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摘 要：在进行工程教育认证的背景下，促进OBE理念在单片机原理课程教学中落地生根，打造“金课”，具有很重要的现实意义。本文分析了单片机原理课程教学效果欠佳的问题，按照OBE认证理念的要求，对课程的教学目标、教学内容、教学方式和课程评价体系进行探索。实践表明，课程改革后有效地提升了教学质量，促进了学习目标达成。
关键词：OBE模式;PBL;评价体系
中图分类号：G4 文献标识码：A doi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2021.22.060
1 单片机原理及应用教学现状
单片机原理及应用是唐山学院电气、电子专业必修的专业基础课程，也是一门综合性、实践性较强的课程，该课程在教学中存在以下问题。
1.1 教学过程以教师为中心，忽略学生
在单片机原理教学过程中，教师往往是教学的中心，由教师把控教学内容和教学进度，学生只是被动、机械的跟随教师;而且学生在学习兴趣、学习能力、学习参与度和学习基础等方面存在一定的差异。例如，单片机原理课程一般在第五或六学期开设，此时学生的基础能力差异比较大，有的学生通过各种开放的视频资源，已经自学了单片机相关知识，有的甚至参加过各类单片机相关竞赛，具有独当一面的单片机开发能力;但还有一部分学生理论知识基础基本为零、动手实践的意愿和能力都不强，也不善于将所学知识运用到实际中去。最终导致学生学习的主动性和积极性不高，还存在“跟不上、吃不饱”的两极分化问题。
1.2 教学内容以教材为主，忽略学习目标
本课程的教学内容虽然在持续改进中，但课堂教学大部分仍然以教材为中心，教材怎么讲，课堂就怎么教，学生就怎么学，仍然被理论知识和经典问题的讲解所占据，新的知识内容没有及时地补充到教学当中，并且缺乏实际工程项目的实践。造成学生死读书、读死书的思想僵化问题，影响了教学目标的实现、学生应用能力、创新创业能力的培养。
1.3 评价方式以理论考核为主，忽略持续改进
课程的评价方式和规则会直接影响学生的学习重点与方式。单片机原理现有的评价体系以期末理論考核和proteus仿真大作业为主，这种方法不仅难以衡量学生的真实学习水平，而且容易把学生的学习重点引导至背诵书本知识、突击重点例题的学习方法上，造成学生重理论、轻实践的局面，不利于提高学生的动手操作能力，从而导致程序设计和硬件设计能力培养不到位，达不到预期教学目标的情况;其次这样的评价体系也缺乏对学生学习过程的评价，学生在学习过程中取得的成果和出现的问题都得不到及时的反馈，导致教师不能及时总结课程教学过程，扬长避短、发现问题解决问题，无法做到教学过程的持续改进。
2 基于OBE理念的课程探索与实践
OBE是基于学习产出教学模式（Outcomes Based Education）的简写，一般被理解为“成果导向教育”，是一种基于学习成果或者结果为导向的教育理念。OBE教育的核心理念是“成果导向、以学生为中心、持续改进”。OBE教育的实施要点有如下5个：确定学习成果;构建课程体系;确定教学策略;自我参照评价;逐级达到顶峰。当前，OBE教育理念已在我国工程教育专业认证等多领域得以应用，为新工科推动工程教育改革起到了重要作用。
鉴于单片机原理及应用课程的教学现状，为了更好地提升课程教学质量，达成课程学习目标，教学团队依托唐山学院电气工程及其自动化省级一流专业建设和唐山学院教学项目《基于OBE的单片机原理在线教学改革与实践》，在单片机原理及应用课程建设过程中引入OBE教学理念，以学生为主体，以学习成果为导向，在课程的教学目标、教学内容、教学方式和课程评价体系多方面进行了探索和实践。
2.1 明确课程教学目标
在OBE教育理念下，单片机原理及应用的课程教学目标是由专业的毕业要求、课程体系和课程特点确定的。课程的课程教学目标需要对专业毕业要求做出贡献。
