基于工程應(yīng)用能力的“微控制器”課程項(xiàng)目化教學(xué)研究與應(yīng)用①

謝仁恩 朱昌洪 梁曉萍

[摘 ? ? ? ? ? 要] ?微控制器課程的特點(diǎn)是軟硬件結(jié)合緊密，兼顧理論和實(shí)踐操作能力，根據(jù)應(yīng)用型本科院校人才培養(yǎng)目標(biāo)，培養(yǎng)學(xué)生的工程應(yīng)用能力和實(shí)際產(chǎn)品開發(fā)能力。提出將“微控制器”課程進(jìn)行項(xiàng)目化教學(xué)并引入CDIO教學(xué)模式，即將課程的知識點(diǎn)按照難易程度和邏輯關(guān)系，劃分成不同的項(xiàng)目單元，進(jìn)行項(xiàng)目化教學(xué)。并由淺入深逐步提高學(xué)生的工程實(shí)踐能力，再對此項(xiàng)目教學(xué)模式課程的教學(xué)組織過程和考核體系進(jìn)行詳細(xì)探索。

[關(guān) ? ?鍵 ? 詞] ?微控制器;工程應(yīng)用;項(xiàng)目化教學(xué);實(shí)踐

[中圖分類號] ?G642 ? ? ? ? ? ? ?[文獻(xiàn)標(biāo)志碼] ?A ? ? ? ? ? ?[文章編號] ?2096-0603（2019）13-0078-02

目前，微控制器（或稱單片機(jī)）技術(shù)廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、儀器儀表、家用電器、通信、物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域。“微控制器”相關(guān)課程是培養(yǎng)電子、通信、物聯(lián)網(wǎng)等專業(yè)人才的一門專業(yè)基礎(chǔ)必修課程[1]。

應(yīng)用型本科院校的目的在于培養(yǎng)適應(yīng)社會(huì)需求的高素質(zhì)應(yīng)用型工程人才，要求學(xué)生具備較強(qiáng)的動(dòng)手能力，能夠利用微控制器完成系統(tǒng)開發(fā)等工作，并具備相應(yīng)的工程應(yīng)用能力，但是采用傳統(tǒng)的“課堂+實(shí)驗(yàn)”的理論教學(xué)方法，脫離了學(xué)生工程應(yīng)用能力的培養(yǎng)，無法體現(xiàn)應(yīng)用型本科院校以培養(yǎng)應(yīng)用型人才為目標(biāo)的目標(biāo)[2]。

一、課程教學(xué)現(xiàn)狀

（一）教學(xué)模式過于單一

大部分的微控制器采用傳統(tǒng)的課堂教學(xué)模式，即“理論+實(shí)驗(yàn)”進(jìn)行教學(xué)開展，而微控制器是一門實(shí)踐性非常強(qiáng)的課程，單純理論教學(xué)比較枯燥，只有通過親自動(dòng)手設(shè)計(jì)和制作，才能更好地掌握相關(guān)知識點(diǎn)及課程內(nèi)容。

（二）學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情不高

由于微控制器的實(shí)踐應(yīng)用非常廣泛，大部分學(xué)科競賽題目很多是以微控制器為核心進(jìn)行設(shè)計(jì)，微控制器課程具有相當(dāng)強(qiáng)的綜合性，涉及很多理論與實(shí)踐知識，包括程序設(shè)計(jì)、內(nèi)部硬件及輸入輸出接口、軟硬件聯(lián)合調(diào)用等問題，讓很多學(xué)生感到迷茫。課題組曾對部分具有代表性的學(xué)校共 1000 人做過調(diào)查，有大約50%的學(xué)生在學(xué)到硬件環(huán)境和輸入輸出接口時(shí)就沒有了學(xué)習(xí)興趣，嚴(yán)重影響教學(xué)質(zhì)量。

（三）教學(xué)資源缺乏

由于學(xué)校專任教師各自能力不均衡，工程應(yīng)用背景各自不同，教學(xué)目標(biāo)、過程、進(jìn)度、效果無法得到統(tǒng)一和保障，教學(xué)團(tuán)隊(duì)建設(shè)無法進(jìn)行，相關(guān)教學(xué)資源和經(jīng)驗(yàn)不能得到有效推廣應(yīng)用?；诰W(wǎng)絡(luò)化的教學(xué)管理模式也并不能如期發(fā)揮作用。近年來，雖然微控制器課程作為網(wǎng)絡(luò)精品課程陸續(xù)建立起來，但使用效果卻不甚理想，而且更重要的平臺優(yōu)勢沒有發(fā)揮出來[3]。

二、教學(xué)思路設(shè)計(jì)

目前，將相關(guān)課程進(jìn)行項(xiàng)目化教學(xué)是大勢所趨，而CDIO是當(dāng)今高等工程教育的發(fā)展方向——構(gòu)思（Conceive）、設(shè)計(jì)（Design）、實(shí)施（Implement）和運(yùn)行（Operate）[4]，包括任何一個(gè)微控制器設(shè)計(jì)系統(tǒng)的四個(gè)步驟，通過這四個(gè)步驟進(jìn)行項(xiàng)目化教學(xué)，以此培養(yǎng)學(xué)生的工程應(yīng)用能力。由此可見，CDIO 教學(xué)模式強(qiáng)調(diào)學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力和協(xié)作運(yùn)行能力，充分體現(xiàn)了教學(xué)過程中的學(xué)生主體地位和主動(dòng)學(xué)習(xí)的價(jià)值。同時(shí)，CDIO 模式還強(qiáng)調(diào)學(xué)生應(yīng)提高知識完整性及與他人的溝通能力。

