在工程化實踐教學模式下《單片機原理與應用》課程的改革與創(chuàng)新研究

侯健 王斌

（民辦四川天一學院，四川 綿竹 618200）

一、背景及意義

目前在工程化實踐教學提出之前，大部分高校所采用的教育體系將理論的教學和實踐的教學分開，分成兩個平行的體系。實驗是實驗，理論是理論，沒有相輔相成，互相融合。這樣本來是一種完整的、不可分割的工程實踐體系，變成了兩種，再加上學生本身對實踐或實驗課程重視程度不夠，學習起來基本無法融會貫通，更別說積累、創(chuàng)造相關的項目經驗了。所以近年來“教育的學生和社會需要的人才不符”等話題越來越多，以至于現(xiàn)在很多單位或企業(yè)在招聘的時候都被迫增加了“需要1+年以上工作經驗”“非應屆畢業(yè)生”等條款。企業(yè)這樣做的原因就是把矛頭直接指向了高校教育中“實踐教學的不重視或缺失”，實踐和理論沒有互補。這就直接導致企業(yè)每年都會說“找不到合適的人才”，而應屆畢業(yè)生在找工作時，沒有基本的動手能力和工程實踐能力，被企業(yè)頻頻拒絕。當下，進行工程化實踐教學改革是十分必要和緊迫的。

在前述這種不利的大環(huán)境下，為能培養(yǎng)出能符合社會需求的畢業(yè)生，摒棄過去教學中不足的地方，本項目以《單片機原理與應用》課程的工程化實踐教學體系建設研究為例，在該課程中打破了理論和實踐教學分開上的局面，以項目為載體，將它們融合在一起，在實踐教學中，既有理論知識的背景。又采用更接近實際社會中做項目吸引學生的注意，培養(yǎng)他們的興趣。從“構思”開始、加入“設計”、“實現(xiàn)”功能、“運行”完善，完美契合工程化實踐教學模式（CDIO）。而且不再是單一的《單片機原理與應用》的講解。而是縱向串聯(lián)設置課程內容，融合以Protel課程為基礎到以電子裝配為基礎實物焊接制作課程做出實物，再到單片機（嵌入式）為基礎的課程實現(xiàn)，最后學生自主創(chuàng)新完成一個項目的考核模式。這樣不再是對學生單一的考核分數(shù)，而是更加全面的考察學生的整體水平。避免了學生在考前突擊，死記硬背或考試作弊等常見行為，同時也有利于培養(yǎng)學生的團隊合作精神。

績效評價范圍不斷拓展。貫徹落實十九大報告“全面實施績效管理”的要求，不斷強化績效理念，在試點開展績效評價工作的基礎上，逐漸擴大績效管理范圍，提升社會公共服務水平。如，濟寧市將部門預算中發(fā)展類項目全部納入績效目標管理范圍，對預算部門（單位）提報的績效目標申報表，實現(xiàn)了評審全覆蓋；濰坊市、聊城市充分利用專業(yè)優(yōu)勢，對“美麗鄉(xiāng)村”等農村文化建設項目以及養(yǎng)老服務業(yè)項目進行了績效評價工作，為下一步安排預算資金提供技術支撐。

二、工程化實踐教學《單片機原理與應用》課程的主要內容

該項目將工程實踐課程教學理念融入到《單片機原理與應用》的課程中。這樣就不再是單一的課程，也避免了課程的枯燥、盲目性等缺點，讓看似獨立的課程知識有機的整合，讓學生做完一個工程項目或者一個產品的感覺。這樣優(yōu)化了課程體系，整合教學內容，學生的動手能力和職業(yè)素質也隨之大幅提升。同時也反映了當前本專業(yè)進入社會后的發(fā)展趨勢與基礎技術。完全強調了做中學、學中練，注重實踐。這個過程可以簡單歸納為學、做、想。正是有了這3 個步驟，實現(xiàn)了現(xiàn)在社會上大部分公司或者項目組的工程完成模式。能同時提高學生的理論、實踐和創(chuàng)新能力。其主要內容如下：

（一）整合和擴充PCB 制圖環(huán)節(jié)

