基于卓越計(jì)劃的單片機(jī)開(kāi)發(fā)應(yīng)用能力培養(yǎng)探索*

◆陳飛 李鑫 戴梅 盧振利

作者：陳飛，常熟理工學(xué)院電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院副教授，主要從事計(jì)算機(jī)先進(jìn)控制技術(shù)與先進(jìn)檢測(cè)技術(shù)等方面的教學(xué)與研究工作；李鑫、戴梅、盧振利，常熟理工學(xué)院電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院（215500）。

1 前言

2010年，教育部基于國(guó)務(wù)院發(fā)布的《國(guó)家中長(zhǎng)期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010—2010年）》和《國(guó)家中長(zhǎng)期人才發(fā)展規(guī)劃綱要（2010—2020年）》的相關(guān)內(nèi)容，提出了卓越工程師培養(yǎng)計(jì)劃。該計(jì)劃的主要目標(biāo)是：面向工業(yè)界、面向未來(lái)、面向世界，培養(yǎng)造就一大批創(chuàng)新能力強(qiáng)、適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需要的高質(zhì)量各類型工程技術(shù)人才，為建設(shè)創(chuàng)新型國(guó)家、實(shí)現(xiàn)工業(yè)化和現(xiàn)代化奠定堅(jiān)實(shí)的人力資源基礎(chǔ)，增強(qiáng)我國(guó)的核心競(jìng)爭(zhēng)力和綜合國(guó)力[1-2]。該目標(biāo)要求未來(lái)的工程師能夠同時(shí)兼?zhèn)涔こ虅?chuàng)新和工程實(shí)踐能力。

圖1 單片機(jī)開(kāi)發(fā)能力培養(yǎng)主線

常熟理工學(xué)院是一所應(yīng)用型本科院校，是全國(guó)卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃高校和江蘇省卓越工程師培養(yǎng)試點(diǎn)單位，自動(dòng)化專業(yè)入選國(guó)家卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃試點(diǎn)專業(yè)。以學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力、工程實(shí)踐能力和職業(yè)素養(yǎng)培養(yǎng)為核心，圍繞三項(xiàng)能力“PLC編程與自動(dòng)化系統(tǒng)集成能力、單片機(jī)開(kāi)發(fā)能力和測(cè)控技術(shù)應(yīng)用能力”進(jìn)行培養(yǎng)[3]。

文章主要針對(duì)自動(dòng)化專業(yè)的單片機(jī)開(kāi)發(fā)應(yīng)用能力的培養(yǎng)進(jìn)行詳細(xì)的闡述。單片機(jī)開(kāi)發(fā)應(yīng)用能力培養(yǎng)中始終堅(jiān)持“以賽促學(xué)、創(chuàng)新集成、校企聯(lián)合”理念，采用校內(nèi)培養(yǎng)和校外培養(yǎng)相結(jié)合的方式，其能力培養(yǎng)主線如圖1所示。校內(nèi)培養(yǎng)包含了大一、大二暑期集中訓(xùn)練，第五學(xué)期開(kāi)設(shè)的單片機(jī)技術(shù)理實(shí)一體化課程學(xué)習(xí)，參加各類各級(jí)比賽（如全國(guó)大學(xué)生“飛思卡爾”杯智能汽車競(jìng)賽、全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽等），部分優(yōu)秀學(xué)生參與教師的實(shí)際項(xiàng)目。校外培養(yǎng)主要是進(jìn)入合作企業(yè)進(jìn)行實(shí)習(xí)或在企業(yè)工程師的帶領(lǐng)下完成與企業(yè)實(shí)際項(xiàng)目相關(guān)的畢業(yè)設(shè)計(jì)。

