基于CDIO工程教育理念的单片机实训课程

基于CDIO工程教育理念的单片机实训课程
文章基于CDIO工程教育理念，提出单片机实训课程的综合模式。

结合单片机原理与应用课程及电子产品设计基础，采用产品过程的教学方式，在产品研发到产品运行的周期中，通过对产品的构思、设计、执行和运作，培养学生的工程基础知识、个人能力、人际团队能力和工程系统能力。

标签：CDIO理念；单片机；实训课程
高等职业教育要积极推行与生产劳动和社会实践相结合的学习模式，把工学结合作为高等职业教育人才培养模式改革的重要切入点，带动专业调整与建设，引导课程设置、教学内容和教学方法改革。

人才培养模式改革的重点是教学过程的实践性、开放性和职业性，实验、实训、实习是三个关键环节。

单片机实训课程是工科专业的公共课，目的是巩固和加深单片机原理与应用课程及电工电子课程中所学的理论知识，基本掌握单片机应用电路的一般设计方法，提高电子电路的设计和实验能力。

单片机实训课程基于产品一般过程组织教学，提高学生实践能力，让学生在完成学校教育后，能尽快适应工作岗位需求。

目前国际上流行CDIO（Conceive-Design- Implement-operate，即构思—设计—实施—运作）工程教育理念强调个人工程能力不仅应包含个人的理论知识和专业技能，还应包含团队交流合作、系统掌控等一系列能力。

CDIO理念是高职高专教学工作中理想的实训模式。

一、CDIO工程教育模式
CDIO工程教育模式是以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、与课程之间有机联系的方式学习工程理论和实践。

CDIO培养大纲将工程毕业生的能力分为工程基础知识、个人能力、人际团队能力和工程系统能力四个层面，大纲要求以综合的培养方式使学生在这四个层面达到预定目标。

CDIO创新工程教育模式倡导问题驱动，注重实践性教学，培养学生实际动手能力。

主张课程实验教学从具体实践出发，然后上升至理论，最后再回到实际操作中来，以创作最终产品为教学目标。

构思、设计、实施和运作（CDIO）项目与通常的教育模式不同之处主要表现在通过贯穿和融通专业核心课程的全真实训CDIO项目，让学生亲身体验产品过程，使学习和应用之间形成良性互动。

二、基于CDIO工程教育模式的单片机实训课程
以单片机系列产品过程为载体设计学习情境，每一个学习情境的实施都是一个应用产品研发与生产岗位典型的工作过程。

从课程实训内容、教学方法和手段、实践教学体系等方面进行了CDIO教学模式的研究和尝试。

1.构思（Conceive）。

在这一环节，分配工作小组，明确设计任务，进行产品构思，制订小组工作计划，师生共同讨论评审最佳方案。

产品构思是指对产品的设想。

产品构思的内容包括产品使用目的、基本功能、产品大致轮廓和大概制造
方法等。

市场需求是产品构思的出发点。

对产品构思进行筛选，在筛选时必须考虑几个重要因素：
（1）构思的产品是否符合实训的目标。

单片机知识目标包括存储、接口、定时、计数、中断等资源的运用，编程语言的运用。

（2）学生是否具备足够的实力来开发所构思的产品。

（3）产品的成本控制在一定范围。

构思的产品虽经筛选但仍是抽象产品，把抽象产品具体化，需要从原理、结构、外形、性能等方面进行初步方案设计。

小组讨论系统设计与制作的整体方案框图。

以小组为单位阐述项目计划，教师对方案进行指导，师生共同讨论后进行分析比较优化，最终选定合理、科学的最佳方案进行设计。

如选择具有代表性的单片机综合应用产品——“数字万年历”。

“数字万年历”作为教学内容的载体，该产品以单片机作为控制核心，包括时问模块、显示模块、语音模块、遥控模块，以及传感与转换模块。

2.设计（Design）。

这个环节要求采用公司技术规范绘制电路原理图，绘制印刷电路板图，按单片机编程规范进行程序设计，建立公司模式的资料共享平台。

（1）规范电路原理图设计格式与风格。

原理图的元器件标识，设计风格，特别是较复杂的电路原理图的设计要按功能分开，分层次设计，以便原理图有较高的可读性。

电路原理设计符合安装要求，散热要求，工作环境等。

实施电路原理评审制度，电路原理评审是电路设计的一个严谨的论证过程，通过分析计算，论证讨论，把电路设计的潜在问题在设计之初解决，从而提高后续电路板设计的正确性和实用性。