本課程首先整合了現(xiàn)有的《Protel 課程設計》的內容，將原來設計一個簡單的電子項目的PCB 繪制改為設計《單片機原理與應用》課程項目實踐平臺的內容。把它作為整個課程改革的第一個重要環(huán)節(jié)。在這個環(huán)節(jié)中主要引入了工程實踐課程體系所要求的構思、設計和實現(xiàn)三個環(huán)節(jié)。讓學生自己根據課程的內容繪制出實踐平臺，實現(xiàn)以Protel 課程為基礎原理圖設計到繪制以及PCB 電路圖的設計，讓學生掌握繪制電路圖和識別電路的基本知識。

學生除了能學到原課程中關于Altium Designer 軟件的使用方法和PCB 板圖的基本繪制步驟以外還將增加：

機械化插秧之前需要對栽插大田妥善處理，田面高度相差不得超過3 cm，確保農田表面軟硬適中，不存在雜草和其他雜質磚石。

幾乎有一半的農民專業(yè)合作社不能準時定期的向銀行報送財務報表，這也使得銀行不能很好的了解到農民專業(yè)合作社的賬務情況，也無法準確的了解農民專業(yè)合作社的發(fā)展情況。在這種情況下，銀行是很難向農民專業(yè)合作社融資，就導致農民專業(yè)合作社的資金量上不去，進而影響其向農民的貸款業(yè)務。

讓學生了解與掌握全套的PCB 設計與制作的流程，并引入工程實踐課程體系的最后一個環(huán)節(jié)——運行。選擇繪制優(yōu)秀的學生作品進行開板，讓學生明白其實電子產品的設計并不是高不可攀的。同時讓學生也能參與其中，自己也能設計出學習平臺自我學習。增強學生自我成就感，激發(fā)學生對后續(xù)課程學習的信心與熱情。

④如何訂制自己設計的PCB 等知識

③高速PCB 板圖的繪制；

離開崗亭時，警察問我：“口袋里有沒有車錢？”我說：“你借給我？”他說：“如果沒有的話，我們有制度，崗亭可以借錢給你?！?/p>

②PCB 多層板的知識與繪制；

（二）加入焊接技能培訓的環(huán)節(jié)

①學生自己親手設計制作的硬件平臺，對硬件的結構及連接的接口認識更清晰，避免原課程中經常出現(xiàn)的不熟悉單片機接口的基本應用而導致的各種連接錯誤；

①如何根據電子元器件的實物或者是官方數(shù)據手冊來創(chuàng)建原理封裝和PCB 封裝

而且在這一環(huán)節(jié)中，讓學生意識到如果之前環(huán)節(jié)上有疏忽（比如設計上不認真，焊接不仔細，元器件識別等知識學習不牢），將直接影響實踐平臺無法正常工作，從而影響該環(huán)節(jié)的考核結果，還會為團隊的后續(xù)環(huán)節(jié)學習和考核造成嚴重后果，所以學生一定會認真總結和學習，同時也避免了學生常見的考前突擊、考后忘完的情況出現(xiàn)。

（三）整合現(xiàn)有的C 語言編程環(huán)節(jié)

整合現(xiàn)有《C 語言編程設計》的內容，以前的課程都是以理論知識為主，現(xiàn)在結合單片機進行針對性的嵌入式C 語言實訓。該環(huán)節(jié)以前面制作的硬件平臺為實驗平臺，著重培訓學生掌握C 語言編程方法。讓學生結合硬件，明白C 語言是如何控制實際東西的，加深對所用的C 語言知識的理解，而不是以前的純理論，考試也是死記硬背。通過學習，讓學生了解嵌入式C 語言編程和普通的C 語言編程的相同與不同，讓學生融會貫通，不像原來那樣突然那從普通的C 語言轉換到嵌入式C 語言編時那樣的迷茫，現(xiàn)在把中間過渡環(huán)節(jié)補上。

（四）以制作的硬件成果整合和擴展現(xiàn)有《單片機原理與應用》的課程內容

②出現(xiàn)硬件故障時不再茫然無助，因為整個實驗平臺都是學生自己親自參與和制作的，能在很短的實踐內找到故障的原因和解決的方法；

該環(huán)節(jié)主要運用了工程化實踐教學體系中的第三個環(huán)節(jié)（實現(xiàn)）和第四個環(huán)節(jié)（運行），這樣相比原課程純理論或直接使用現(xiàn)成的實驗箱，其優(yōu)勢還是非常明顯的：