2 暑期訓(xùn)練，激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐熱情

為培養(yǎng)自動(dòng)化專業(yè)學(xué)生的綜合實(shí)踐設(shè)計(jì)能力和創(chuàng)新意識(shí)，提升學(xué)生對(duì)專業(yè)的認(rèn)識(shí)，快速適應(yīng)高校開(kāi)放式、自主學(xué)習(xí)式的教學(xué)模式，同時(shí)使實(shí)驗(yàn)室成為創(chuàng)新性人才培養(yǎng)和卓越工程師培訓(xùn)的實(shí)踐基地，學(xué)院對(duì)自動(dòng)化專業(yè)學(xué)生制訂了暑期訓(xùn)練計(jì)劃，訓(xùn)練內(nèi)容包含創(chuàng)新實(shí)踐初認(rèn)識(shí)、足球機(jī)器人、飛思卡爾智能車和51單片機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)等，詳細(xì)內(nèi)容及訓(xùn)練目標(biāo)如表1所示。通過(guò)訓(xùn)練使學(xué)生對(duì)創(chuàng)新有了了解，樹立了創(chuàng)新意識(shí)，對(duì)如何創(chuàng)新有了想法，同時(shí)為創(chuàng)新拓寬了知識(shí)面，而不僅僅局限于當(dāng)前所學(xué)課本知識(shí)。初步引入關(guān)于單片機(jī)的基礎(chǔ)知識(shí)，使學(xué)生對(duì)單片機(jī)的應(yīng)用有一初步的了解，為學(xué)生進(jìn)一步深入學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。

表1 暑假訓(xùn)練內(nèi)容

3 改革教學(xué)模式，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手能力

繼暑期訓(xùn)練后，自我學(xué)習(xí)能力強(qiáng)的學(xué)生在創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的高年級(jí)學(xué)長(zhǎng)的帶領(lǐng)下參與到各類競(jìng)賽項(xiàng)目中。以競(jìng)賽作引領(lǐng)，這部分學(xué)生如饑似渴地不斷補(bǔ)充、再學(xué)習(xí)，已具備運(yùn)用模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)、傳感器技術(shù)、單片機(jī)技術(shù)的軟硬件開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)能力。學(xué)院從學(xué)生個(gè)性發(fā)展的需要，培育更多優(yōu)秀的學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目和科技作品考慮，出臺(tái)課程學(xué)分抵修方案：在達(dá)到規(guī)定的考核標(biāo)準(zhǔn)后，可通過(guò)以創(chuàng)新訓(xùn)練成果學(xué)分認(rèn)可的方式獲得單片機(jī)技術(shù)理論與實(shí)踐課程的學(xué)分，至今已有32位學(xué)生通過(guò)這樣的方式獲得課程的學(xué)分。

單片機(jī)技術(shù)理論與實(shí)踐課程在第五學(xué)期開(kāi)設(shè)。傳統(tǒng)的單片機(jī)課程教學(xué)模式是按照“硬件結(jié)構(gòu)”“單片機(jī)的C51語(yǔ)言”“中斷”“定時(shí)器”“接口應(yīng)用”的體系授課，講解中輔以一定的實(shí)例。致使學(xué)生對(duì)課程的學(xué)習(xí)感性認(rèn)識(shí)不夠，不知道單片機(jī)到底用來(lái)做什么[4-5]。單片機(jī)技術(shù)理論與實(shí)踐是理實(shí)一體化課程，在實(shí)驗(yàn)室完成教學(xué)和實(shí)踐，實(shí)現(xiàn)邊學(xué)邊做、邊做邊學(xué)。教師對(duì)課程內(nèi)容進(jìn)行整合，將課程劃分為八個(gè)知識(shí)模塊，將理論教學(xué)融入實(shí)踐中，如表2所示。如知識(shí)模塊2“C51語(yǔ)言強(qiáng)化訓(xùn)練”并非枯燥地進(jìn)行編程語(yǔ)言教學(xué)，而是將程序設(shè)計(jì)知識(shí)融入單片機(jī)I/O口應(yīng)用（流水燈、閃爍燈、花樣廣告燈等）、數(shù)碼管控制和鍵盤操作實(shí)踐中。學(xué)習(xí)過(guò)程中目標(biāo)明確可達(dá)，且輕松有趣、形象生動(dòng)，學(xué)生學(xué)習(xí)積極性高。