一旦评审确定的原理图原则上是不允许改动，改动原理图需提出申请，需要再次召开评审会议。

（2）规范印刷电路板图设计格式与风格。

当硬件项目人员需要进行PCB设计时，须提出投板申请，流程状态到达指定的PCB设计主管组长审批。

统一电路板制版风格，丝印层字符格式，班级LOGO，电路板命名等。

布线要根据实际需要充分考虑EMC的情况下要尽量的美观，留有测试点，方便安装调试。

元器件标识要准确无误，标识清晰，电路板命名要体现其功能和使用范围，有统一的编号，要打上小组的商标和标识，以及设计人员的代号和日期等。

（3）程序设计执行单片机编程规范。

总则要求格式清晰、注释简明扼要、命名规范易懂、函数模块化、程序易读易维护、功能准确实现、代码空间效率和时间效率高、适度的可扩展性。

（4）建立公司模式的资料平台。

系统的分析、整合目前学校的硬件资源，分离出成熟电路，常规电路，以及可以例化的电路原理图。

系统的分析目前用到的电路板的设计原理与参数计算，结合实际的电路使用情况，给出相应的数据和对策。

整合功能相同或相近的电路，将电路做成一个标准电路，共享到实训平台上。

3.执行（Implement）。

执行过程营造全真的企业生产环境，培养学生具有相应的职业能力、职业素养和工程意识。

（1）采用车间管理模式。

员工管理：分大班为若干个“工作小组”，让学生身为“准员工”。

生产管理：体会工作环境和工作过程，并填写项目工单，车间严格按照生产计划排产，根据车间设备状况和人员，精心组织生产。

质量管理：车间制定并严格执行《工作标准》和《程序文件》中关于“各级各类人员的质量职责”的规定，履行自己的职责、协调工作。

安全生产：做好安全宣传教育，安全防范保障工作，严格执行各项安全操作规程。

（2）全真企业产品工艺过程。

工学交替，培养了学生的职业意识。

特别是要做好产品工艺规程编制：①工艺汇总表包括配套明细表、仪器仪表明细表、工位器具明细表、材料消耗定额表、工时消耗定额表；②工艺顺序图表包括工艺流程图、工艺过程图；③准备工艺规程包括元器件预成型卡片、导线及线扎加工表；
④装配工艺文件包括插件工艺规程编制格式、装配工艺卡片（填写插入元器件的名称、型号及规格）、工艺说明（用来详细叙述插件操作的工艺要求）、工艺简图（表达元器件所插入的区域及位置）。

4.运作（Operation）。

本环节是完成校内产品验收和评价，将产品全面推向市场。

校内产品验收包括：①实物产品验收，主要是外观、焊点、元件的布局，运行状况，检验其产品质量和可靠性；②技术文件验收，包括硬件设计图和仿真图，程序和程序调试过程记录，硬件调试记录、研制报告和使用说明书等是否齐全，撰写是否规范等；③产品答辩，主要考察产品的工作原理、设计思路、方案选择等。

将产品推向市场，完善评价过程。

课程设计的成品就是产品，即让学生在课程设计中亲身体验到一个产品的开发全过程，学生尽快建立产品思想。

学生在完成了单片机课程设计之后，带着自己所设计的产品去面试或推向市场，能够满足用人单位或市场的要求。

最后对项目做出总体评价：①团队意识（20％）。

团队的每个成员都参与情况，师生共同参与评价；②校内产品评价（50%）。

包括实物产品、技术文件、产品答辩；③产品市场评价（30%）。

在产品与市场、学生与用人单位的互动中反馈，在市场和企业能否接受该实训产品中反馈。

湄洲湾职业技术学院应用CDIO教学模式改革单片机实训课程，在大二学生中进行，实践两年时间，学生对单片机课程学习积极性有很大提高，对单片机产品的运作过程有了亲身实践机会，锻炼了多方面的能力，非常欢迎这种学习方式。

毕业生能更快适应企业岗位，更受企业欢迎。

参考文献：
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