ＳＳＮ１６７２—１４３８ ＣＮ１１－４９９４／Ｔ 中国观代教唷装备 ２０总第１１ １年第１３１期 ９期 基于ＣＤＩＯ的单片机原理及应用课程教学改革探讨 马卫国 南通大学江苏南通２２６０１９ 摘要：探讨了基于ＣＤＩＯＳＥ程教育模式的单片机原理及应用课程教学改革，从完善教学内容，提高学生综合素质和改进学 生成绩考核方式等方面，提出了该课程教学改革的具体措施，为培养创新型高素质人才提供了思路。 关键词：ＣＤＩＯ；单片机原理及应用；教学改革 Ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎ ｏｎ ｔｅａｃｈｉｎｇ ｒｅｆｏｒｍ ｏｆ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｍｉｃｒｏｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＣＤＩＯ ＭａＷｅｉｇｕｏ Ｎａｎｔｏｎｇ ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｔｏｎｇ，２２６０１９，Ｃｈｉｎａ Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｅａｃｈｉｎｇ ｒｅｆｏｒｍ ｏｆ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｍｉｃｒｏｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＣＤＩＯ ｉｓ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ｄｅｔａｉｌｅｄ ｔｅａｃｈｉｎｇ ｒｅｆｏｒｍ ｍｅａｓｕｒｅｓ ａｒｅ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｐｏｉｎｔ ｏｆ ｖｉｅｗ ｏｆ ｔｅａｃｈｉｎｇ ｃｏｎｔｅｎｔ，ｓｔｕｄｅｎｔ’Ｓ ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ ａｂｉｌｉｔｉｅｓ ａｎｄ ｇｒａｄｅ ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ．Ｉｄｅａｓ ａｒｅ ｐｒｏｖｉｄｅｄ ｆｏｒ ｔｒａｉｎｉｎｇ ｉｎｎｏｖａｔｉｖｅ ｔａｌｅｎｔｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ＣＤＩＯ；ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ｏｆｍｉｃｒｏｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ；ｔｅａｃｈｉｎｇ ｒｅｆｏｒｍ 单片机具有系统结构简单、可靠性高、易于使用 和价格低廉等优点，在工业控制、仪器仪表、家用电 器、武器装备等领域得到广泛应用。社会上对单片机 传统的教学方法不利于对学生工程能力和综合素质的 培养。 为了克服传统单片机教学中存在的问题，适应 工程教育的需要，笔者探讨ＣＤＩＯ（Ｃｏｎｃｅｉｖｅ（构思）一 应用型人才需求也不断增加，因此，各高校都将单片 机原理及应用这门课程设置为电气电子信息类专业的 必修课程。 Ｄｅｓｉｇｎ（设计）－Ｉｍｐｌｅｍｅｎｔ（实现）－Ｏｐｅｒａｔｅ（Ｊ￣作））工程 教育模式在单片机原理及应用课程教学中的应用，开 展以项目为主线的ＣＤＩＯ模式工程实践教学，使学生 １课程特点及教学现状 单片机原理及应用是一门理论性和应用性较强的 课程。