4 以賽促學(xué)、服務(wù)學(xué)院，提升實(shí)踐動(dòng)手和創(chuàng)新能力

學(xué)院積極貫徹落實(shí)國(guó)家的卓越計(jì)劃，提供廣泛的開(kāi)放實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，配以優(yōu)秀的師資力量，鼓勵(lì)學(xué)生積極參與校內(nèi)、校外學(xué)科競(jìng)賽，堅(jiān)持“以賽促學(xué)”，強(qiáng)化培養(yǎng)學(xué)生的工程能力和創(chuàng)新能力。自動(dòng)化專業(yè)學(xué)生得益于入學(xué)后的暑假訓(xùn)練，使其能更好地投入到工程應(yīng)用能力鍛煉中，更早地接觸專業(yè)知識(shí)，已經(jīng)在各類大型科技競(jìng)賽中嶄露頭角，在中國(guó)機(jī)器人大賽暨RoboCup公開(kāi)賽中獲得機(jī)器人武術(shù)擂臺(tái)賽非標(biāo)準(zhǔn)平臺(tái)無(wú)差別項(xiàng)目（1V1）一等獎(jiǎng)，機(jī)器人醫(yī)療工程規(guī)定動(dòng)作賽一等獎(jiǎng)和機(jī)器人醫(yī)療工程規(guī)定動(dòng)作賽優(yōu)勝獎(jiǎng)；在全國(guó)大學(xué)生智能汽車競(jìng)賽中取得華東賽兩項(xiàng)一等獎(jiǎng)和一項(xiàng)二等獎(jiǎng)，并在總決賽中獲得全國(guó)二等獎(jiǎng)的優(yōu)異成績(jī)；在全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽取得兩項(xiàng)一等獎(jiǎng)、三項(xiàng)二等獎(jiǎng)的好成績(jī)[6]。通過(guò)參加比賽，不僅調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)積極性、主動(dòng)性，培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)意識(shí)、創(chuàng)新精神，同時(shí)促進(jìn)學(xué)生學(xué)會(huì)做人，學(xué)會(huì)溝通相處，學(xué)會(huì)團(tuán)隊(duì)合作，提升了凝聚力。

在比賽和創(chuàng)新教育實(shí)踐中涌現(xiàn)的大量較高水平的學(xué)生科技作品和成果，對(duì)學(xué)生非常有說(shuō)服力，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、自信心和主動(dòng)性。通過(guò)高年級(jí)學(xué)生對(duì)低年級(jí)學(xué)生的幫、教、帶，使他們能快速融入于創(chuàng)新實(shí)踐中，同時(shí)使創(chuàng)新教育納入正軌，形成良性循環(huán)。隨著學(xué)生單片機(jī)開(kāi)發(fā)應(yīng)用水平的提高及學(xué)校對(duì)自制實(shí)驗(yàn)設(shè)備的支持，大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)平臺(tái)指導(dǎo)教師帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行單片機(jī)實(shí)驗(yàn)箱設(shè)計(jì)和制作，從實(shí)驗(yàn)箱原理圖設(shè)計(jì)、印刷電路制作到器件選型焊接、調(diào)試，完成既能滿足實(shí)驗(yàn)要求，又能滿足課程設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)需要的通用性實(shí)驗(yàn)設(shè)備，目前已有50套投入使用中，受到學(xué)生的好評(píng)。同時(shí)學(xué)生承擔(dān)并完成了自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)設(shè)備、智能儀器實(shí)驗(yàn)室設(shè)備的改造和維修。在這一過(guò)程中，學(xué)生的單片機(jī)開(kāi)發(fā)應(yīng)用能力得到全面的培養(yǎng)和鍛煉。

表2 單片機(jī)技術(shù)理論與實(shí)踐課程知識(shí)模塊及實(shí)踐內(nèi)容

5 企業(yè)鍛煉，提升學(xué)生工程實(shí)踐能力

在卓越計(jì)劃實(shí)施過(guò)程，學(xué)校對(duì)實(shí)驗(yàn)室、實(shí)訓(xùn)基地和工程實(shí)踐中心進(jìn)行建設(shè)，引進(jìn)企業(yè)實(shí)際中所用的部分設(shè)備，力求與實(shí)際工業(yè)環(huán)境相符合，但依然在不同程度上與企業(yè)存在脫節(jié)現(xiàn)象，使得缺乏校企合作的工科畢業(yè)生不能夠馬上適應(yīng)企業(yè)的工作。校企合作將使學(xué)生有機(jī)會(huì)了解、熟悉和掌握企業(yè)最先進(jìn)的生產(chǎn)設(shè)備和制造技術(shù)，畢業(yè)后成為受到普遍歡迎的“上手快”的工程人才[7]。