（一）教學(xué)內(nèi)容項(xiàng)目化

在“微控制器”課程教學(xué)開展過程中，針對微控制器課程主要知識點(diǎn)掌握不好的問題，將單片機(jī)課程進(jìn)行項(xiàng)目化教學(xué)，全部調(diào)整到實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行項(xiàng)目教學(xué)，把單片機(jī)相關(guān)主要知識點(diǎn)按照由易到難、由淺入深的邏輯原則[5]，分解整理歸納成不同項(xiàng)目單元，最大化地減少枯燥的理論教學(xué)，以項(xiàng)目設(shè)計(jì)為載體，全面培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力、實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力（項(xiàng)目分解如下表所示）。

項(xiàng)目化教學(xué)有助于學(xué)生理解和掌握微控制器的知識點(diǎn)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

（二）項(xiàng)目單元工程化

在微控制器課程教學(xué)的每一個(gè)項(xiàng)目單元內(nèi)，按照國際流行的CDIO工程理念標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分解教學(xué)，使每一個(gè)項(xiàng)目都可以按照CDIO的四個(gè)步驟構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)施、運(yùn)行來完成（見圖1所示）。

最后，學(xué)生在課程考核時(shí)可以選擇其中一個(gè)綜合應(yīng)用項(xiàng)目，教師只進(jìn)行思路啟發(fā)，在教師的指導(dǎo)下，讓學(xué)生按照自己的思路設(shè)計(jì)和制作一個(gè)完整的系統(tǒng)。

（三）教學(xué)資源統(tǒng)籌化

將微控制器課程相關(guān)資源進(jìn)行統(tǒng)籌，統(tǒng)一采用TI公司MCU或51單片機(jī)進(jìn)行教學(xué)和實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)，統(tǒng)一教材、教案、內(nèi)容、考核等，修改相應(yīng)人才培養(yǎng)方案和教學(xué)實(shí)驗(yàn)大綱等。

三、課程考核體系

注重項(xiàng)目考核，項(xiàng)目考核占50%，期末筆試考試占50%，在項(xiàng)目考核中側(cè)重于學(xué)生實(shí)際項(xiàng)目的掌握能力，培養(yǎng)學(xué)生工程應(yīng)用能力的設(shè)計(jì)和應(yīng)用實(shí)踐，注重實(shí)際問題的處理能力（課程考核體系如圖2所示）。

微控制器應(yīng)用系統(tǒng)除了編寫用戶程序外，還要進(jìn)行外部接線、調(diào)試、再調(diào)試等，現(xiàn)場問題需要學(xué)生現(xiàn)場解決，合理的考核制度和標(biāo)準(zhǔn)既是督促又是點(diǎn)評和評判[6]。

四、結(jié)論

以工程應(yīng)用能力為導(dǎo)向的“微控制器”課程項(xiàng)目化教學(xué)，將課程的所有知識體現(xiàn)分解成不同的項(xiàng)目單元進(jìn)行教學(xué)。在每一個(gè)項(xiàng)目單元引入CDIO工程，通過四個(gè)步驟完成每一個(gè)項(xiàng)目單元的教學(xué)理念，以此培養(yǎng)學(xué)生的工程應(yīng)用能力，并在結(jié)束后，改變現(xiàn)有的課題考核體系，加強(qiáng)工程應(yīng)用能力的實(shí)踐，弱化理論考試，結(jié)合實(shí)際工程產(chǎn)品進(jìn)行開發(fā)和設(shè)計(jì)，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際工程應(yīng)用能力，突出應(yīng)用型本科的特色，培養(yǎng)出更多滿足企業(yè)和社會(huì)需求的微控制器應(yīng)用開發(fā)人才。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉雪梅，章海亮.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)下的單片機(jī)教學(xué)：評《單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)實(shí)例》[J].中國教育學(xué)刊，2017（8）.

[2]李小文，夏建國.應(yīng)用型本科院校課程改革的若干思考[J].高等工程教育研究，2018（1）：107-110.

[3]楊芳，陳雷，張艷萍.應(yīng)用型本科學(xué)生對課程現(xiàn)狀評價(jià)的實(shí)證研究：以上海S校機(jī)械工程學(xué)院為例[J].中國職業(yè)技術(shù)教育，2018（17）：11-22.

[4]王志強(qiáng)，管恩京，鞏秀鋼，等.高校的混合式CDIO教學(xué)：以“高校單片機(jī)原理”課程為例[J].現(xiàn)代教育技術(shù)，2016（26）：113-119.

[5]占華林，閆娜，熊香香.“卓越工程師”標(biāo)準(zhǔn)的職業(yè)院校單片機(jī)實(shí)踐課程教學(xué)改革與創(chuàng)新[J].職教論壇，2017（20）：79-81.

[6]梁少寧.“微控制器原理與應(yīng)用”教學(xué)與考核模式改革總結(jié)[J].求知導(dǎo)刊，2017（19）：135-136.

編輯 馮永霞