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【摘 要】针对目前高校汽车单片机课程设计教学中存在的问题，以CDIO教育理念为指导方向，以工程项目为主线，构建汽车单片机课程设计改革与实践方案，有效地培养了学生的自主学习能力、信息分析综合能力、创新意识、动手能力、表达能力和团队合作精神。
【关键词】汽车单片机 课程设计 CDIO
【中图分类号】G 【文献标识码】A
【文章编号】0450-9889（2015）12C-0067-02
近年来，随着国际工程教育改革的不断深入，CDIO工程教育模式应运而生。其中，C（Conceive）构思，主要包括商业计划、发展理论、技术程序制订和市场需求分析，企业战略及规则制度建立;D（Design）设计，主要包括工程进度及实施方案设计制订等;I（Implement）实现，主要指将设计方案转化为产品成果的过程，包括设计方案的确认、程序编码、样品测试及成品制造;O（Operate）运作，主要指对系统进行改进、修订和淘汰，对产品前期程序进行评估的过程。CDIO工程教育模式的核心理念来源于工程产品系统的生命周期，其核心思想是强调学生掌握扎实的工程基础理论及专业知识，在此基础上将教育过程运用到工程实践的具体领域中，整个人才培养过程注重团队协作和创新能力训练，为培养新一代高水平、高素质的工程师打下扎实的基础。
根据桂林航天工业学院汽车服务工程专业和车辆工程专业课程特点和人才培养方向，并结合用人单位人才需求标准，融合CDIO课程教学大纲，借鉴CDIO检验测评标准，对教学大纲进行整合，设计出更具实践性、合理性、针对性的汽车单片机课程设计项目，将所要学习的知识巧妙地隐含在项目任务之中，引导学生边学边做，独立或协作完成相应的项目学习任务。项目通过1年的研究和实践，逐步形成一套切实可行的有利于学生工程实践能力提高的人才培养模式。
一、传统的汽车单片机课程设计中存在的问题
汽车单片机课程设计是汽车服务工程专业的一门独立专业实践课。从学科性质上看，它是一门专业理论和专业技能结合的综合实践课程;其任务是使学生获得就业前必备的综合专业技能，为学生走上工作岗位打下良好的专业基础。传统的汽车单片机课程设计采用的是在现成的PCB电路板上完成元器件焊接组装调试等任务，这种模式存在以下问题：
（一）课程设计题目选择缺少针对性
交通灯控制电路，抢答器控制电路，电子钟控制电路等传统的单片机题目，对汽车专业的学生来讲针对性不强，没有将单片机技术与汽车电子控制技术有机结合起来，不利于学生对课本上控制原理的理解与掌握，没有达到“学以致用”的目的。
（二）课程设计教学模式缺少创新性
由于学生没有参与电路板的设计，而是在PCB电路板上直接焊接组装成套器件，这种机械式的实践模式，不利于学生对汽车电子控制产品设计和创新能力的培养，不利于今后从事产品的开发和技术革新，没有达到“融会贯通”的目的。
（三）课程设计能力培养缺少全面性
由于缺少PCB电路板设计制作环节，学生无法从源头了解掌握现代电子产品设计制造技术，并且对所焊接出的电路板进行调试与故障分析时，往往都会束手无策，完全依赖老师，这样不利于培养学生分析和解决问题的能力，没有达到“追本溯源”的目的。
二、基于CDIO理念的课程设计改革与实践
综上所析，传统的汽车单片机课程设计的培养模式不能有效提高学生设计、创新以及分析解决问题的能力，因此基于CDIO理念，以项目的“C构思-D设计-I实现-O运行”的全生命周期为导向，如图1所示方案对汽车单片机课程设计进行改革与实践。
图1 汽车单片机课程设计改革与实践方案
（一）培养学生构思能力
