結(jié)合單片機(jī)課改與卓越工程教育的探討

羅國　黃麗華（中山大學(xué)南方學(xué)院，廣東廣州510970）

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結(jié)合單片機(jī)課改與卓越工程教育的探討

羅國黃麗華
（中山大學(xué)南方學(xué)院，廣東廣州510970）

摘要：單片機(jī)是在各種學(xué)科競賽以及電子元器件制作中最常用的主控芯片，而傳統(tǒng)的單片機(jī)課程與社會工程實(shí)踐要求存在差距。結(jié)合當(dāng)前工程應(yīng)用的特點(diǎn)，改變單片機(jī)教學(xué)方式，以工程案例為主線，從理論講解、實(shí)驗(yàn)操作以及課程考核三個方面提出改革方案以培養(yǎng)應(yīng)用型人才。

關(guān)鍵詞：單片機(jī)；課改；工程應(yīng)用

一、緒論

培養(yǎng)人才為社會提供服務(wù)是高等教育的重要職能之一，作為理工學(xué)科，在理論教學(xué)的同時，應(yīng)該注重學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)，為國家輸送具有工程實(shí)踐能力的人才［1］。從國家層面來看，教育部決定實(shí)施“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”，以實(shí)際工程應(yīng)用為背景，以工程技術(shù)為主線，緊密結(jié)合企業(yè)人才需求，著力提高學(xué)生的工程意識、工程素質(zhì)和實(shí)踐能力。總體來說，卓越工程師的核心目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生的工程應(yīng)用能力以及學(xué)科創(chuàng)新能力，而這部分也恰好是高等教育最難以攻克的環(huán)節(jié)之一，究其根本原因，主要有如下幾點(diǎn)：1.工程實(shí)踐過程的問題，通常難以體現(xiàn)在課程講學(xué)中，不僅是課本不能實(shí)時更新最新工程實(shí)踐的問題，而且對教師來說這類問題也難以解答；2.課堂教學(xué)偏向于理論為主，難以施展學(xué)生對課程實(shí)踐操作能力；3.對于工學(xué)類的專業(yè)來說，實(shí)驗(yàn)室是工程實(shí)踐教學(xué)的最好場所，然而實(shí)驗(yàn)室存在管理方面的不足將會限制工程教育的實(shí)施。在高等院校中，《單片機(jī)原理與應(yīng)用》是深受學(xué)生歡迎喜愛的課程，主要是因?yàn)檫@門課實(shí)踐應(yīng)用性比較強(qiáng)。在電氣類的學(xué)科競賽中，單片機(jī)是最常用的芯片，因此學(xué)完《單片機(jī)原理與應(yīng)用》這門課之后，可以讓學(xué)生獲得學(xué)習(xí)的成就感。在卓越工程師培養(yǎng)的背景下，為了迎合工程素質(zhì)培養(yǎng)的要求，文章從理論講解、實(shí)驗(yàn)操作以及課程考核三個方面提出了單片機(jī)課程改革的方案。

二、卓越工程師教育的必要性

高等教育長期以來脫離社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求，以至于剛畢業(yè)的大學(xué)生從學(xué)校環(huán)境到工作場合的銜接比較困難，企業(yè)需要對他們進(jìn)行職業(yè)培訓(xùn)之后才能適應(yīng)工作環(huán)境［2］。當(dāng)前的教學(xué)環(huán)節(jié)中，理論性的講學(xué)比較多而綜合類實(shí)訓(xùn)比較少，學(xué)生不能系統(tǒng)地學(xué)習(xí)并且應(yīng)用整個大學(xué)所學(xué)的知識。卓越工程師的工程應(yīng)用能力是指學(xué)生在工程實(shí)踐應(yīng)用中表現(xiàn)出來實(shí)際解決工程問題的能力、判斷分析問題能力和協(xié)調(diào)合作能力。在培養(yǎng)卓越工程師的能力過程中，應(yīng)該側(cè)重以下幾個方面：1.遵循職業(yè)道德和職業(yè)價值觀能力；2.獨(dú)立獲取知識與具備終生學(xué)習(xí)能力；3.思維判斷與科學(xué)分析能力；4.工程綜合設(shè)計與實(shí)施能力；5.人際溝通與社會協(xié)調(diào)合作能力；6.創(chuàng)新與創(chuàng)造能力［3］。

