基于工程實(shí)踐能力培養(yǎng)的單片機(jī)綜合系統(tǒng)綜合訓(xùn)練課程研究與實(shí)踐

王龍 喻文婕 雷鈞 魏海波

摘 要：針對(duì)單片機(jī)類(lèi)課程傳統(tǒng)教學(xué)模式中存在著理論與實(shí)踐脫離，軟件與硬件銜接松散、試驗(yàn)箱的資源有限并且硬件固定不可改變等現(xiàn)象而造成學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程中感到枯燥、難以將理論應(yīng)用于實(shí)踐、實(shí)驗(yàn)只能按部就班地接線實(shí)驗(yàn)等問(wèn)題。本論文基于上述傳統(tǒng)教學(xué)存在的問(wèn)題，提出了一種“理論教學(xué)-在線仿真-反饋理論教學(xué)”的新型教學(xué)模式。通過(guò)理論教學(xué)-在線仿真來(lái)加深理論知識(shí)的理解;通過(guò)在線仿真-反饋理論教學(xué)來(lái)鍛煉實(shí)踐能力和鞏固理論知識(shí)，將理論知識(shí)應(yīng)用到實(shí)際工程中的工程實(shí)踐能力，檢測(cè)所學(xué)知識(shí)的掌握程度來(lái)反饋到實(shí)際教學(xué)中，構(gòu)成持續(xù)改進(jìn)。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī);工程實(shí)踐能力

基金項(xiàng)目：基于工程實(shí)踐能力培養(yǎng)的單片機(jī)綜合訓(xùn)練課程研究與實(shí)踐（項(xiàng)目編號(hào)：JY2019022）。

教育質(zhì)量的核心標(biāo)準(zhǔn)是看學(xué)生是否具有創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力。因此，提高工科學(xué)生工程實(shí)踐能力是工科院校培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的重要途徑，也是提高高等工程教育質(zhì)量必須高度關(guān)注的重要問(wèn)題。而單片機(jī)課程作為電氣工程及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程，該課程的培養(yǎng)模式直接決定學(xué)生們?cè)谠搶?zhuān)業(yè)的后續(xù)專(zhuān)業(yè)課程學(xué)習(xí)質(zhì)量。

1 課程內(nèi)容與教學(xué)現(xiàn)狀

在單片機(jī)課程教學(xué)中，單片機(jī)課程的理論知識(shí)是與單片機(jī)的硬件電路緊密聯(lián)系的，即單片機(jī)系統(tǒng)是軟件和硬件的有機(jī)體系，傳統(tǒng)的教學(xué)方法和模式中，將理論知識(shí)和硬件電路分開(kāi)，使得學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程中容易感覺(jué)很課程枯燥。課程教學(xué)內(nèi)容中，中斷的概念、可編程定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串行通訊、系統(tǒng)擴(kuò)展等教學(xué)環(huán)節(jié)，如果僅僅講述理論知識(shí)而不講解相對(duì)應(yīng)的硬件體系，學(xué)生容易跟不上教學(xué)計(jì)劃，從而產(chǎn)生厭惡學(xué)習(xí)單片機(jī)的心態(tài)。單片機(jī)的傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)箱資源有限，并且笨重，學(xué)生僅僅在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室才能夠結(jié)構(gòu)到實(shí)驗(yàn)箱，與理論教學(xué)銜接嚴(yán)重不足，實(shí)驗(yàn)箱的外圍電路固定不可改變，學(xué)生只能按部就班地接線實(shí)驗(yàn)，不能夠讓學(xué)生創(chuàng)新。因此在傳統(tǒng)的教學(xué)任務(wù)中，學(xué)生很少有機(jī)會(huì)能夠?qū)纹瑱C(jī)的理論知識(shí)進(jìn)行實(shí)踐化，學(xué)生理論知識(shí)的掌握程度會(huì)逐漸降低，因此教師不能夠根據(jù)學(xué)生的實(shí)踐化掌握程度，來(lái)促進(jìn)教學(xué)的反思和改革。

2 基于工程實(shí)踐能力培養(yǎng)的新型教學(xué)改革方式

目前構(gòu)建“基于工程實(shí)踐能力培養(yǎng)”的單片機(jī)系統(tǒng)綜合訓(xùn)練課程教學(xué)模式，把實(shí)際工程項(xiàng)目的全部過(guò)程融入進(jìn)單片機(jī)課程的教學(xué)中，通過(guò)實(shí)際項(xiàng)目的實(shí)踐提升了大學(xué)生的實(shí)際工程項(xiàng)目的分析問(wèn)題能力和實(shí)際工程項(xiàng)目的解決問(wèn)題能力，為培養(yǎng)創(chuàng)新型大學(xué)生提供了可行路徑。建立“理論教學(xué)-在線仿真-反饋理論教學(xué)”的新型教學(xué)模式，在理論教學(xué)中，引入Proteus仿真軟件，在理論知識(shí)教學(xué)環(huán)節(jié)中隨時(shí)給學(xué)生仿真演示該知識(shí)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的單片機(jī)硬件電路和體系，使得學(xué)生能夠?qū)⑺鶎W(xué)知識(shí)更加形象化和具體化的應(yīng)用到具體電路中去。通過(guò)學(xué)生對(duì)仿真演示環(huán)節(jié)的掌握程度，檢測(cè)學(xué)生對(duì)該理論知識(shí)點(diǎn)的掌握程度和不足，從而反饋理論教學(xué)，改成持續(xù)改進(jìn)。理論教學(xué)-在線仿真來(lái)加深理論知識(shí)的理解;通過(guò)在線仿真-反饋理論教學(xué)來(lái)鍛煉實(shí)踐能力和鞏固理論知識(shí)，將理論知識(shí)應(yīng)用到實(shí)際工程中的工程實(shí)踐能力，檢測(cè)所學(xué)知識(shí)的掌握程度來(lái)反饋到實(shí)際教學(xué)中，構(gòu)成持續(xù)改進(jìn)。