学院电气工程及其自动化专业的培养方案中，单片机原理及应用课程是一门专业核心必修课，经专业系统论证，该课程包括3学分、48学时，开设在大学第六学期。依据电气工程及其自动化专业的培养目标、对单片机相关行业岗位需求的调研和对历届毕业生的走访调研，分析作为一名单片机相关技术从业人员应该掌握的理论知识、具备的专业设计能力、使用现代工具的实验能力和工程素质，然后重新确定学生完成单片机原理学习后应该达到的知识和能力标准和对毕业要求的支撑贡献（见表1）。
根据单片机原理及应用课程的特点和对电气工程及其自动化专业毕业要求的支撑，进而明确具有指导性、可执行性和可评价的课程教学目标（见表2），从表2中可以看出课程教学目标完全覆盖了对应的毕业要求。
2.2 反向设计教学内容
课程教学内容不再以教材为中心，而是以课程教学目标为起点，将课程教学目标分解为一个个具体的教学模块目标，再把教学模块目标进一步细化为教学单元任务目标。按照教学单元目标由浅入深的、层层递进的重新组织课程教学内容。单片机原理及应用的课程教学内容由此分解为理论教学和实践教学两部分。理论教学又包括7个教学模块：计算机基础知识、单片机的结构和原理、单片机汇编语言程序设计、单片机C语言程序设计、单片机片内资源、单片机的总线与系统扩展、单片机应用系统的设计与调试。单片机片内资源又细化为4个教学单元任务：并行口、中断系统、定时计数器、串行口。实践教学包括验证性实验和综合性实验，让学生能够运用合适的实验设备和开发环境，并在加深对理论理解的基础上，提高单片机系统的分析和设计能力。
对具体的教学单元任务要结合实际案例，该教学单元的知识点是案例所覆盖的，这样打破了传统的只大篇幅讲理论而不知道应用在何处的模式，让学生通过实例的方法学习相关的理论知识并且又将学到的理论应用到具体的实例中，提高学生的学习积极性。同时以案例项目开发过程为主线进行引导，从项目的一项基本要求作为起点，不断引出新的要求，和后续教学单元任务结合完善扩展项目，使学习过程是一种由易到难、不断深入的知识与能力积累过程，使学生从解决单一的问题开始，不断分析解决更为复杂的新问题，逐步培养学生解决综合问题的能力。 2.3 调整教学实施模式
OBE教育理念要求课堂教学从灌输向对话转变、从封闭向开放转变、从讲授知识课堂向锻炼能力转变、从重学轻思向学思结合转变、从重教轻学向教主于学转变。因此，单片机原理课程组依托超星学习通网上平台，采用PBL方式，利用学科竞赛引导促进，实施多轮驱动的教学过程。通过线上与线下灵活学习相结合、分组讨论协作学习、以赛促学引导创新等多种教学实施模式，共同促进教学质量的提升和教学目标的达成。
在课前，通过学习通发布教学单元的预习提纲和导学问题，激发学生兴趣，引导学生学习方向，让学生通过自主学习、网上已有资源学习对本单元知识进行预先梳理，对先修知识进行回忆复习并带着问题进入课堂学习。在课中，要强调以学生为中心，对应案例项目流程，教师应引导学生提出问题—分析问题—解决问题;学生编程能力和硬件设计能力是通过循序渐进的“模仿、改写、编写”的方式来培养达成的，教师应该给学生进行持续的示范与指导，直至学生基本掌握为止;另外还可以让学生分组协作完成一些综合性项目训练，选择合适的项目组讲解已完成项目的成果和过程，让其他项目组讨论提问，此时教师应该引导项目组把问题逐步深入;在项目组间的讨论结束时，教师要对所讨论的问题进行点評与总结，使学生所学知识得到巩固，解决问题能力得到培养，创新精神得到引导。在课后，学生要继续完成学习通中的作业或小结测试，巩固自己所学知识和增强实践能力;同时在完成综合性项目训练的基础上，鼓励学生查阅资料，完善项目参加学科竞赛。以此激发和保持学生的学习动机，也可在竞赛中检验方案的创新型、实用性、合理性，使学生在小组的协作中使各方面能力得到进一步锻炼，促进创新创业氛围的形成。
2.4 考核评价与持续改进