三、單片機(jī)課程改革研究思路

（一）課程改革理念

在卓越工程師的培養(yǎng)模式下，單片機(jī)課程改革應(yīng)該以工程實(shí)踐應(yīng)用為核心，以企業(yè)項目驅(qū)動為基本為方法，以為企業(yè)提供實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)型人才為重點(diǎn)，以企業(yè)學(xué)校共創(chuàng)課程實(shí)驗(yàn)室為基礎(chǔ)，以富有研發(fā)經(jīng)驗(yàn)的教師團(tuán)隊為支撐。在當(dāng)前企業(yè)應(yīng)用需求模式下，根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)掌握能力以及知識接受能力，合理地分配項目工作量，這也就意味著教師應(yīng)該具備完整開該項目的能力，能夠充分調(diào)動學(xué)生參加的積極性。

（二）項目驅(qū)動教學(xué)內(nèi)容

單片機(jī)作為一款主控芯片，在生活領(lǐng)域的電子產(chǎn)品中通?？梢钥吹剿膽?yīng)用，如工業(yè)自動化過程的實(shí)時監(jiān)控與數(shù)據(jù)處理，計算機(jī)網(wǎng)路的數(shù)據(jù)通訊與傳輸，機(jī)器人的避障與路徑識別等。從整體的角度來看，以一個或者兩個項目案例作為課堂教學(xué)的主線，并且告訴學(xué)生學(xué)完單片機(jī)這門課之后，能做出哪些相關(guān)的作品。在實(shí)際教學(xué)過程中應(yīng)該穿插單片機(jī)在項目中的應(yīng)用，分析單片機(jī)知識點(diǎn)在項目系統(tǒng)中的具體作用。

四、課程改革主要內(nèi)容

表1　實(shí)驗(yàn)進(jìn)度與內(nèi)容安排

（一）理論教學(xué)改革

單片機(jī)作為一門交叉性比較強(qiáng)的課程，在本科教學(xué)中具有承上啟下的作用，綜合了電路分析、C語言、模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子電路和電子工藝等相關(guān)課程。因此在理論教學(xué)的過程中，必須結(jié)合上述課程的知識點(diǎn)講解。

為了在課室里更加方便直觀地講解單片機(jī)的內(nèi)容，理論講解過程中需要結(jié)合集成開發(fā)軟件keil和電路仿真軟件Protues，在學(xué)生的頭腦中形成一種對單片機(jī)的初步感性認(rèn)識［4］。Proteus軟件不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機(jī)及外圍器件。它是當(dāng)前最好的仿真單片機(jī)及外圍器件的工具。在Protues繪制電路圖之后，調(diào)用已在keil軟件編譯好的二進(jìn)制文件，可以在Protues的電路圖中看到模擬實(shí)物運(yùn)行狀態(tài)和過程。在理論課堂上，圍繞著單片機(jī)的電路分析在整個項目設(shè)計中具有重要的意義，Protues仿真的應(yīng)用可以讓學(xué)生直觀形象地看到單片機(jī)外圍電路運(yùn)行的狀態(tài)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)創(chuàng)作積極性。但是在使用protues仿真軟件過程中，一定要跟學(xué)生強(qiáng)調(diào)的是在仿真軟件下單片機(jī)可以不接復(fù)位電路與晶振電路，但是實(shí)際應(yīng)用中一定要接入［5］。

（二）實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革

在工程教育指導(dǎo)下，實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)變得尤為重要，實(shí)驗(yàn)課時的安排與實(shí)驗(yàn)內(nèi)容分配是否恰當(dāng)都直接影響了學(xué)生的是否具備項目工程開發(fā)的能力。從課程操作層面上來看，仿真軟件不能鍛煉學(xué)生的硬件調(diào)試排錯能力。此外，單片機(jī)實(shí)驗(yàn)課的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容安排處于兩極分化狀態(tài)：一種情況是實(shí)驗(yàn)內(nèi)容過于簡單，學(xué)生可以用很短時間之內(nèi)可以完成，達(dá)不到工程教育的效果；另一種情況是實(shí)驗(yàn)內(nèi)容過于復(fù)雜，可以讓學(xué)生達(dá)到創(chuàng)新效果，但是只有極少數(shù)的學(xué)生才能在課堂上完成，不適合大部分學(xué)生的實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練，創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)會降低大部分學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。