2.1 基于工程實(shí)踐能力培養(yǎng)的新型教學(xué)改革方式教學(xué)內(nèi)容

教學(xué)知識(shí)點(diǎn)框架如圖1所示，與各知識(shí)點(diǎn)匹配的項(xiàng)目如圖2所示。

針對(duì)知識(shí)點(diǎn)二，I/O端口程序控制，與其對(duì)應(yīng)的課程項(xiàng)目為閃爍的LED顯示項(xiàng)目，學(xué)生要自己根據(jù)所學(xué)的知識(shí)完成該項(xiàng)目;針對(duì)知識(shí)點(diǎn)三，中斷系統(tǒng)，與其對(duì)應(yīng)的課程項(xiàng)目為單只數(shù)碼管循環(huán)顯示項(xiàng)目，學(xué)生要自己根據(jù)所學(xué)的知識(shí)完成該項(xiàng)目;針對(duì)知識(shí)點(diǎn)四，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，與其對(duì)應(yīng)的課程項(xiàng)目為0-99計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)項(xiàng)目和交通模擬燈設(shè)計(jì)項(xiàng)目，學(xué)生要自己根據(jù)所學(xué)的知識(shí)完成該項(xiàng)目;針對(duì)知識(shí)點(diǎn)五，串行通信，與其對(duì)應(yīng)的課程項(xiàng)目為競(jìng)賽搶答器設(shè)計(jì)項(xiàng)目，學(xué)生要自己根據(jù)所學(xué)的知識(shí)完成該項(xiàng)目。五個(gè)課程項(xiàng)目由功能需求分析、硬件電路設(shè)計(jì)、軟件程序設(shè)計(jì)、仿真與調(diào)試四個(gè)步驟組成，層層遞進(jìn)，理論與實(shí)踐環(huán)環(huán)相扣，學(xué)生必須自主通過(guò)仿真演示完成每個(gè)項(xiàng)目，教師根據(jù)項(xiàng)目的檢測(cè)情況即可獲悉理論教學(xué)中存在的問(wèn)題，持續(xù)改進(jìn)。

2.2 基于工程實(shí)踐能力培養(yǎng)的新型教學(xué)改革方式課程考核與評(píng)價(jià)體系

課程考核評(píng)價(jià)方式由項(xiàng)目演講成績(jī)（5%）、作業(yè)成績(jī)（10%）、項(xiàng)目成績(jī)（45%）和期末成績(jī)（40%）四個(gè)部分組成，該考核評(píng)價(jià)方式既能考核學(xué)生的實(shí)踐能力、理論知識(shí)掌握能力和學(xué)習(xí)效果，具體如下：

1）項(xiàng)目演講成績(jī)（5%）：考核學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作能力。

2）作業(yè)成績(jī)（10%）：考核學(xué)生各個(gè)理論知識(shí)點(diǎn)掌握能力。

3）項(xiàng)目成績(jī)（45%）：理論知識(shí)應(yīng)用與具體項(xiàng)目（硬件電路設(shè)計(jì)、軟件程序設(shè)計(jì)、仿真與調(diào)試效果等）的能力。

4）期末筆試40%：課程結(jié)束后，統(tǒng)一舉行的閉卷期末考試，考核學(xué)生理論知識(shí)點(diǎn)的綜合掌握能力。

3 基于工程實(shí)踐能力培養(yǎng)的新型教學(xué)改革方式課程教學(xué)效果

“基于工程實(shí)踐能力培養(yǎng)的新型教學(xué)改革方式”教學(xué)特點(diǎn)強(qiáng)調(diào)“以學(xué)生為中心”，不僅要讓學(xué)生掌握理論知識(shí)，更要讓學(xué)生知道掌握的理論知識(shí)怎么應(yīng)用與實(shí)際項(xiàng)目中，從而培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力。從實(shí)際項(xiàng)目的檢測(cè)情況而獲悉理論教學(xué)中存在的問(wèn)題和不足，為后續(xù)教學(xué)的持續(xù)改進(jìn)提供了可靠的保證。目前，湖北汽車(chē)工業(yè)學(xué)院，電氣工程及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)2018級(jí)的學(xué)生正在執(zhí)行該教學(xué)模式，學(xué)習(xí)的學(xué)習(xí)積極性和學(xué)習(xí)態(tài)度明顯提高，并且學(xué)生們參加的多項(xiàng)基于單片機(jī)為平臺(tái)的學(xué)科競(jìng)賽中，均獲得不錯(cuò)的成績(jī)。

4 結(jié)論

“基于工程實(shí)踐能力培養(yǎng)的新型教學(xué)改革方式” 將傳統(tǒng)的“理論灌輸”、“以教師為中心”進(jìn)行改革“以學(xué)生為中心”，增加學(xué)生的工程實(shí)踐能力。增加每節(jié)課的演示仿真環(huán)節(jié)，做到讓學(xué)生真正成為課堂的中心，既學(xué)習(xí)了理論知識(shí)的同時(shí)，也通過(guò)仿真環(huán)節(jié)鍛煉了知識(shí)應(yīng)用能力。

參考文獻(xiàn)

[1]唐煒.基于“項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)”的單片機(jī)類(lèi)課程實(shí)踐教學(xué)改革[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2010，29（5）：135-137+159.

[2]馮洋.基于實(shí)踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)的單片機(jī)原理及應(yīng)用課程改革與實(shí)踐研究[J].高教學(xué)刊，2015（15）：93-94.