学生学习的过程就是解决问题的过程，而该过程可以直接反映出学生学习的效果。因此单片机的教学效果考核评价应该更重视源于学习过程本身的评价，这有利于学生在学习过程不断获得满足感而激发学习兴趣，也能使教师在教学中及时了解学生的进步和出现的问题，督促学生进行自我调节。师生正是在这种相互交流的过程中共同进步。同时对基于学习成果的考核评价进行梳理，可以作为下一轮课程教学迭代改进的依据。单片机课程的期末考试放弃了传统的以理论笔试为主的形式，在超星学习通系统的支持下，着重考核学生的问题解决能力和实践能力。利用课前导学问题、课中学习讨论、课后作业测验等实时的过程性评价，驱动并形成课程教学的闭环反馈机制;课程考核评价最终由学生的课堂表现情况、实验成绩、作业成绩、项目训练成绩和期末成绩决定，各项成绩占比如表3所示。另外通过学生填写的课程学习调查问卷，可以更全方面的了解学生在学习主动性，分析问题解决问题能力和对教学满意度方面的变化。
3 结束语
引入OBE教学理念，对单片机原理及应用课程进行了全方位的教学改革和探索，根据毕业要求明确了成果导向的课程教学目标，反向设计了模块化、层层递进的教学内容，完善了多轮驱动的教学实施模式并注重对解决问题能力的培养，更新了注重过程的考核评价方式并以此对教学持续改进。实践证明，本文所研究的OBE教学改革在单片机原理教学中应用效果理想，与传统教学相比，激发了学生的学习兴趣，增强了学生分析、解决综合问题的能力，促进了创新创业氛围的形成，提高了学生对教学的满意度;最终有效地提升了课堂教学质量，促进了课程教学目标的达成。
参考文献
[1]张永良，霍倩倩，郭旭新，等.高职院校线上线下混合式教学改革的实施情况调查分析[J].杨凌职业技术学院学报，2018，17（4）：39-45+50.
[2]李志义，朱泓，刘志军，等.用成果导向教育理念引导高等工程教育教学改革[J].高等工程教育研究，2014，（2）：29-34+70.
[3]王丽杰，戴波.离散数学慕课建设及OBE教学实践[J].计算机教育，2019，（4）：129-132.
[4]巩建闽，马应心，萧蓓蕾，等.基于成果的教育：学习成果设计探析[J].高等工程教育研究，2016，（2）：174-179.
[5]王立舒，房俊龙.慕课与翻转课堂理念下的创新创业课程教学探索[J].教育教学论坛，2019，（40）：152-153.
[6]周春明.基于OBE理念的翻转课堂教学模式在单片机课程教学中的应用[J].计算机产品与流通，2020，（5）：195.
基金项目：2020年唐山学院教学改革研究与实践项目“基于OBE的单片机原理在线教学改革与实践”（0702013）。
作者简介：张国旭（1980—），男，硕士，唐山学院讲师，主要研究方向：嵌入式系统、单片机技术。
关键词：OBE模式;PBL;评价体系
中图分类号：G4 文献标识码：A doi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2021.22.060
1 单片机原理及应用教学现状
单片机原理及应用是唐山学院电气、电子专业必修的专业基础课程，也是一门综合性、实践性较强的课程，该课程在教学中存在以下问题。
1.1 教学过程以教师为中心，忽略学生
在单片机原理教学过程中，教师往往是教学的中心，由教师把控教学内容和教学进度，学生只是被动、机械的跟随教师;而且学生在学习兴趣、学习能力、学习参与度和学习基础等方面存在一定的差异。例如，单片机原理课程一般在第五或六学期开设，此时学生的基础能力差异比较大，有的学生通过各种开放的视频资源，已经自学了单片机相关知识，有的甚至参加过各类单片机相关竞赛，具有独当一面的单片机开发能力;但还有一部分学生理论知识基础基本为零、动手实践的意愿和能力都不强，也不善于将所学知识运用到实际中去。最终导致学生学习的主动性和积极性不高，还存在“跟不上、吃不饱”的两极分化问题。
1.2 教学内容以教材为主，忽略学习目标
本课程的教学内容虽然在持续改进中，但课堂教学大部分仍然以教材为中心，教材怎么讲，课堂就怎么教，学生就怎么学，仍然被理论知识和经典问题的讲解所占据，新的知识内容没有及时地补充到教学当中，并且缺乏实际工程项目的实践。造成学生死读书、读死书的思想僵化问题，影响了教学目标的实现、学生应用能力、创新创业能力的培养。
1.3 评价方式以理论考核为主，忽略持续改进