學(xué)院與行業(yè)企業(yè)深度合作共建大學(xué)生校外實(shí)踐教育基地，共同設(shè)計(jì)確定工程實(shí)踐能力的規(guī)格要求，明確課程的要求和任務(wù)，在第七學(xué)期中將學(xué)生分方向派往合作企業(yè)進(jìn)行實(shí)習(xí)，接受企業(yè)工程師的培訓(xùn)，輔助工程師完成相關(guān)工作，并在企業(yè)工程師帶領(lǐng)和指導(dǎo)下完成畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)。如學(xué)生在常熟某電器股份有限公司完成冰箱壓縮機(jī)機(jī)芯組裝智能定位傳輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、基于單片機(jī)的自動(dòng)售貨機(jī)閘門機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、基于單片機(jī)的純水機(jī)控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)、基于單片機(jī)的水流即熱式PID控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)等，課題來(lái)源于產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中的一部分。這不僅強(qiáng)化了學(xué)生對(duì)單片機(jī)應(yīng)用開(kāi)發(fā)能力的培養(yǎng)，同時(shí)使學(xué)生接觸到企業(yè)的先進(jìn)生產(chǎn)設(shè)備和技術(shù)，清楚地認(rèn)識(shí)到作為研發(fā)工程師除將系統(tǒng)設(shè)計(jì)出來(lái)，同時(shí)必須時(shí)刻關(guān)注成本、生產(chǎn)工藝、用戶需求、測(cè)試環(huán)境、配套廠家工藝水平等，必須做事謹(jǐn)慎細(xì)致，考慮問(wèn)題全面。

6 結(jié)語(yǔ)

單片機(jī)技術(shù)開(kāi)發(fā)能力培養(yǎng)模式不僅應(yīng)用于自動(dòng)化專業(yè)學(xué)生的培養(yǎng)，同時(shí)覆蓋到學(xué)院各個(gè)專業(yè)學(xué)生，學(xué)生的受益面廣。通過(guò)暑期訓(xùn)練使學(xué)生拓寬知識(shí)面、基礎(chǔ)扎實(shí)，通過(guò)競(jìng)賽、服務(wù)學(xué)院、自我再學(xué)習(xí)使單片機(jī)技術(shù)開(kāi)發(fā)能力得以進(jìn)階，通過(guò)在合作企業(yè)進(jìn)行實(shí)習(xí)、完成畢業(yè)設(shè)計(jì)使自己得以全面提升。這種“入門+提高+實(shí)踐”的模式不僅受到學(xué)生、教師的歡迎，也得到企業(yè)的認(rèn)可和支持；不僅使學(xué)生各方面的能力得到鍛煉，同時(shí)實(shí)現(xiàn)學(xué)校和企業(yè)雙贏，推動(dòng)學(xué)校教學(xué)改革，擴(kuò)大社會(huì)對(duì)學(xué)校培養(yǎng)人才的認(rèn)可度，企業(yè)在付出不太多的情況下獲得適用人才?！?/p>

[1]林健.“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”通用標(biāo)準(zhǔn)研制[J].高等工程教育,2010(4):21-29.

[2]崔勇,袁海文,王秋生,等.卓越工程師培養(yǎng)目標(biāo)下的單片機(jī)教學(xué)改革探討[J].中國(guó)電力教育,2013(5):80-81.

[3]先進(jìn)自動(dòng)化與測(cè)控技術(shù)工程實(shí)踐教育中心驗(yàn)收專題網(wǎng)站[EB/OL].http://autolab.cslg.cn/yanshou/yanshoubiao2.html.

[4]陳飛,顧啟民,王偉.基于Proteus和Keil的項(xiàng)目教學(xué)法在單片機(jī)教學(xué)中的應(yīng)用[J].實(shí)驗(yàn)科學(xué)與技術(shù),2013(5):48-52.

[5]黃蓮花,李光明.應(yīng)用導(dǎo)向型教學(xué)模式在單片機(jī)課程中的實(shí)施[J].裝備制造技術(shù),2011(7):197-199.

[6]創(chuàng)新之光 再續(xù)輝煌:電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院學(xué)生暑期參加科技競(jìng)賽側(cè)記[EB/OL].http://news.cslg.cn/ReadNews.asp?NewsID=60497.

[7]林健.校企全程合作培養(yǎng)卓越工程師[J].高等工程教育研究,2012(3):7-23.