以電子裝配的相關課程為基礎，讓之前學生自行設計并提交給工程生產出來的PCB 板為核心，購買相應的元器件，進行實物焊接，并最終制作出實物，讓學生掌握元器件的識別及其應用，焊接的技巧等知識。并親手焊接自己后續(xù)課程所用的實踐平臺。這里主要運用了工程化實踐體系教學中的第三個環(huán)節(jié)——實現(xiàn)和第四個環(huán)節(jié)——運行，讓學生真實體驗。進一步理解PCB 設計的重要性：明白PCB 設計對電子產品的作用；并且讓學生明白設計時不能有一點錯誤，不然會導致設計的東西無法正常運行。同時也培養(yǎng)學生的細心、考慮問題需有大局觀等能力。增加焊接環(huán)節(jié)后，學生更能深入的理解相應電子設計的原理與知識。由于是自行設計硬件的、自行制作的硬件，所以更能激發(fā)學生進一步學習的熱情，也讓學生體驗了現(xiàn)實項目工程中的硬件設計流程。

以單片機（嵌入式）課程為基礎的課程實現(xiàn)的工程平臺程序代碼編寫培訓，以學生團隊為主體，團結合作，共同完成一個產品的開發(fā)。這個課程結束后，每個同學上交自己撰寫本課程論文和作品。論文要求格式和畢業(yè)（課程）設計或者研究報告類似，養(yǎng)成學生書寫論文嚴謹態(tài)度，也為以后畢業(yè)時打好基礎。并且，每個階段都有學生自己階段性的成果：電路圖的設計作品、自行制作的硬件平臺、自行變形的控制程序等。

③因為是學生自己親手設計和制作的硬件平臺，所以會更加愛惜不會出現(xiàn)以前使用學校提供的試驗箱損壞或者遺失等情況。而且平臺小巧便攜，能隨身攜帶，所以學生不再受到限制，可以在任何時候和場地進行實驗，也有利于學生課后復習與預習甚至做擴展實驗，也有利于學生的創(chuàng)新和提高。

三、工程化實踐教學《單片機原理與應用》課程的創(chuàng)新

《單片機原理與應用》課程的工程化實踐教學通過模擬現(xiàn)實社會中的項目工程，開設一門貫穿性的工程化實踐式課程。通過理論和實際相結合使學生真正掌握和理解進行項目設計時的各種基本技能。本課程創(chuàng)新之處如下：

例4.MARY:What is a lie!Now you're talking in riddles like Jamie. Edmund! Don't! There's your father coming up the steps now. I must tell Bridget.

（一）教學內容的創(chuàng)新

結合工程教學體系和我系學生的實際情況，對目前PCB 電子制圖、C語言程序設計、單片機原理與應用等課程進行有機的整合形成一門工程實踐能力較強的工程實踐課程，形成一個完整的工程設計體系（設計→制板→程序調試→成品），讓學生有較直觀的工程實踐感受，并且融會貫通，把理論知識運用到實際當去。

（二）考核辦法的創(chuàng)新

本課程的考核方法不再是對學生單一的考核分數(shù)，而是以“實物+報告或論文+答辯”的綜合模式對學生進行全方位的考核，這種考核模式比以前的唯分數(shù)論更能很好的考核學生的綜合素質及對工程實踐體系下的四大環(huán)節(jié)所對應的能力。

兩位女生進去了，還不到五分鐘便一個個垂頭喪氣，耷拉著臉出來了。前面二個男生也進去了，一個垂著頭出來了，一個趾高氣揚地出來，望了望還在等著的殷明，露出一種蔑視的笑，走了。殷明看著他的這副表情，不禁緊張起來。輪到他了！

（三）解決學生硬件實驗條件的創(chuàng)新

學生經過基于《單片機原理與應用》課程的工程化實踐教學的學習以后，人手一塊自己制作的硬件實驗平臺，而且后面的軟件編程學習中也會用到，這樣可以完美解決學校目前硬件條件不足或者設備試驗箱不能外借等情況，導致學生動手能力差、編程沒有與硬件結合等的現(xiàn)狀。

四、結語

最后，各種實踐表明，采用“做中學、學中做”教學方法，以項目為引導，以學生為主體，可解決目前教育實踐中重理論，輕實踐的問題，同時也能解決學生工程實踐能力薄弱的問題。因為在工程化實踐教學模式中，是注重培養(yǎng)學生的自學能力、動手能力、表達能力和團隊協(xié)作能力。而不是以前以教師為主體的講授式、硬灌式教學，這才是真正意義上工程化實踐教學的最終目的。