用Keil和Proteus软件进行单片机系统项目的开发，并能够理解其局限性。5.能够就单片机系统设计问题与业界同行进行有效沟通和交流，通过小组的项目实训和问题探究，具备一定的团队合作能力。

毕业要求

问题分析：能够综合运用所掌握的知识、方法和技术，识别、表达、并通过文献研究分析电子科学与技术领域复杂工程问题，以获得有效结论。[10]设计/开发解决方案：能够设计针对复杂工程问题的解决方案，结合工程应用的内外部因素，设计和开发满足特定需求的基本电路单元、系统和工艺流程，并能够在设计环节中体现创新意识，考虑社会、健康、安全、法律、文化以及环境等

[10]

因素。

工程知识：能够将数学、自然科学、工程基础和专业知识用于解决电子科学与技术领域复杂工程问题。[10]

使用现代工具：能够针对具体的电子科学与技术领域问题，开发、选择与使用恰当的技术、资源、现代工程工具等相关信息技术工具，进行预测与模拟，并能够理解其局限性。[10]个人和团队：具有一定的组织管理、环境适应和团队合作能力，能够在多学科背景下的团队中承担个体、团队成员以及

[10]

负责人的角色。

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3.2构建课程内容结合“单片机及接口技术”的课程目标和课程性质，对“单片机及接口技术”的课程教学内容进行重新整合，构建课程教学内容的模块化和专题化。本文主要将单片机系统的课程教学内容划分成四大模块，即单片机基本开发环境、单片机内部资源应用、单片机外围系统应用以及单片机应用系统综合设计。在单片机系统的四大模块中，单片机应用系统综合设计模块整合了单片机系统的相关知识，教师主要要求学生结合生活实际，利用所学的相关知识设计实用的单片机系统产品，从而进一步掌握单片机应用系统的软硬件开发过程，提高学生解决实际问题的综合能力，满足学生今后职业生涯发展的需要。在单片机系统的每一个主模块下，又细分成几个专题进行教学，“单片机及接口技术”的课程教学结构如图2所示。

图2课程教学结构图

3.3组织课程教学在“单片机及接口技术”的课程教学中，将课堂拆分为实训课堂和理论课堂，构建课堂形式的理论化和实训化，便于实施课程教学方法的项目化和问题化。从图2可知，每个专题都设置了相关的实践项目，实训课堂以实践项目为载体组织教学，通过项目实践引入相关的理论知识点；理论课堂采用问题探究式的教学方法进行相关理论知识点的学习。通过以实训课堂和理论课堂的方式组织教学，能够让理论及时地指导实践，形成知行统一、“做中学、学中练”的教学模式，从而实现课程教学“以教为主→以学为主”“以课堂教学为主→课内外结合”“以知识体系为主→知识与问题导向相结合”的转变。在课程教学的具体实施过程中，注意以下几点：第一，实训课堂和理论课堂采用分组的方式进行教学，每组3-5人，可通过小组讨论、问题探究、项目实践等考核方式，培养学生的团队协作精神；第二，实训课堂采用项目式的教学方法，通过项目实践，让学生在掌握技能的同时，教师引导学生提出相关问题，从而引出相关的理论知识点；第三，理论课堂采用问题探究式的教学方法，在教师的组织和指导下，学生之间通过小组的方式进行相关问题的研讨和探究，从而获得新知识；第四，在实践教学过程中要注意培养学生的系统设计思想，通过项目实训，学生应能够熟练使用Keil软件和Proteus软件进行单片机项目的软硬件设计，同时使用单片机开发板进行项目的验证，进一步加深学生对专业知识、技能的理解和应用，培养学生的综合职业能力，满足学生职业生涯发展的需要。

3.4实施课程考核

结合所制定的单片机课程目标，拟定相应的课程考核办法。单片机课程考核办法包括过程性考·132·

核、综合性考核和结业性考核。过程性考核是对学生学习过程的考查，可通过考勤、回答问题、探究活动、作业、实践项目的完成情况等方法进行评价，这种考核方式有利于学生充分参与到课堂中来，实现从被动学习到主动学习的转变，从被动听课到主动思考的转变，从以教师为中心的课堂到以学生为中心的课堂转变；综合性考核主要是通过项目设计考察学生的实践动手能力和对单片机系统知识的掌握情况，学生通过对单片机系统知识的学习后，结合生活实际，利用文献检索、资料查询等方式独立设计实用的单片机系统作品并撰写设计报告，从而实现考核方式的作品化；结业性考核则是以期末考试的方式进行评价，主要考核学生对系统理论知识的掌握及灵活运用情况。在单片机课程的考核办法中，应注意课程考核评价的重点为学生实践动手能力和实践中分析问题、解决问题的能力，对在应用上有创新之处的学生应给予特别鼓励，比如对于参加“全国大学生电子设计大赛”或“全国大学生挑战杯竞赛”的获奖者，可免除期末考核。“单片机及接口技术”课程的具体考核内容如下：