课程的评价方式和规则会直接影响学生的学习重点与方式。单片机原理现有的评价体系以期末理論考核和proteus仿真大作业为主，这种方法不仅难以衡量学生的真实学习水平，而且容易把学生的学习重点引导至背诵书本知识、突击重点例题的学习方法上，造成学生重理论、轻实践的局面，不利于提高学生的动手操作能力，从而导致程序设计和硬件设计能力培养不到位，达不到预期教学目标的情况;其次这样的评价体系也缺乏对学生学习过程的评价，学生在学习过程中取得的成果和出现的问题都得不到及时的反馈，导致教师不能及时总结课程教学过程，扬长避短、发现问题解决问题，无法做到教学过程的持续改进。
2 基于OBE理念的课程探索与实践
OBE是基于学习产出教学模式（Outcomes Based Education）的简写，一般被理解为“成果导向教育”，是一种基于学习成果或者结果为导向的教育理念。OBE教育的核心理念是“成果导向、以学生为中心、持续改进”。OBE教育的实施要点有如下5个：确定学习成果;构建课程体系;确定教学策略;自我参照评价;逐级达到顶峰。当前，OBE教育理念已在我国工程教育专业认证等多领域得以应用，为新工科推动工程教育改革起到了重要作用。
鉴于单片机原理及应用课程的教学现状，为了更好地提升课程教学质量，达成课程学习目标，教学团队依托唐山学院电气工程及其自动化省级一流专业建设和唐山学院教学项目《基于OBE的单片机原理在线教学改革与实践》，在单片机原理及应用课程建设过程中引入OBE教学理念，以学生为主体，以学习成果为导向，在课程的教学目标、教学内容、教学方式和课程评价体系多方面进行了探索和实践。
2.1 明确课程教学目标
在OBE教育理念下，单片机原理及应用的课程教学目标是由专业的毕业要求、课程体系和课程特点确定的。课程的课程教学目标需要对专业毕业要求做出贡献。
学院电气工程及其自动化专业的培养方案中，单片机原理及应用课程是一门专业核心必修课，经专业系统论证，该课程包括3学分、48学时，开设在大学第六学期。依据电气工程及其自动化专业的培养目标、对单片机相关行业岗位需求的调研和对历届毕业生的走访调研，分析作为一名单片机相关技术从业人员应该掌握的理论知识、具备的专业设计能力、使用现代工具的实验能力和工程素质，然后重新确定学生完成单片机原理学习后应该达到的知识和能力标准和对毕业要求的支撑贡献（见表1）。
根据单片机原理及应用课程的特点和对电气工程及其自动化专业毕业要求的支撑，进而明确具有指导性、可执行性和可评价的课程教学目标（见表2），从表2中可以看出课程教学目标完全覆盖了对应的毕业要求。
2.2 反向设计教学内容
课程教学内容不再以教材为中心，而是以课程教学目标为起点，将课程教学目标分解为一个个具体的教学模块目标，再把教学模块目标进一步细化为教学单元任务目标。按照教学单元目标由浅入深的、层层递进的重新组织课程教学内容。单片机原理及应用的课程教学内容由此分解为理论教学和实践教学两部分。理论教学又包括7个教学模块：计算机基础知识、单片机的结构和原理、单片机汇编语言程序设计、单片机C语言程序设计、单片机片内资源、单片机的总线与系统扩展、单片机应用系统的设计与调试。单片机片内资源又细化为4个教学单元任务：并行口、中断系统、定时计数器、串行口。实践教学包括验证性实验和综合性实验，让学生能够运用合适的实验设备和开发环境，并在加深对理论理解的基础上，提高单片机系统的分析和设计能力。
对具体的教学单元任务要结合实际案例，该教学单元的知识点是案例所覆盖的，这样打破了传统的只大篇幅讲理论而不知道应用在何处的模式，让学生通过实例的方法学习相关的理论知识并且又将学到的理论应用到具体的实例中，提高学生的学习积极性。同时以案例项目开发过程为主线进行引导，从项目的一项基本要求作为起点，不断引出新的要求，和后续教学单元任务结合完善扩展项目，使学习过程是一种由易到难、不断深入的知识与能力积累过程，使学生从解决单一的问题开始，不断分析解决更为复杂的新问题，逐步培养学生解决综合问题的能力。 2.3 调整教学实施模式
OBE教育理念要求课堂教学从灌输向对话转变、从封闭向开放转变、从讲授知识课堂向锻炼能力转变、从重学轻思向学思结合转变、从重教轻学向教主于学转变。因此，单片机原理课程组依托超星学习通网上平台，采用PBL方式，利用学科竞赛引导促进，实施多轮驱动的教学过程。通过线上与线下灵活学习相结合、分组讨论协作学习、以赛促学引导创新等多种教学实施模式，共同促进教学质量的提升和教学目标的达成。
