OBE理念下《单片机原理及应用》课程教学探索与实践

在全国工科专业都在推行工程教育认证的大背景下，OBE 教育理念备受重视与认可，该理念关注“毕业生素质和职业能力”，培养行业认可的人才。全国工程教育专业认证强调“产出导向”，要求课程教学与行业需求对接，培养学生解决复杂工程问题的能力。单片机技术作为嵌入式系统的核心，其课程实践性直接影响学生硬件设计能力和工程素养，亟需改革传统实践教学的组织模式[1]。

1. 课程教学现状与问题分析

单片机无处不在，被应用到生产生活的各个领域，国内很多工科专业都开设了《单片机原理及应用》这门课程，以培养本科生的实践能力和创新思维[2-3]。但课程教学尚存在以下几方面的问题：目标定位模糊、实践环节薄弱、评价方式单一三大核心问题，制约了学生工程实践能力与创新思维的培养[4]。

（1）核心问题

目标定位模糊：机械类专业学生的单片机教学目标侧重知识点传授（如8051 系列结构、指令系统），未对接行业能力需求（如嵌入式系统开发、硬件调试）。

实践环节薄弱：机械类专业单片机原理开设计的实验多为验证性（如 LED 流水灯、按键扫描），缺乏综合性项目训练，学生“只会仿做、不会设计”。

评价方式单一：单片机原理及应用课程学生基本不参与基于单片机的系统开发实践全过程，很难消化吸收知识点，只是为应付考试而学习，导致学生缺乏工程实践能力和创新意识，不利于培养行业需要的复合应用型高质量人才[5-6]，课程考核期末笔试占比 60% ，忽视过程能力（如电路设计、代码调试）。

（2）学生能力短板

教学组对某高校机械类学生单片机课程的系统设计、程序调试等能力进行了统计，学生的系统设计能力不足率达到68%，表现为无法独立完成硬件选型；程序调试能力不足比例达到 72% ，通常依赖教师解决报错问题。且有高达85%的学生工程文档撰写能力严重不足，撰写的文档逻辑混乱，缺乏数据分析。

2. OBE 导向的改革对策与实施案例

针对《单片机原理及应用》课程教学现状，采用常规的教学方式，难以提高学生的单片机实践能力。采用反向设计方法，即结合单片机课程大纲课程目标要求，教学组采用项目驱动、成果导向的教学思路，应用“课堂教学 + 课后实践”的教学形式、将各知识点融合进一个综合项目里，让知识点不再死板、枯燥，秉承“基础知识掌握，开发能力培养”的原则开展教学，培养学生创新实践能力。

2.1 反向设计课程目标对接毕业要求指标点：如图1 所示

根据课程目标其中需具体达成的学习成果（CLOS）为：

- CLO1：能根据需求设计单片机最小系统及扩展电路（原理图+PCB）；

CLO2：采用汇编或者C 语言实现多模块协同控制（定时器+中断+串口）；

- CLO3：5 人小组完成1 项完整项目开发并输出工程文档。

2.2 项目驱动式内容重构

教学组基于32 学时课程重新梳理、整合了课程教学内容，将所有课程内容知识点融进项目里，课程的知识点分为“基础+综合+创新”三个层级，整个知识点通过三个项目来进行实现，具体详见表1。

项目驱动教学模式以实际项目为载体，学生通过完成项目来掌握知识和技能，培养实践能力和团队协作精神。下面以项目“蓝牙家居控制器项目”为例，说明该模式在《单片机原理与应用》课程中应用的具体实施流程：

（1） 需求分析 ；（2） 硬件选型（主控STM32F103+温湿度传感器+继电器模块）

（3）电路设计（立创EDA 绘制原理图） ；（4）软件分层开发（驱动层/逻辑层/通（5）手机APP 联调 ；（6）压力测试与故障排查 。

在单片机课程中，通过项目驱动教学可以让学生将理论知识应用于实际项目，增强学习趣味性和实用性。

2.3 多元化过程评价体系

在项目驱动的课程教学模式中，教学组采用了多元化的过程评价体系，评价体系由项目过程、项目成果及知识应用三个维度，各个维度与权重详述如下：

评价维度与权重：

■ 项目过程（40%）

├─方案设计报告 （10%） ）

├─每周进度答辩 （15%）

└─组员互评贡献度 （15%）

■ 项目成果 （50%） ）

├─系统功能实现（20%）

├─代码质量（Git 提交记录） （15%） ─工程文档（15%）

■ 知识应用 （10%） ：期末机考（Proteus 仿真设计）

3. 改革实施效果分析

教学组将 2022 级机械类本科生分为两组，一组为改革班，一组为传统班，改革班实施项目驱动教学模式。

3.1 量化数据对比

3.2 能力达成度分析

CLO1 达成度 =Σ （硬件设计得分）/满分数 ×100%=92.3% CLO2 达成度 （模块功能实现）/总功能数 ×100%=87.6% CLO3 达成度 = 企业导师评分 ×40%+ 教师评分 ⋅×60%=85.1%

3.3 学生能力拓展成果

专利产出：1 项实用新型专利《基于单片机的节能窗控制系统》企业反馈：实习学生调试效率提升约 40% （合作企业调研数据）

4 结论

论文基于 OBE 理念，对《单片机原理与应用》课程教学进行探索，以《单片机原理与应用》教学的最终成果为基础，对课程的教学内容及知识和能力进行反向设计，以项目驱动教学模式，能够使学生清晰地了解学习本课程后将要达到的终学习成果。OBE 理念驱动下的项目化教学显著提升了学生的工程实践能力与创新思维。

参考文献

[1]郑方燕，石良宇，杨继森等. 基于 OBE 理念的“单片机原理及应用”课程教学改革[J].老教学改革，2025，14（06）：149-152.

[2] 王冠等. OBE-项目驱动在嵌入式课程的应用[J]. 实验室研究与探索， 2021，40（05）：189-193.

[3]李志义.成果导向的教学设计[J].中国大学教学， 2015（03）：76-80.

[4]陈新民.应用型本科的课程改革：培养目标、课程体系与教学方法[J].中国大学教学，2021（07）：27-30.

[5]胡双喜，李芳.基于逆向工程的创新设计与制造综合实验教学[J].实验科学与技术，2023，21（01）：72-75.

[6]张敏，文福安，刘俊波. 高质量虚拟仿真实验教学课程内涵和特征［J］. 实验技术与管理，2022，39（03）：