基于“省級卓越工程師計劃”的單片機課程實踐教學的改革

田 娟 陸 強 張西學 張春玲

泰山醫(yī)學院信息工程學院 山東泰安 271000

為貫徹落實教育部《關(guān)于實施卓越工程師教育培養(yǎng)計劃的若干意見》(教高〔2011〕1號)和《山東省高等教育內(nèi)涵提升計劃(2011-2015年)》(魯教高字〔2011〕1號)精神，引導高等學校主動服務國家戰(zhàn)略、區(qū)域經(jīng)濟社會發(fā)展和行業(yè)企業(yè)需求，調(diào)整人才培養(yǎng)結(jié)構(gòu)，改革和創(chuàng)新工程教育人才培養(yǎng)模式，不斷提高高等工程教育質(zhì)量，山東省于2013年提出“省級卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”(以下簡稱“省級卓工計劃”)?！笆〖壸抗び媱潯敝饕嫦蚬こ填惐究茖W生，著眼于提升學生的工程素養(yǎng)，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神和實踐能力，創(chuàng)新體制機制，改革人才培養(yǎng)模式，優(yōu)化人才培養(yǎng)方案，全面推進高等工程教育改革。

單片機作為嵌入式微控制器的核心部件以其體積小、價格低、功能齊全、抗干擾性高、可靠性好、易于開發(fā)擴展等獨特特點，在醫(yī)療器械、工業(yè)控制、智能儀器儀表、通信設備、家用電器、國防等領(lǐng)域有著廣泛的應用。目前國內(nèi)外的很多高等學校都開設了單片機課程。我院針對生物醫(yī)學工程、醫(yī)學影像學、電子信息科學與技術(shù)等本科專業(yè)也開設了單片機課程。

2013年，泰山醫(yī)學院共有3個本科專業(yè)納入山東省第一批“省級卓工計劃”項目名單，生物醫(yī)學工程專業(yè)位列其中。本文正是利用“省級卓工計劃”的契機，對單片機課程的實踐教學進行了改革。

1 目前單片機課程實踐教學存在的問題

目前我院的單片機課程實踐教學僅僅體現(xiàn)在學生進行一些基礎的驗證性實驗和簡單的設計性實驗，實驗環(huán)節(jié)缺少綜合性實驗和創(chuàng)新性實驗，而且實驗過程是利用啟東達愛思計算機有限公司生產(chǎn)的Dais-586H+實驗箱進行。由于實驗箱內(nèi)部硬件資源和結(jié)構(gòu)固定，學生做實驗只需用導線連接部分模塊，輸入程序即可調(diào)試觀察實驗結(jié)果。學生的學習過程只是機械地按照實驗步驟進行，缺乏對實際電路的動手操作，無法真正理解其硬件電路原理，更談不上硬件電路設計，不僅學習效果大打折扣，而且限制了學生的綜合分析能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)[1]，與“省級卓工計劃”的培養(yǎng)目標相距甚遠。因此對該課程的改革勢在必行。

2 單片機課程實踐教學改革的具體內(nèi)容

基于“省級卓工計劃”，從以下三方面對單片機課程的實踐教學進行了改革。

2.1 構(gòu)建新型的實踐教學體系

實踐教學是本科許多教學環(huán)節(jié)組成的一個重要環(huán)節(jié)鏈，是學生實踐能力和創(chuàng)新能力培養(yǎng)的主要平臺之一，是培養(yǎng)學生綜合應用與工程實踐能力的重要手段。[2]本文構(gòu)建了以“實驗環(huán)節(jié)+實訓環(huán)節(jié)+科技競賽”相結(jié)合的新型的實踐教學體系。

2.1.1 實驗環(huán)節(jié)的改革

基于“省級卓工計劃”的培養(yǎng)目標，在固定的實驗學時配置上，除了基本的驗證性實驗外，適當?shù)卦黾釉O計性實驗、綜合性實驗和創(chuàng)新性實驗的比例，具體實施辦法是采用“項目教學法”，學生可以借助于實驗箱、單片機的系統(tǒng)開發(fā)板和Proteus仿真軟件等來進行。授課教師將學生分成不同的小組，對每組給出不同的實驗項目，學生根據(jù)自己的掌握程度和興趣愛好，自由選擇適合自己的實驗項目。引進“項目教學法”，不僅提高了學生的興趣和學習主動性，鍛煉了學生分析問題和解決問題的能力，更是增強了學生的實踐動手能力和創(chuàng)新能力。[3]

