CDIO与MOOC教学模式在单片机技术课程中的应用

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　　[摘  要]本文以高职单片机技术课程的性质和特点作为重点，分析了CDIO与MOOC教学模式在单片机技术课程中的应用，使学生达到“教、学、做”的统一，强化学生自主学习的主体地位。
　　[关键词]CDIO  MOOC  单片机技术  教学模式
　　现阶段，高职院校基本的课程教学模式是以学科体系为主，理论与实践教学的比例为1∶1。但在具体教学过程中，教学内容往往脱离实际，学生无法得到与实践技能相关的训练，更得不到真正的锻炼。CDIO教育模式是目前国际工程教学改革的研究成果，其主要侧重培养学生的动手能力及实践能力。
　　单片机应用技术课程教学存在的问题
　　1.课堂教学
　　近年来，在各高职院校教学过程中，单片机技术课程主要采用多媒体技术进行授课，教师大多以讲授理论知识为主，学生只是“听众”，这种教学模式导致师生互动不够，无法充分调动学生学习的主动性和积极性。
　　2.实践教学
　　在单片机技术课程实践教学过程中，以单片机实验箱的形式完成相关实验，这便是单片机技术课程实践教学的形式。电路图在实验箱中都是现成的，学生面对已编写好的程序，只需连接導线，启动运行，检测程序运行的结果成功与否，抄写完成实验报告，任务就结束了，这种操作模式完全达不到锻炼学生实践技能的教学目的。
　　3.考核手段
　　在学生考核的标准上，高职院校大多是以期末理论考试成绩为主，实验成绩为辅，这种考核制度存在很大的弊端。很多学生临近考试，将相关知识点熟记于心，便可以考出很好的成绩。但也有部分学生虽熟记理论，面对项目却不知道如何下手，以致编程能力欠缺，也没有相应的调试技能。
　　总而言之，单片机技术课程教学急需改革，教育者应打破传统教学模式的束缚，有效利用现代化信息资源，在教学过程中，关注师生互动，充分调动学生学习的主动性和积极性，激发学生的创造力，让学生成为课堂的主体，将理论知识与实践教学进行融合，打造一个合理、完整、通用、可概括的教学目标。
　　有关CDIO与MOOC的论述
　　构思（Conceive）、设计（Design）、实施（Implement）和运作（Operate）作为CDIO的基础，教学与实践相融合实施CDIO管理，学生的工程基础知识、个人技术能力、系统工程能力，以及团队协作精神也会因此得到有效提升，这就为CDIO工程教学模式打造了一个具体的教学目标，更加合理、完整、通用、概括，很多企业很喜欢CDIO工程教学模式。以“做中学”及项目驱动作为新型的教学模式，这便是CDIO提倡的教学理念，这种教学模式十分关注培养学生主动学习、协作交流、分析解决问题的能力。同样，这也是单片机技术课程的教学目标。因此，以CDIO理念为改革方向，对单片机技术课程教学进行改革有着深远的意义。
　　MOOC也是一种新型的教学方式，其打破了传统的以教师讲授及考试为主的教学方式，改变了教学的模式与属性，人才培养模式因而得到了有效扩展，以学生为中心的教学模式通过这种新型模式有所体现。与此同时，也将教学的中心由“教”转变为“学”。CDIO与MOOC教学理念的有效融合，将MOOC教学的个性化特点与单片机技术相结合，最终将二者的优势充分体现出来，形成单片机技术与MOOC混合的教学模式，进而将其教学效果发挥到了极致。
　　CDIO工程式教学管理模式不但可以充分将学生的单片机技术理论与实践进行有效结合，还可以进一步提升学生的整体素质和专业水平。同时，教学方式及相关学科的教学资源都是由MOOC提供。目前，开放资源包含数据、课件、文库、课件库等，为学生提供海量的知识库，以此保障学生学习需求。
　　以CDIO为框架，在MOOC自主学习和网络资源整合的前提下，与社会企业对接，将大学生的综合素养需求作为教学目标，通过课题、项目、任务的完成程度进行系统的分析。
　　基于CDIO与MOOC的单片机技术课程教学模式
　　目前，高职院校通过总结、归纳、分析单片机技术课程教学现状及存在的问题，借鉴CDIO工程教学模式及MOOC教学模式，在培养人才的过程中，对单片机技术课程教学内容、资源、过程、方法等环节都进行了相应的改革，逐步形成了以CDIO和MOOC为主的单片机技术课程教学新模式。因此，在实际教学过程中取得很好的效果。
　　1.以CDIO与MOOC为基础的教学改革理念
　　（1）以建构主义发展学生自我学习的能力
　　建构主义是一种关于知识和学习的理论，强调学习者的主动性，认为学习是学习者基于原有知识经验生成意义、建构理解的过程，而这一过程是在社会文化互动中完成的。建构主义认为，知识不是通过教师传授得到的，而是学习者在一定的社会文化背景下，借助他人（包括教师和学习伙伴）的帮助，利用必要的学习资料，通过意义建构的方式而获得的。因此，建构主义学习理论认为“情境”“协作”“会话”和“意义建构”是学习环境中的四大要素或四大属性。“情境”必须有利于学生对所学内容的意义建构，这就对教学设计提出了新要求。“协作”发生在学习过程的始终，对学习资料的搜集与分析、学习成果评价的最终建构均有重要作用。“会话”是协作过程中不可缺少的环节，学习小组成员必须通过会话商讨如何完成规定的学习任务，会话是实现意义建构的重要手段之一。“意义建构”是整个学习过程的最终目标。所要建构的意义是指事物的性质、规律以及事物之间的内在联系。由上述可知，获得知识的多少取决于学习者根据自身经验建构知识的能力，而不取决于学习者记忆和背诵课程内容的能力。因而，对信息的意义建构是建构主义的一方面，对经验的重组则是建构主义的另一方面。