在课前，通过学习通发布教学单元的预习提纲和导学问题，激发学生兴趣，引导学生学习方向，让学生通过自主学习、网上已有资源学习对本单元知识进行预先梳理，对先修知识进行回忆复习并带着问题进入课堂学习。在课中，要强调以学生为中心，对应案例项目流程，教师应引导学生提出问题—分析问题—解决问题;学生编程能力和硬件设计能力是通过循序渐进的“模仿、改写、编写”的方式来培养达成的，教师应该给学生进行持续的示范与指导，直至学生基本掌握为止;另外还可以让学生分组协作完成一些综合性项目训练，选择合适的项目组讲解已完成项目的成果和过程，让其他项目组讨论提问，此时教师应该引导项目组把问题逐步深入;在项目组间的讨论结束时，教师要对所讨论的问题进行点評与总结，使学生所学知识得到巩固，解决问题能力得到培养，创新精神得到引导。在课后，学生要继续完成学习通中的作业或小结测试，巩固自己所学知识和增强实践能力;同时在完成综合性项目训练的基础上，鼓励学生查阅资料，完善项目参加学科竞赛。以此激发和保持学生的学习动机，也可在竞赛中检验方案的创新型、实用性、合理性，使学生在小组的协作中使各方面能力得到进一步锻炼，促进创新创业氛围的形成。
2.4 考核评价与持续改进
学生学习的过程就是解决问题的过程，而该过程可以直接反映出学生学习的效果。因此单片机的教学效果考核评价应该更重视源于学习过程本身的评价，这有利于学生在学习过程不断获得满足感而激发学习兴趣，也能使教师在教学中及时了解学生的进步和出现的问题，督促学生进行自我调节。师生正是在这种相互交流的过程中共同进步。同时对基于学习成果的考核评价进行梳理，可以作为下一轮课程教学迭代改进的依据。单片机课程的期末考试放弃了传统的以理论笔试为主的形式，在超星学习通系统的支持下，着重考核学生的问题解决能力和实践能力。利用课前导学问题、课中学习讨论、课后作业测验等实时的过程性评价，驱动并形成课程教学的闭环反馈机制;课程考核评价最终由学生的课堂表现情况、实验成绩、作业成绩、项目训练成绩和期末成绩决定，各项成绩占比如表3所示。另外通过学生填写的课程学习调查问卷，可以更全方面的了解学生在学习主动性，分析问题解决问题能力和对教学满意度方面的变化。
3 结束语
引入OBE教学理念，对单片机原理及应用课程进行了全方位的教学改革和探索，根据毕业要求明确了成果导向的课程教学目标，反向设计了模块化、层层递进的教学内容，完善了多轮驱动的教学实施模式并注重对解决问题能力的培养，更新了注重过程的考核评价方式并以此对教学持续改进。实践证明，本文所研究的OBE教学改革在单片机原理教学中应用效果理想，与传统教学相比，激发了学生的学习兴趣，增强了学生分析、解决综合问题的能力，促进了创新创业氛围的形成，提高了学生对教学的满意度;最终有效地提升了课堂教学质量，促进了课程教学目标的达成。
参考文献
[1]张永良，霍倩倩，郭旭新，等.高职院校线上线下混合式教学改革的实施情况调查分析[J].杨凌职业技术学院学报，2018，17（4）：39-45+50.
[2]李志义，朱泓，刘志军，等.用成果导向教育理念引导高等工程教育教学改革[J].高等工程教育研究，2014，（2）：29-34+70.
[3]王丽杰，戴波.离散数学慕课建设及OBE教学实践[J].计算机教育，2019，（4）：129-132.
[4]巩建闽，马应心，萧蓓蕾，等.基于成果的教育：学习成果设计探析[J].高等工程教育研究，2016，（2）：174-179.
[5]王立舒，房俊龙.慕课与翻转课堂理念下的创新创业课程教学探索[J].教育教学论坛，2019，（40）：152-153.
[6]周春明.基于OBE理念的翻转课堂教学模式在单片机课程教学中的应用[J].计算机产品与流通，2020，（5）：195.
基金项目：2020年唐山学院教学改革研究与实践项目“基于OBE的单片机原理在线教学改革与实践”（0702013）。
作者简介：张国旭（1980—），男，硕士，唐山学院讲师，主要研究方向：嵌入式系统、单片机技术。