單片機原理及應(yīng)用課程工程教學(xué)方式改革

張巧杰　楊秀媛

摘要：首先分析單片機原理及應(yīng)用課程教學(xué)改革的必要，列舉出工程式教學(xué)改革的優(yōu)點，提出工程式教學(xué)改革應(yīng)從課程體系改革、教學(xué)內(nèi)容改革、教學(xué)模式改革、教學(xué)方法和手段改革、評價與考核方式等五方面入手，討論了工程教學(xué)改革過程中存在的問題，最后總結(jié)了課程改革的經(jīng)驗。

關(guān)鍵詞：單片機；工程教學(xué)改革；課程改革

中圖分類號：TM615 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）10-0093-02

一、單片機原理及應(yīng)用課程教學(xué)改革的必要性

電氣工程及其自動化專業(yè)以工程教育為主線，課程教學(xué)與實踐教學(xué)體系的設(shè)置充分考慮培養(yǎng)學(xué)生的工程實踐能力和開拓創(chuàng)新能力。以工業(yè)電氣自動化為專業(yè)方向，以新能源及節(jié)能技術(shù)應(yīng)用為專業(yè)特色，將新能源及節(jié)能技術(shù)和電氣控制技術(shù)結(jié)合，注重在工程技術(shù)方面的實踐技能和動手能力的培養(yǎng)。單片機原理及應(yīng)用是電氣工程及其自動化專業(yè)的一門重要專業(yè)基礎(chǔ)課、必修課、核心課，教學(xué)上以單片機結(jié)構(gòu)及應(yīng)用設(shè)計為主，要求學(xué)生在理解單片機原理和結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，掌握常用電氣設(shè)備接口控制線路原理及微機控制技術(shù)，為后續(xù)課程設(shè)計、學(xué)科競賽、專業(yè)實習(xí)、畢業(yè)設(shè)計等環(huán)節(jié)做準(zhǔn)備，也為以后從事電氣系統(tǒng)微機控制技術(shù)打基礎(chǔ)。單片機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)抽象、指令繁多、獨立編寫程序難度指數(shù)較高，令初學(xué)的學(xué)生望而生畏，嚴重挫傷其學(xué)習(xí)積極性和自覺性。為了解決這些問題，各高校紛紛進行教學(xué)改革。經(jīng)過調(diào)研，高校卓越工程班紛紛推行工程式教學(xué)，單片機教學(xué)都由傳統(tǒng)式教學(xué)轉(zhuǎn)變?yōu)榘咐浇虒W(xué)、工程式教學(xué)模式，將單片機理論與實際應(yīng)用相結(jié)合、教學(xué)與工程實踐相結(jié)合、書本知識與操作技能相結(jié)合，不斷啟發(fā)學(xué)生思考、理解工程案例的信息，培養(yǎng)學(xué)生勤于思考、獨立思考，鍛煉其動手能力，為PLC、DSP等微處理器課程學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)，也為微控制器類課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計等實踐環(huán)節(jié)培養(yǎng)了動手操作技能；同時，工程式教學(xué)能夠彰顯辦學(xué)特色，夯實基礎(chǔ)理論，拓展知識面，培養(yǎng)實踐動手能力強、具有創(chuàng)新意識的應(yīng)用型高級專業(yè)人才，完全符合應(yīng)用技術(shù)型大學(xué)的培養(yǎng)目標(biāo)。

二、單片機原理及應(yīng)用課程教學(xué)改革的內(nèi)容

1.課程體系改革。打破傳統(tǒng)課程體系設(shè)置。根據(jù)工程教育改革思路，構(gòu)建基本理論與實踐內(nèi)容相結(jié)合、創(chuàng)新教育與工程要求相結(jié)合、理論知識與操作技能相結(jié)合的課程體系。

2.教學(xué)內(nèi)容的改革。在考慮教學(xué)大綱的前提下，一方面通過對企業(yè)和科研單位走訪調(diào)研，了解他們對單片機人才需求狀況，向企業(yè)技術(shù)人員了解單片機工作崗位需求；另一方面可以通過人才招聘會，了解企業(yè)對單片機人才的需求狀況、需求的能力；然后分析總結(jié)這些需求，結(jié)合課程大綱要求，形成若干個教學(xué)項目，再把每一個教學(xué)項目分解為若干個學(xué)習(xí)任務(wù)，最后形成以市場需求為導(dǎo)向、以項目內(nèi)容為驅(qū)動、將理論知識與實踐操作能力培養(yǎng)相結(jié)合的教學(xué)內(nèi)容。