这门课程的目标是学生通过该课程的学习掌握 单片机的基础知识，并具有单片机系统工程开发的能 在有限的教学时间里，既能掌握课程所要求的基础知 识，又具备一定的工程实践能力，实现创新型高素质 人才的培养目标。 ２ ＣＤＩＯ工程教育模式 ＣＤＩＯＩＩ￣程教育模式是近年来国际工程教育改革 的最新成果，由麻省理工学院、瑞典皇家工学院等４ 所大学从２０００年起经过４年的探索研究创立，并成立 以ＣＤＩＯ命名的国际合作组织。ＣＤＩＯ代表构思、设 力。传统的单片机原理及应用的教学方法多为课堂理 论教学加实验教学相结合的模式，按照教材的内容讲 解相关的理论知识，配合一定学时的实验课。由于单 片机的基础理论知识比较抽象，实验学时占的比重不 大，实验主要集中在某一段时间内在实验箱上进行， 因此很多学生做完实验后，对实验中所编写的程序和 所采用的具体硬件电路理解得不是很透彻，能够独立 查找出实验过程中所出现问题原因的学生更少。这种 计、实现和运作。它以从产品研发到产品运行的生命 周期为载体，让学生以主动的、实践的、课程之问有 机联系的方式学习工程。ＣＤＩＯ教学大纲主要包括技 术知识与推理、个人和职业能力与态度、人际交往能 力，团队合作和交流、企业和社会环境下的构思设计 收稿日期：２０１１．０４．１８稿件编号：１１０４０９５ 作者简介：马卫国，博士，讲师。 实施运行系统等４个层面，大纲要求以综合的培养方 式使学生在这４个层面达到预定目标。 ７０ ２０１１年１０，９ ２０１ １年第１９期 总第１３１期 中国砚代孝 装备 ＪＳＣＮ１ＳＮ１１６７２—１４３８ ４９９４／Ｔ 目前已有许多世界著名大学加入了ＣＤＩＯ组织。 ２００６年，汕头大学成为中国高校首个ＣＤＩＯ成员。目 前全国已有几十所高校在开展ＣＤＩＯ试点工作，这些 高校围绕着ＣＤＩＯ开展了一系列的研讨和培训活动， 对当前高等工程教育改革中存在的问题、改革的方 法、理念与模式进行了热烈的讨论和交流，为我国工 程教育事业的发展献计献策。 ３ ＣＤＩＯ工程教育模式在单片机教学中的 应用 ３．１完善教学内容，将课程教学与工程项目有机 结合起来 科学的理论知识来源于实践又指导实践，随着实 践的发展而不断深化。当前我国高等院校中存在的一 个普遍现象是学生的基础知识掌握得比较扎实，但工 程实践能力较薄弱。因此，高等院校要建立和完善教 学实践体系，制订合理的教学方案，通过实践教学和 工程项目加强学生创新实践能力的培养。 单片机原理及应用课程旨在让学生掌握单片机的 内部资源和指令系统的基础上，具有单片机应用系统 工程设计和研发的能力。对于单片机的基础知识，可 以采取教师课上精讲配合学生课后复习的教学方式。 对于课程中不同的内容，通过相应的行之有效的教学 形式或手段进行讲解。例如采用图形图像、动画和网 络等多媒体方式进一步深化学生对教学内容的理解。 由于所采用的教学形式丰富多彩，学生的学习积极性 大大提高，由被动学习变为主动学习。 为了增强学生单片机应用系统研发的能力，基于 ＣＤＩＯ的以项目促进学习和做中学的培养理念，设计 一个工程项目将原教学内容中相互独立的接口设计等 知识融合在其中。通过项目将这些知识点有机联系起 来，同时在项目开发过程中可以复习前面学过的基础 知识。例如以在工业领域中具有广泛应用的温度测控 为例，可设计一个具有实际工程背景的以单片机为核 心的水温测控系统，系统采用３位ＬＥＤ显示器显示水 温，温度控制采用改进的ＰＩＤ数字控制算法。