过程性考核：理论课堂（考勤×10%+作业×10%+问题探究活动×15%）+实训课堂（实践项目的完成情况）×15%，实践项目的评价标准如表2所示；

综合性考核：课程设计（实物作品设计制作及课程设计报告）×20%，课程设计的评价标准如表3所示；

结业性考核：期末考试×30%。综上所述，基于成果导向的单片机课程考核通过理论与实践一体化评价模式的实施，改变了传统的学生评价方法，实现了考核方式的过程化、多元化及作品化，促进了考核方式“以结果评价为主→结果、过程性评价相结合”的转变，从而杜绝了学生临时抱佛脚，突击应试的学习方式。

表2实践项目评价标准

序号12345

项目软件使用电路设计程序设计软硬件联调创新性

标准

能够熟练使用Keil和Proteus软件电路原理图设计合理编程思路清晰

通过软硬件联调，系统能够实现所指定的基本功能系统设计有创新之处，对既有同类产品或作品有创造性改进

分值1030302010

表3课程设计评价标准

类别

项目系统方案理论分析与计算

设计报告

电路与程序设计测试方案与测试结果设计报告结构及规范性基本功能

实物作品

发挥创新结构外观现场演示

标准

比较与选择、方案描述

关键电路及关键技术理论分析计算电路原理图设计合理，编程思路清晰

测试方案及测试条件、测试结果完整性、测试结果分析设计报告正文结构、图表的规范性满足项目设计具体要求

在基本功能上提高性能参数、扩展功能作品结构稳定性、美观性作品介绍表达能力、作品答辩情况

分值3888330101020

4结束语

基于OBE教育理念，通过“112223”课程改革方案的实施，有效调动了学生课程学习的主动性和积极性，实现了课程教学“以教为主→以学为主”“以课堂教学为主→课内外结合”“以知识体系为主→知识与问题导向相结合”的转变；实现了考核方式“以结果评价为主→结果、过程性评价相结合”的转变。

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通过单片机课程的学习，学生不但掌握了实践技能，而且还在实践中掌握了相关的理论知识，不但学习了课程，而且还学习了相关的工作方法，提高了学生针对生活实际解决问题的综合能力，为学生今后的职业生涯发展奠定了坚实基础。2017年至今，我院学生在大学生电子设计竞赛中荣获省级一等奖3组、省级二等奖3组、省级三等奖2组；在大学生创新创业训练计划项目中，我院学生申报的与单片机系统开发相关的项目获得国家级立项5项，省级立项1项；学生申报与单片机相关的专利1项，发表与单片机相关的论文6篇。学生学科竞赛成绩和创新创业训练计划项目立项数相比教改以前有了很大的提高，单片机课程的教学效果得到了明显改善。参考文献：

[1]汪媛.基于OBE理念的“单片机”教学改革研究[J].电气电子教学学报,2018(3):69-71.[2]沈治国.基于OBE理念的单片机课程教学改革研究[J].课程教育研究,2017(4):254-254.

[3]张晓培,何永玲,崔传真,等.OBE-CDIO工程教育模式下的单片机模块课程改革与实践[J].科技视界,2018(3):28-30.

[4]王晓萍,刘玉玲,梁宜勇,等.“以学生为中心”的教法、学法、考法改革与实践[J].中国大学教学,2017(6):73-76.

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[9]周民朱,燕雷,王建业.OBE理念在课程教学中的实践[J].电脑知识与技术,2017(33):142-143.[10]李兆飞,黄臣程,谭飞,等.“智能科学与技术”专业增设条件与培养方案分析——以四川轻化工大学为例[J].教育现代化,2018(53):136-145.SingleChipMicrocomputerCourseTeachingReformandPracticeBasedonOBE

WANGJian-wei,LIZuo,LIAODa-lin,CHENYu-xia,HEYing-zi

(SchoolofScience,GuizhouUniversityofEngineeringScience,Bijie,Guizhou551700,China)

Abstract:Thecourseofsinglechipmicrocomputerhasdeeptheoryandstrongpractical,theteachingef⁃fectwiththetraditionalteachingmethodsisnotobvious.Inthispaper,combiningwiththerequirementsof\"12224\"appliedTalentstrainingmodelofGuizhouUniversityofEngineeringScience,constructingthe\"112223\"coursereformthoughtbasedonOBE,thentakingGuizhouUniversityofEngineeringScienceasanex⁃ample,thispapermakesabeneficialpracticeandexplorationontheteachingreformofsinglechipmicrocom⁃puter.

Keywords:OutcomesBasedEducation;SingleChipMicrocomputer;LearningOutcomes;CourseRe⁃form

（责编：任秀秀

责校：明茂修）

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