3.教學(xué)模式改革。工程式教學(xué)模式中教室有雙重功能，既是講課的教室也是實驗室，邊講變練，將教、學(xué)、練緊密結(jié)合起來，即使有沒聽明白、理解不透徹的內(nèi)容，也可以通過動手練習(xí)，從試驗中反芻理解理論知識。學(xué)生在課堂上不僅學(xué)習(xí)單片機原理，其單片機設(shè)計與開發(fā)等能力也得到訓(xùn)練。工程式教學(xué)模式讓學(xué)生在實踐中學(xué)，在實踐中練，通過實踐先獲得第一感知，然后透過現(xiàn)象理解理論本質(zhì)，尊重實踐結(jié)果，培養(yǎng)科學(xué)態(tài)度，掌握基本的科學(xué)實驗方法，培養(yǎng)綜合運用理論知識解決工程實際問題的能力，為學(xué)生畢業(yè)與就業(yè)的“零距離”對接奠定基礎(chǔ)。

4.教學(xué)方法和手段的改革。在工程式教學(xué)模式中，根據(jù)不同的工程案例，可用的教學(xué)方法和手段多種多樣，比如任務(wù)驅(qū)動法、小組合作討論及案例教學(xué)法、項目驅(qū)動教學(xué)法等。相對于傳統(tǒng)講授式教學(xué)法，學(xué)生“學(xué)中做、做中學(xué)”，更加自由，不再拘泥于傳統(tǒng)的被動聽課，可以查閱資料、總結(jié)資料，可以分組討論，可以設(shè)計硬件、編寫軟件，盡可能發(fā)揮自己所長，學(xué)習(xí)更加輕松。在此過程中，學(xué)生的創(chuàng)新能力、實踐動手能力得到提升，特別是團隊合作精神得到鍛煉。在單片機實訓(xùn)平臺上，單片機的內(nèi)部資源和外圍器件采用任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法、示范模擬訓(xùn)練教學(xué)法、小組討論教學(xué)法等，單片機系統(tǒng)設(shè)計和開發(fā)內(nèi)容采用研討問題教學(xué)法、項目驅(qū)動教學(xué)法，從而使學(xué)生按照點、線、面逐漸遞進掌握單片機原理及應(yīng)用。

5.評價與考核方式改革。傳統(tǒng)的考核方式以期末考試為主，有些內(nèi)容死記硬背，部分學(xué)生靠考前突擊，并寄希望于教師考前畫重點，限制了學(xué)生的學(xué)習(xí)范圍，知識面窄。為了促進學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性、主動性，全面客觀地考查學(xué)生的知識掌握情況，采用過程評價與課程期末總評評價相結(jié)合的方式，過程評價根據(jù)學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的表現(xiàn)、學(xué)習(xí)成果等進行任務(wù)評價，根據(jù)每個項目或者知識點預(yù)習(xí)情況、課堂參與分組討論情況、提出的解決方案或編出的程序質(zhì)量、同組成員的認可情況等綜合考慮各種因素后給出過程評價。為了學(xué)生能綜合運用單片機知識，把所學(xué)知識轉(zhuǎn)化為能力，為將來工作中工程實踐做準(zhǔn)備，當(dāng)所有教學(xué)項目完成后布置一個實戰(zhàn)題目作為課程期末評價。過程評價與課程期末評價的成績比重為6∶4甚至更高。

工程式案例是從實際工程中提取出來的實際案例，具有工程多樣化、復(fù)雜化的特點，每個學(xué)生給出的解決方案也各不相同。讓同學(xué)們展示自己的設(shè)計方案和調(diào)試結(jié)果，老師給予中肯的評價和肯定，及時肯定學(xué)生的努力。盡力做到同一案例有不同解決方案，讓學(xué)生動腦分析每種方案的優(yōu)劣，在對比中復(fù)習(xí)知識點，溫故而知新。觀察同學(xué)參與工程案例分析、討論情況，對工程問題考慮全面情況、總結(jié)發(fā)言情況以及在項目完成過程中承擔(dān)任務(wù)情況、報告撰寫情況，綜合這些因素給出每個項目個人過程評價成績；對比所有同學(xué)的完成情況，根據(jù)小組獨立完成情況及努力程度給出一個小組過程分數(shù)；每個同學(xué)的過程分數(shù)由個人過程分數(shù)和小組過程分數(shù)組成。過程評價與期末課程評價的成績比重為6∶4。假設(shè)共分析7個工程案例，則每個學(xué)生的最后成績?yōu)椋篬（（個人過程分數(shù)+所在小組過程分數(shù)）/7]×60%+課程期末評價成績×40%。