在题目的选择上具有涵盖性，面向汽车电子控制系统多方面的单片机应用，学生能够完成整个知识体系的学习;具有完整性，每一个项目都是一个完整的单片机最小应用系统的设计开发，学生能够通过该项目的学习，实现理论与实践相结合;具有设计性，能让学生举一反三，以达到某一控制功能为目标，采用不同的设计方法;具有创新性，根据题目要求利用课本所学知识自由发挥;具有趣味性，贴近实际，能够调动学生对汽车电子控制相关知识的学习兴趣，使学生主动完成知识的学习。根据以上原则，确定出课程设计题目如表1所示。课程设计开始之前，提前一个月公布课程设计题目，通过适当的安排和组织，学生可根据题目组成5-6人的团队，并且给各团队充分的自由，让团队成员集思广益，提出题目构成想法，并可参考指导老师的建议共同完善。由于构思时间充分，团队成员群策群力，最后在课程设计开始时可得到最佳的项目方案。
表1 汽车单片机课程设计题目
编号 题目名称
1 汽车车窗控制电路设计
2 汽车车灯控制电路设计
3 汽车发动机点火模型控制电路设计
4 汽车发动机喷油模型控制电路设计
5 汽车发动机转速测量电路设计
6 汽车冷却液温度测量电路设计
（二）培养学生设计能力
在确定题目方案后，就要根据题目对相应控制电路进行具体设计。首先利用 Proteus 和 Keil 两款软件的联调来完成控制电路的仿真设计，虽然能看到虚拟仿真的运行结果，但是仿真环境过于理想化，许多电路设计出现的实际问题在仿真中是遇不到的，理想仿真结果与产品实际的运行结果之间存在很大偏差。为了有效避免仿真设计的缺陷，利用实验室的单片机开发板实现硬件电路的设计与调试，这样大大提高了设计效率。
（三）培养学生实现能力
所设计的电路在仿真软件及硬件开发板运行通过后，在PROTEL软件上绘制控制电路原理图并生成相应的PCB文件图打印出来，利用制板机将PCB图转印在铜板上，使用盐酸和双氧水等腐蚀剂对铜板进行腐蚀，利用钻孔机对电路板打孔，并将事先准备好的元器件手工焊接在电路板上。这一环节使学生能够正确识别和使用元器件，掌握了手工制板并进行相应电气连接，按照电路功能模块进行调试，能够有效分析和排除相应故障，最终实现题目相应功能。
（四）培养学生运作能力
在完成题目要求的设计任务后，也要做好软硬件实物的展示工作，课题项目负责人作为主讲人，团队成员协助课题演示，对题目的设计方案、研究思路、关键技术、工作原理、研究成果、存在的问题等内容等进行公开汇报，在此过程中，指导老师及其他同学可以不时提问，这样互动问答可以巩固学生对相关知识的理解和综合运用能力。
三、课程设计改革的实施效果
对汽车单片机课程设计改革方案我们实施了一年，新方案得到我院2012级汽车服务工程本科专业学生的支持和欢迎，取得了很好的教学效果。
激发了学生的学习兴趣，他们主动参与热情非常高，在整个课程设计期间实验室使用率非常高，学生考勤率很好，特别是当其作品通过验收后，学生充满成就感，图2为汽车车灯控制电路实物作品。
在本课程设计要求学生利用单片机完成与汽车电子控制技术相关实用电路的设计，通过在Proteus软件及实验开发板上进行试做调试成功后，再进行印制电路的设计制作并完成产品的装配、调试、检测，从中对学生进行产品设计、制作、工艺等方面的一系列综合训练。
图2 汽车车灯控制电路实物作品
【参考文献】
[1]朱向庆，胡均万，增辉，等.工程教育模式的微型项目驱动教学法研究[J].实验技术与管理，2012，29（11）
[2]曹海平，管图华.基于CDIO理念的电工电子实训教学改革与实践[J].实验室研究与探索，2013，32（1）
【基金项目】2015年度广西教育厅教改B类项目（2015JGB436）;2014年度广西高等教育教学改革工程项目（2014JGZ152）;2014年度广西壮族自治区教育厅立项项目（LX2014466）;2013年度桂林航天工业学院校级教学改革研究项目（2013JB11）