2.1.2 實訓環(huán)節(jié)的改革

除去實驗環(huán)節(jié)外，新型的單片機課程實踐教學體系中增加了學生的實訓環(huán)節(jié)，具體體現(xiàn)形式是為期1～2周的課程設計，授課教師可以和企業(yè)的工程師一起輔導學生進行。首先將學生分成不同的小組，每組布置不同的課程設計任務(選題力求理論和實踐相結(jié)合，同時考慮培養(yǎng)學生解決工程實際問題和綜合應用的能力)，然后要求學生利用圖書館、網(wǎng)絡等一切可以利用的資源進行資料查詢，根據(jù)各組的課程設計任務完成系統(tǒng)設計(包括硬件設計、軟件設計、系統(tǒng)仿真及調(diào)試、實物制作和程序調(diào)試等)，最終通過實時實驗對課程設計的方案進行驗證。[4]

目前我院和浪潮集團培訓學校、中國聯(lián)合網(wǎng)絡通信有限公司泰安市分公司以及北京中軟國際教育科技有限公司等多家企業(yè)進行校企合作，使其成為我院的“實踐教學基地”。這些企業(yè)擁有先進的生產(chǎn)設備和工藝技術(shù)，真實的工程環(huán)境以及經(jīng)驗豐富的工程師。學生通過實訓環(huán)節(jié)，積極參與企業(yè)的項目開發(fā)，不僅可以了解企業(yè)從事實際產(chǎn)品開發(fā)時的流程和方法，對單片機技術(shù)的應用獲得切實的認識；更重要的是學生通過和企業(yè)工程師交流溝通，有利于建立工程意識，為將來走上工作崗位打下扎實的基礎。

2.1.3 鼓勵學生參加科技競賽

目前，國家級、省級、市級的學生科技競賽比較多，如全國大學生機械創(chuàng)新設計大賽、山東省大學生機電產(chǎn)品創(chuàng)新設計競賽、“挑戰(zhàn)杯”山東省大學生創(chuàng)業(yè)計劃競賽和泰安市大學生科技創(chuàng)新行動計劃等。基于“省級卓工計劃”的培養(yǎng)目標，授課教師在教學過程中應引導并鼓勵學生發(fā)揮自己的創(chuàng)造性思維，結(jié)合所學知識積極參加相關(guān)的科技競賽，通過競賽不僅提高學生學習單片機的興趣，開闊視野，更能提高學生綜合應用所學知識的能力，更好地培養(yǎng)學生的分析問題能力和實踐動手能力。

2.2 轉(zhuǎn)換傳統(tǒng)的師生角色

目前，我院單片機課程的實踐教學依然遵循“教師為主、學生為輔”的傳統(tǒng)模式，強調(diào)教師的主導地位，教師按照實驗指導書(不僅提供實驗步驟、程序流程圖，還會提供參考程序)給學生布置實驗任務，學生只是被動、機械的根據(jù)實驗步驟進行連線、程序裝載、運行等。這種傳統(tǒng)的師生角色不利于發(fā)揮學生的主觀積極性，更不利于學生動手能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。因此如何轉(zhuǎn)換傳統(tǒng)的師生角色是本文實踐教學改革的重點之一。

基于“省級卓工計劃”，本文構(gòu)建的新型實踐教學體系中將傳統(tǒng)的師生角色轉(zhuǎn)換為“學生為主、教師為輔”的模式。無論是實驗環(huán)節(jié)、實訓環(huán)節(jié)或者科技競賽環(huán)節(jié)，學生都是主動的項目實施者，而授課教師只是起一個輔助的作用。例如，在講述單片機的多種輸入/輸出方式時(有程序傳送方式、中斷方式和DMA方式)，會將學生分成不同的小組，對每組給出不同的實驗項目，學生根據(jù)自己的掌握程度和興趣愛好，自由選擇適合自己的實驗項目。選擇好之后，我們要求學生借助于網(wǎng)絡、圖書館等廣泛查閱資料，運用已有理論知識發(fā)揮創(chuàng)造性思維，學會從不同的角度、選用不同電路和編程方法進行項目實施。這對學生提出了更高的要求，學生在實施過程中遇到問題時，不再盲目的求助于指導教師，而是在指導教師的啟發(fā)、引導下自行處理。師生角色的轉(zhuǎn)換，不僅鍛煉了學生的分析問題和解決問題的能力，更是提高了學生的實踐動手能力和創(chuàng)新能力。