由于该 系统涉及Ａ／Ｄ和Ｄ／Ａ转换、键盘和显示、中断系统以 及定时器／计数器等知识点，几乎涵盖了所有教学内 容，所以非常适合作为教学案例项目。项目确定后， 引导启发学生如何对给定的项目进行需求分析、硬件 电路和软件程序设计、系统综合调试，让学生亲自开 发完成该系统，使其置身于实际的工作环境之中，掌 ２０１１年１ｏｆｆ ．握一个单片机应用系统的实际设计过程和由此所涉及 的相关原理、知识以及解决问题的思路和方法。这种 方式能够极大地激发学生的学习兴趣和学习潜力，锻 炼学生的工程实践能力。 ３．２增强学生发现问题、分析问题和解决问题的能力 当前知识更新的速度加快，只有不断地学习才能 跟上时代发展的步伐。在学习过程中，学生是学习的 主体，教师起引导辅助的作用，教师需要培养学生独 立思考、发现问题、分析问题和解决问题的能力。把 学生从单纯的被动接受知识，转变为通过引导而主动 学习，这是ｃＤＩＯ工程教育理念的培养标准之一。 在项目开发的过程中，对于遇到的问题，要树立 以学生为中心的观念，引导学生查阅相关的文献资料， 主动思考，充分发挥主观能动性。例如在水温测控系统 中，对选用什么型号的温度传感器、如何设计数据采集 电路、键盘显示电路和驱动电路等问题，鼓励学生仔细 观察、认真分析思考，利用本课程所学的知识结合以前 所学课程的有关知识，查阅相关资料来解决这些问题。 当问题得到解决后，学生将会体验到成功的快乐，自信 心将会增强，主动学习的积极性会进一步被激发，并逐 渐养成主动学习的良好习惯。学生有了主动学习的能力 和习惯，又会促进他们对知识的渴求和学习，使教师能 更有效地帮助学生学习专业知识，提高教学效果，在工 程实践的氛围中培养学生发现问题、分析问题和解决问 题的能力，满足工程专业的育人需要。 ３．３增强学生交流沟通和团队合作的能力 在当今社会，分工越来越细，一个项目通常会涵盖 多个学科的知识，想凭借一己之力完成一个项目非常困 难，必须依靠团队才能实现目标。作为团队成员，必须 具备良好的交流沟通和团队合作能力。 基于ＣＤＩＯ的项目教学法能够模拟实际的工程项 目，使学生在校学习期间就能置身于真实的工作环境 中，可以很好地培养学生的交流和团队合作能力。对于 教学过程中一个给定的项目，将整个班级分成若干小 组，每组３～５人，每个小组选出一名组长全面负责设计 工作。小组成员按照自己的特长进行合理分工，对项目 进行全面透彻的分析，团结合作，共同完成该项目。项 目实施过程中，小组要定期进行交流讨论，小组成员之 问的交流沟通是保持整个小组旺盛生命力的必要条件。 正所谓“三人行，必有我师焉。”通过成员之间的交 流，大家集思广益，可以提出最佳的设计方案，保证 项目能够及时高效地完成。 采取这种分组形式充分发挥和调动了学生的主观 ７１ ＳＳＮ１６７２．１４３８ ＣＮ１１－４９９４／Ｔ 中国现代款唷装备 ２０总第１１ １年第１３１期 ９期 能动性，培养了学生的自主学习和团队合作能力，使 其体会到团队的力量是无限的，增强了自信心和责任 感，形成了团队合作意识以及良好的工作习惯，为将 来工作打下了坚实的基础，这符合ＣＤＩＯ培养大纲中 的团队精神。 又要注重锻炼工程实践动手能力，从而提高了自身的 综合素质。 ４结束语 把ＣＤＩＯ３－程教育理念引入单片机原理及应用课 程教学中，采用基于项目的教学使得理论与实践紧密 联系在一起，学生在体验中学习，在熏陶中学习，激 发了学习兴趣，转变了学习态度，锻炼了发现问题、 ３．４改进学生成绩考核方式 传统的学生成绩考核通常是由任课教师以试卷 考试的形式进行，学生的成绩主要由平时成绩与卷面 成绩按照一定的比例构成。