【作者简介】张瑞宾，男，陕西咸阳人，桂林航天工业学院汽车与交通工程学院讲师，工学硕士，研究方向：汽车电子产品设计，汽车电子控制技术，微电子封装可靠性，特种加工技术与设备。
（责编 丁 梦）
【关键词】汽车单片机 课程设计 CDIO
【中图分类号】G 【文献标识码】A
【文章编号】0450-9889（2015）12C-0067-02
近年来，随着国际工程教育改革的不断深入，CDIO工程教育模式应运而生。其中，C（Conceive）构思，主要包括商业计划、发展理论、技术程序制订和市场需求分析，企业战略及规则制度建立;D（Design）设计，主要包括工程进度及实施方案设计制订等;I（Implement）实现，主要指将设计方案转化为产品成果的过程，包括设计方案的确认、程序编码、样品测试及成品制造;O（Operate）运作，主要指对系统进行改进、修订和淘汰，对产品前期程序进行评估的过程。CDIO工程教育模式的核心理念来源于工程产品系统的生命周期，其核心思想是强调学生掌握扎实的工程基础理论及专业知识，在此基础上将教育过程运用到工程实践的具体领域中，整个人才培养过程注重团队协作和创新能力训练，为培养新一代高水平、高素质的工程师打下扎实的基础。
根据桂林航天工业学院汽车服务工程专业和车辆工程专业课程特点和人才培养方向，并结合用人单位人才需求标准，融合CDIO课程教学大纲，借鉴CDIO检验测评标准，对教学大纲进行整合，设计出更具实践性、合理性、针对性的汽车单片机课程设计项目，将所要学习的知识巧妙地隐含在项目任务之中，引导学生边学边做，独立或协作完成相应的项目学习任务。项目通过1年的研究和实践，逐步形成一套切实可行的有利于学生工程实践能力提高的人才培养模式。
一、传统的汽车单片机课程设计中存在的问题
汽车单片机课程设计是汽车服务工程专业的一门独立专业实践课。从学科性质上看，它是一门专业理论和专业技能结合的综合实践课程;其任务是使学生获得就业前必备的综合专业技能，为学生走上工作岗位打下良好的专业基础。传统的汽车单片机课程设计采用的是在现成的PCB电路板上完成元器件焊接组装调试等任务，这种模式存在以下问题：
（一）课程设计题目选择缺少针对性
交通灯控制电路，抢答器控制电路，电子钟控制电路等传统的单片机题目，对汽车专业的学生来讲针对性不强，没有将单片机技术与汽车电子控制技术有机结合起来，不利于学生对课本上控制原理的理解与掌握，没有达到“学以致用”的目的。
（二）课程设计教学模式缺少创新性
由于学生没有参与电路板的设计，而是在PCB电路板上直接焊接组装成套器件，这种机械式的实践模式，不利于学生对汽车电子控制产品设计和创新能力的培养，不利于今后从事产品的开发和技术革新，没有达到“融会贯通”的目的。
（三）课程设计能力培养缺少全面性
由于缺少PCB电路板设计制作环节，学生无法从源头了解掌握现代电子产品设计制造技术，并且对所焊接出的电路板进行调试与故障分析时，往往都会束手无策，完全依赖老师，这样不利于培养学生分析和解决问题的能力，没有达到“追本溯源”的目的。
二、基于CDIO理念的课程设计改革与实践
综上所析，传统的汽车单片机课程设计的培养模式不能有效提高学生设计、创新以及分析解决问题的能力，因此基于CDIO理念，以项目的“C构思-D设计-I实现-O运行”的全生命周期为导向，如图1所示方案对汽车单片机课程设计进行改革与实践。
图1 汽车单片机课程设计改革与实践方案
（一）培养学生构思能力