2.3 摒棄落后的實踐考核機制

目前我院的實踐考核機制非常落后，采用單一的“實驗報告”形式。學生完成實驗任務或者課程設計后交上實驗報告就算大功告成。這種考核方式無法避免抄襲現(xiàn)象，無法調(diào)動學生的積極性和主動性，不能全面、客觀、公正地反映學生的真實情況。

本文的實踐教學改革摒棄了落后的實踐考核機制，引進了“實驗報告+現(xiàn)場演示+現(xiàn)場答辯”的考核機制，其中實驗報告僅占考核成績的20%，現(xiàn)場演示和現(xiàn)場答辯各占考核成績的40%。比如在進行單片機的匯編語言程序設計時，我們現(xiàn)場給學生布置不同的任務，要求學生根據(jù)理論課上掌握的指令系統(tǒng)，借助于計算機的偉福編輯器現(xiàn)場編寫源程序，現(xiàn)場調(diào)試，運行成功后現(xiàn)場演示，授課教師在整個過程中隨機提問，學生當場回答。最終授課教師根據(jù)學生的調(diào)試結(jié)果和回答問題等情況，給出“現(xiàn)場演示和現(xiàn)場答辯”成績。實驗報告要求學生課下完成，包括實驗目的、實驗步驟、編程思路、流程圖、程序清單、實驗心得等內(nèi)容，據(jù)此給出實驗報告成績。因為每名學生的實驗任務不同，避免了學生實驗報告的抄襲現(xiàn)象。

改革后的這種考核方式弱化了實驗報告的比重，強調(diào)學生的“現(xiàn)場演示和現(xiàn)場答辯”。對于每個實驗項目，不僅要求學生會操作，更要學生明白為什么這樣操作，真正做到了“全面、公平、公正”地反映學生的實際動手能力、分析解決問題能力和創(chuàng)新能力，從而真正檢驗學生的學習情況和課程教學效果。

3 結(jié)束語

為了適應經(jīng)濟社會的快速發(fā)展，基于“省級卓工計劃”的培養(yǎng)目標，針對我院開設的單片機原理及應用課程實踐教學的現(xiàn)狀和存在的一些問題，從構(gòu)建新型的實踐教學體系、轉(zhuǎn)換傳統(tǒng)的師生角色以及摒棄落后的實踐考核機制三方面出發(fā)，對單片機課程的實踐教學進行了改革。經(jīng)過初步的嘗試，不僅激發(fā)了學生學習單片機的積極性和主動性，更重要的是培養(yǎng)了學生的實踐動手能力和創(chuàng)造性思維能力，學生多次在國家級、省級、市級的學生科技競賽中獲獎。如參加全國大學生機械創(chuàng)新設計大賽，榮獲二等獎1項；參加第十屆山東省大學生機電產(chǎn)品創(chuàng)新設計競賽，榮獲一等獎1項、二等獎2項；參加第八屆“挑戰(zhàn)杯”山東省大學生創(chuàng)業(yè)計劃競賽，榮獲二等獎1項、三等獎1項。除此之外，我院授課教師還多次鼓勵學生參加“泰安市大學生科技創(chuàng)新行動計劃”，均取得了令人可喜的成績。

[1]楊盛,陳星.“單片機應用技術(shù)”課程教學改革與實踐[J].中國電力教育,2013(2):118-119.

[2]張春燕.電氣信息類“卓越工程師”人才培養(yǎng)模式研究與實踐[J].中國電力教育,2013(5):12-13.

[3]王京港,張翠平.基于項目驅(qū)動及Proteus仿真的單片機教學改革探索[J].中國電力教育,2013(22):138-139.

[4]李春蘭,艾海提·賽買提.“單片機技術(shù)”課程實踐教學研究[J].中國電力教育,2013(23):98-98.

[5]郭兆正,尹作友,于鵬.PROTEUS在單片機案例教學中的應用[J].長春師范學院學報:自然科學版,2013,32(1):54-56.