这种考核方式侧重于基础 知识的获取，很难对学生的动手实践能力做出客观的 评价，这使得很多学生将学习重心放在了以笔试为主 的考试上，在学习过程中，忽视了创新实践能力的培 养，不善于主动发现问题、分析问题，缺乏解决实际 问题的能力。 分析问题、解决问题以及团队合作能力，使课程的教 学效果更有成效，同时为培养高素质创新型人才提供 了一种思路。 参考文献 ［１】 顾佩华，沈民奋，李升平，等．从ＣＤＩＯ￣ＵＥＩＰ—ＣＤＩ（）＿一２００８，１：１２～２Ｏ ＣＤＩＯ工程教育要求学生在掌握专业知识的基础 上，具备一定的工程实践能力。为了确保考核方式的 合理性、公平性和有效性，ＣＤＩＯ评价方法采用多种 汕头 大学工程教育与人才培养模式探索［Ｊ１．高等工程教育研究， ［２］ 高雪梅，孙子文，纪志成．ＣＤＩＯ方法与我国高等工程教育改 革［Ｊ］．江苏高教，２００８，５：６９￣７１ 【３】 杨叔子．谈谈我对“ｃＤ１０——工程文化教育”的认识［Ｊ］．中国 大学教学，２００８，９：６～７ 方式评价学生的能力。在基于ＣＤＩＯ的单片机原理及 应用课程的教学中，对专业基础知识的评价可以通过 笔试进行，检验学生对单片机基础知识的掌握情况。 针对学生解决实际问题以及综合运用知识等工程实践 能力的评价，可以通过考核学生完成项目的情况进 行，例如学生在项目开发过程中的表现，是否积极参 与小组讨论，课程结束后提交的项目报告等可以作为 考核依据。 ［４］ 查建中．面向经济全球化的工程教育改革战略——兼谈ＣＤＩＯ 工程教育模式实施［Ｊ】．计算机教育，２０１０，１１：２～７ ［５】 顾学雍．联结理论与实践的ｃＤＩＯ——清华大学创新性工程教 育的探索［Ｊ］．高等工程教育研究，２００９，１：ｌ１～２３ ［６］ 张毅刚，彭喜元，彭宇．单片机原理及应用（第二版）【Ｍ】．北 京：高等教育出版社，２０１０ 采用多种评价方式不仅增强了评价结果的可信度 和公平度，还有利于引导学生既要认真学习专业知识 （上接６４页） ２结束语 通过动物过河这个益智游戏题的数学建模求解方 法，说明了数学建模在解决实践问题中所起的作用。 用益智题作为数学建模的辅助教学工具，不仅可以锻 炼学生的手工操作能力，发挥他们的创造力，也可以 更形象、生动地进行教学。运用数学建模的假设、分 会划船，安全过河的最优解（最少步骤）是什么？ 由问题２解答中的讨论及命题２￣１１４可知，最快速度 的运送模式必为前２步使Ｆｕｓ＝（ａ。．８２，ａ３），最后２步使 ＧＵｓ＝（ａｌ，ａ２８３），因此中间存在将ＦＵＳＦｈ＜ａ１，ａ２．ａ３） ．变为（Ａ ，Ａ 。Ａ，）的过程。由简单的枚举法可知这个 转变过程的最快速度是４步。因此１．１中的步骤是最优算 法，考虑到最后ｌ步只去不回，总的步数是７步。 问题４：当ｍ＝３，若有两只小动物（不妨设为ａ ，ａ３ 会划船，安全过河的最优解（最少步骤）是什么？ 由问题３的解答同理可知，最优解为６步。 从模型的求解来看，当船一次只能容纳２只动物 时，大小动物最多只能为３对、最少需要１只小动物会 析、求解过程，可以发现更丰富的结果。 参考文献 ［１］ 胡运权．运筹学教程［Ｍ】．北京：清华大学出版社，２００７ ［２］ 子过河问题【ＥＢ／ＯＬ］． ！ 卫；』 塾 丛： ｉ 坠： Ｑ也 划船，才能使所有动物安全过河。因此现在流传的动 物过河的提法是最优化的，或者说是最具智慧的。 ７２ 【３】 罗卫民，李昌兴，史克刚．“数学实验”与“数学建模”课 程教学改革［Ｊ］．高等工程教育研究，２００５，６．－ｌ１０～１１２ ２０１ １年１０月