　　学生能够在他人的帮助下进行下一步的学习，这便是建构主义理论的终极教育目的。将学习放置于真实的情境中，使学生运用合作精神解决真实问题，探究问题背后的科学知识，以此培养学生专业课程的认知能力，最终使其掌握解决实际问题的能力，逐步培养学生主动学习的能力。 　　在此学习过程中，学生需要有扎实的理论知识为基础。具体包括运用基础知识的能力，计算机核心基础知识与原理（如数据结构、数据库、图像处理等），数据建模、系统开发等方面的专业知识。利用MOOC教学模式使学生掌握知识，并熟练运用，可有效降低教师的工作强度。
　　（2）使学生通过MOOC教学模式熟悉单片机技术原理
　　作为高职电子技术及自动化控制技术类专业核心课程，单片机技术课程的教学目标便是要求学生能够熟练掌握单片机基本原理，能够熟练掌握MCS-51结构及应用设计方法，还应具备一定的应用设计能力，在单片机操作过程中，能够对项目进行简单开发及控制，进一步熟悉MCS的相关开发流程，这便是教学模式设计的目的。具体流程为：调研—明晰任务—确定系统功能—挑选机型、软件划分及硬件功能—设计硬件的电路（包含元器件的挑选、硬件电路的完善加工、样机的组成、最终测试）—设计软件结构（算法的确定—程序流程图的绘制—对程序代码的编写、編译—最终进行部分调试）—仿真机测试、调试—逐个排除故障、错误—调整硬件—修改软件—固化程序—运行样机—最终结束研制。在实践过程中，可大力开发、研制仿真模型，直至现实问题得到有效解决。
　　（3）让学生通过完成项目任务掌握学习技能
　　目前，在各行各业单片机的应用均不同，根据应用设置各类项目任务，这其中就包含一系列的能力要素。在实际教学过程中，以项目任务为需求，学生可以通过完成项目任务熟悉基本知识、掌握学习技能。比如，学生参观山泰设备制造有限公司缸体生产线结束后，教师可布置学习任务，让学生对其中两道工序流程进行实时控制，若以此为实践标准，就需要考虑在正常情况下，两道工序循环进行，机器如果发生意外能否立即报警，这些都可以通过实训室单片机仿真系统及应用模块来完成。定时器、中断系统等是这一任务需要运用的基础知识，很多学生都很期待在任务中获得一定成就感及满足感。在项目任务的驱动力下，学生学习相关知识就会更加主动，不再是被动地接受知识，学生及教师在任务结束后，能够对所包含的知识点进行总结、归纳、灵活运用。与此同时，教师可提出拓展性任务，让学生对所学知识点掌握得更加稳固。在教学过程中，教师以项目任务为展开条件，培养学生的学习能力。学生也应该通过实践，清晰了解学习内容、学习目的。采用这种教学模式，学生学习的主动性、积极性在不知不觉间被激发，课堂实效性就能够得到显著的提升。
　　（4）学生通过运行复杂系统，实现“教、学、做”的统一
　　学生在实训室进行单片机技术理论课程学习，能够实现“教、学、做”的统一。比如，在“位测试指令和分支程序的设计”教学过程中，“多级皮带轮传送控制”作为教学任务时，教师可以将内容分为三个步骤进行讲解。第一步，将如何实现单片机控制继电器作为讲解内容，进而对皮带轮电机控制方法进行讲述，学生可在现场进行实践操作，完成硬件接线。第二步，对编程思路予以讲解，为学生提供有效的参考程序，让学生自主进行调试，与此同时，关注每一步调试方法，观察程序执行顺序及生成指令，最终选择适合的皮带轮传动方式。第三步，进一步归纳新的知识点，修改并设置新的任务，使学生运用新知识完成该课程的学习。在这个过程中，学生通过理论与实践相结合的方式，对项目、任务已经有了充分的了解，为教学目标的顺利实现奠定了一定的基础。
　　结  语
　　单片机技术课程作为一门专业课程，应该与高科技、新技术、信息化充分结合起来。在当前教学环境下，培养学生综合能力的过程中会面对很多问题，如教师过分关注理论知识讲授，对知识点的实时性考虑欠佳，生硬的、落后的教学手段等。在信息化及教育改革的大背景下，这些问题就显得尤为突出了。在实际教学过程中，CDIO教学模式保证了单片机技术课程的高效性，MOOC教学模式使学生学习的主动性与积极性也在不断提升。与此同时，单片机技术课程教学模式改革仍然需要不断创新与发展，以期为后续教学提供更多的参考依据。
　　参考文献：
　　[1]崔耀平、秦耀辰、闫卫阳、鲁丰先：《嵌入CDIO和MOOC的“环境信息系统”教学模式》，《计算机时代》2015年第5期，第69-71页。
　　[2]刘慧梅：《基于建构主义的单片机应用技术理实一体教学模式设计》，《中国电子商务》2014年第2期，第135页。
　　[3]鲁刚强：《单片机应用技术理实一体化教学模式研究与实践》，《科技信息》2013年第4期，第63页。
　　[4]孙前进：《基于CDIO与MOOC融合的嵌入式技术的课程改革研究》，《教育论坛》2018年第9期，第170、172页。
　　作者单位：西安汽车科技职业学院   陕西西安
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