在题目的选择上具有涵盖性，面向汽车电子控制系统多方面的单片机应用，学生能够完成整个知识体系的学习;具有完整性，每一个项目都是一个完整的单片机最小应用系统的设计开发，学生能够通过该项目的学习，实现理论与实践相结合;具有设计性，能让学生举一反三，以达到某一控制功能为目标，采用不同的设计方法;具有创新性，根据题目要求利用课本所学知识自由发挥;具有趣味性，贴近实际，能够调动学生对汽车电子控制相关知识的学习兴趣，使学生主动完成知识的学习。根据以上原则，确定出课程设计题目如表1所示。课程设计开始之前，提前一个月公布课程设计题目，通过适当的安排和组织，学生可根据题目组成5-6人的团队，并且给各团队充分的自由，让团队成员集思广益，提出题目构成想法，并可参考指导老师的建议共同完善。由于构思时间充分，团队成员群策群力，最后在课程设计开始时可得到最佳的项目方案。
表1 汽车单片机课程设计题目
编号 题目名称
1 汽车车窗控制电路设计
2 汽车车灯控制电路设计
3 汽车发动机点火模型控制电路设计
4 汽车发动机喷油模型控制电路设计
5 汽车发动机转速测量电路设计
6 汽车冷却液温度测量电路设计
（二）培养学生设计能力
在确定题目方案后，就要根据题目对相应控制电路进行具体设计。首先利用 Proteus 和 Keil 两款软件的联调来完成控制电路的仿真设计，虽然能看到虚拟仿真的运行结果，但是仿真环境过于理想化，许多电路设计出现的实际问题在仿真中是遇不到的，理想仿真结果与产品实际的运行结果之间存在很大偏差。为了有效避免仿真设计的缺陷，利用实验室的单片机开发板实现硬件电路的设计与调试，这样大大提高了设计效率。
（三）培养学生实现能力
所设计的电路在仿真软件及硬件开发板运行通过后，在PROTEL软件上绘制控制电路原理图并生成相应的PCB文件图打印出来，利用制板机将PCB图转印在铜板上，使用盐酸和双氧水等腐蚀剂对铜板进行腐蚀，利用钻孔机对电路板打孔，并将事先准备好的元器件手工焊接在电路板上。这一环节使学生能够正确识别和使用元器件，掌握了手工制板并进行相应电气连接，按照电路功能模块进行调试，能够有效分析和排除相应故障，最终实现题目相应功能。
（四）培养学生运作能力
在完成题目要求的设计任务后，也要做好软硬件实物的展示工作，课题项目负责人作为主讲人，团队成员协助课题演示，对题目的设计方案、研究思路、关键技术、工作原理、研究成果、存在的问题等内容等进行公开汇报，在此过程中，指导老师及其他同学可以不时提问，这样互动问答可以巩固学生对相关知识的理解和综合运用能力。
三、课程设计改革的实施效果
对汽车单片机课程设计改革方案我们实施了一年，新方案得到我院2012级汽车服务工程本科专业学生的支持和欢迎，取得了很好的教学效果。
激发了学生的学习兴趣，他们主动参与热情非常高，在整个课程设计期间实验室使用率非常高，学生考勤率很好，特别是当其作品通过验收后，学生充满成就感，图2为汽车车灯控制电路实物作品。
在本课程设计要求学生利用单片机完成与汽车电子控制技术相关实用电路的设计，通过在Proteus软件及实验开发板上进行试做调试成功后，再进行印制电路的设计制作并完成产品的装配、调试、检测，从中对学生进行产品设计、制作、工艺等方面的一系列综合训练。
图2 汽车车灯控制电路实物作品
【参考文献】
[1]朱向庆，胡均万，增辉，等.工程教育模式的微型项目驱动教学法研究[J].实验技术与管理，2012，29（11）
[2]曹海平，管图华.基于CDIO理念的电工电子实训教学改革与实践[J].实验室研究与探索，2013，32（1）
【基金项目】2015年度广西教育厅教改B类项目（2015JGB436）;2014年度广西高等教育教学改革工程项目（2014JGZ152）;2014年度广西壮族自治区教育厅立项项目（LX2014466）;2013年度桂林航天工业学院校级教学改革研究项目（2013JB11）
【作者简介】张瑞宾，男，陕西咸阳人，桂林航天工业学院汽车与交通工程学院讲师，工学硕士，研究方向：汽车电子产品设计，汽车电子控制技术，微电子封装可靠性，特种加工技术与设备。
（责编 丁 梦）