針對上述的問題，提出一種漸進(jìn)式實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式，并且根據(jù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容做一套實(shí)驗(yàn)箱。漸進(jìn)式實(shí)驗(yàn)教學(xué)方案由基本實(shí)驗(yàn)與創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)兩部分組成，其中基本實(shí)驗(yàn)由簡單的電路與簡單的程序完成，創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)是在簡單程序電路的基礎(chǔ)上，進(jìn)行深入的引導(dǎo)開發(fā)，從而降低了創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的難度，適合大部分學(xué)生創(chuàng)作。

（三）課程考核改革

單片機(jī)作為一門實(shí)用性較強(qiáng)的課程，考試成績不能真實(shí)反映學(xué)生的開發(fā)能力［5］。單片機(jī)課程改革應(yīng)該在考試的基礎(chǔ)上添加課程項目設(shè)計，考核計算方式由平時實(shí)驗(yàn)考勤（40%）+考試（25%）+課程設(shè)計作品（35%）。在工程教育模式下，課程設(shè)計以小型的應(yīng)用類項目為主，課程設(shè)計題目包括如下：1.節(jié)能飲水機(jī)；2.車輪測速表；3.多人搶答器；4.無線傳感網(wǎng)絡(luò)；5.超聲波測距；6.智能充電器；7.多路溫度采集系統(tǒng)；8.制作鍵盤，模擬計算機(jī)鍵盤128個按鍵。

五、結(jié)束語

文章結(jié)合了本科院校的單片機(jī)課程以及其相關(guān)課程的特點(diǎn)，從培養(yǎng)卓越工程師的角度出發(fā)，提出了單片機(jī)課程改革的措施。結(jié)合當(dāng)前的項目案例，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)作創(chuàng)新能力，提高學(xué)生的綜合分析解決問題能力，增強(qiáng)學(xué)生對電子類科學(xué)技術(shù)的興趣，以全面實(shí)現(xiàn)面向工程應(yīng)用的高技術(shù)應(yīng)用型人才培養(yǎng)。

參考文獻(xiàn)

［1］楊智，陳榮軍，許清媛，等.電子信息類卓越工程師培養(yǎng)模式探討［J］.武漢大學(xué)學(xué)報，2012，58（S2）：9-12.

［2］王洪濤，何益宏.基于CDIO工程教育模式下《單片機(jī)原理及應(yīng)用》課程教學(xué)研究［J］.重慶文理學(xué)院學(xué)報，2011，30（5）：91-95.

［3］洪曉波.卓越工程師工程能力的構(gòu)成及培養(yǎng)路徑［J］.當(dāng)代教育理論與實(shí)踐，2013，5（4）：43-46.

［4］沈顯慶.培養(yǎng)“雙師型”人才實(shí)踐教學(xué)體系的構(gòu)建［J］.實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2009，28（7）:122-127.

［5］朱敏杰，羅珩，余亞東.改革單片機(jī)教學(xué)培養(yǎng)應(yīng)用型人才［J］.實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2012，31（2）：144-147.

Abstract:Micro control unit is most commonly used as master control chip in various electronic competition and production of electronic components，but there is a gap between traditional micro control unit courses and the demands of social engineering practice. Combining with the characteristics of the engineering application，regarding engineering cases as the main line to change the way of MCU teaching，the curriculum reform is proposed to culti原vate applied talents from theoretical explanation，experimental operation and course assessment.

Keywords:micro control unit；curriculum reform；engineering application

中圖分類號：G642

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：2096-000X（2016）11-0154-02

作者簡介：羅國（1988-），男，廣東梅州人，碩士研究生，助教，研究方向：單片機(jī)應(yīng)用、嵌入式系統(tǒng)和LABview開發(fā)。