三、單片機原理及應(yīng)用課程改革遇到的問題

1.工程案例選擇問題。工程案例選擇既要和教學(xué)大綱保持一致，又要考慮學(xué)生基礎(chǔ)情況，經(jīng)過一年一年實踐錘煉，不斷補充不斷修改，基本能夠有效涵蓋所涉及的知識點，也適當(dāng)?shù)亟o學(xué)生留出足夠的自由發(fā)揮空間，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維。案例的內(nèi)容圍繞課程知識點設(shè)計，并且擴展設(shè)計空間，逐漸加深設(shè)計難度，體現(xiàn)出層次差異，并與以前所學(xué)知識具有一定的結(jié)合性，承前啟后，體現(xiàn)知識的系統(tǒng)性，從而促使學(xué)生對所涉及知識點能深入理解和靈活運用。

2.硬件電路板的調(diào)試安裝。工程教學(xué)離不開實驗室，但又不能完全在實驗室進行，因為工程教學(xué)中工程案例的調(diào)試必須在實驗室進行；工程原理的講解、學(xué)生分組討論、展示自己的設(shè)計方案、設(shè)計成果最好在教室進行（這個之前做過嘗試，由于實驗室被實驗裝置隔離成一個個小單元，交流問題缺乏眼神交流，效果欠佳）。這就要求支撐工程教學(xué)的硬件電路板，部分時間要帶到教室去，既要實現(xiàn)教學(xué)案例功能，又要方便攜帶。教室里受電源限制，硬件電路板必須提供方便的電源接口。另外教室里環(huán)境不如實驗室，沒有專門的防靜電措施，電路板要求更加穩(wěn)定耐用。諸多情況給電路設(shè)計提出了更高的要求。

單片機原理及應(yīng)用課程工程教學(xué)方法改革，用工程式教學(xué)取代傳統(tǒng)“填鴨式”教學(xué)，教學(xué)內(nèi)容更加貼近工程實際，教學(xué)方法和手段更受學(xué)生歡迎，理論聯(lián)系實踐，學(xué)習(xí)理論的同時培養(yǎng)了工程實踐能力。考核模式更加自由合理，學(xué)生無須在期末考試的壓力下背書背題，在平時完成一個個工程作品中，學(xué)習(xí)了理論，提高了實踐動手能力，學(xué)會了團隊合作，綜合能力得到顯著提高。工程式教學(xué)方法，學(xué)生邊學(xué)邊練，循序漸進，學(xué)習(xí)方式更加自由隨意，符合當(dāng)代學(xué)生的學(xué)習(xí)心理，收到良好的學(xué)習(xí)效果。

參考文獻：

[1]張巧杰，白連平.“新能源導(dǎo)論與創(chuàng)新實踐”教學(xué)體會與實踐[J].中國電力教育，2012，（27）：59-60.

[2]曹益凌.單片機在電氣工程自動化控制中的應(yīng)用[J].山東工業(yè)技術(shù)，2017，（04）：1.

[3]金紅.面向工程素質(zhì)培養(yǎng)的單片機教學(xué)方法的探討[J].教育教學(xué)論壇，2017，（11）：219-220.

[4]王東霞，溫秀蘭，黃家才，盛黨紅.工程教育專業(yè)認證指導(dǎo)下的微機、單片機原理與應(yīng)用課程教學(xué)改革[J].中國現(xiàn)代教育裝備，2016，（21）：32-34.

[5]彭昕昀，陳錦儒，韓竺秦.基于工程訓(xùn)練的單片機原理及應(yīng)用課程的教學(xué)改革與研究[J].韶關(guān)學(xué)院學(xué)報，2016，37（06）：95-98.

[6]韓竺秦，彭昕昀，張麗娜，陳少煌，劉涌鋒.CDIO工程教育模式下單片機原理綜合設(shè)計與實踐教學(xué)改革[J].信息技術(shù)與信息化，2016，（08）：60-63.