基于“卓越計劃”的單片機實踐教學改革

陳奕梅

（天津工業(yè)大學 電氣工程與自動化學院，中國 天津 300387）

0 引言

我國于2010年推出重大教育改革計劃 “卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”[1]（以下簡稱“卓越計劃”）。“卓越計劃”的目標是培養(yǎng)一大批創(chuàng)新能力強、適應經(jīng)濟社會發(fā)展需要的高質量工程技術人才，為國家走新型工業(yè)化發(fā)展道路、創(chuàng)建新興國家和人才強國戰(zhàn)略服務。“卓越計劃”為我國工程教育的改革和發(fā)展，為工程人才培養(yǎng)模式的創(chuàng)新和突破提供了明確清晰的指導思想、主要目標、總體思路、重點任務和保障措施。同時“卓越計劃”的實施也是一個復雜的系統(tǒng)工程，是我們面臨的重要課題和長期任務。2011年我校自動化專業(yè)獲批成為教育部 “卓越計劃”試點專業(yè)，并已于當年招收了一個卓越工程師試點班。

針對卓越工程師的特點，我們確定了以工程能力素質培養(yǎng)為主線的自動化專業(yè)人才培養(yǎng)模式，而以單片機為主體的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)技術，是自動化工程能力培養(yǎng)的主要項目之一，因此，根據(jù)卓越工程師培養(yǎng)方案，我們對單片機實踐教學進行了改革與探索。

多年以來，按照傳統(tǒng)的教學體系，我專業(yè)傳統(tǒng)的單片機課程在學完電路、微機原理之后開設，一般開在第六、七學期。而大量的學科競賽都是以單片機為核心，參加的多為大二、大三年級的學生。這樣就帶來了一個矛盾，學生必須在低年級自己積累單片機的相關知識才能參與競賽與各種選拔，而到了高年級開設的課上，不少同學已經(jīng)掌握了單片機的基本開發(fā)技能，對課堂的知識已經(jīng)不再感興趣。

1 全過程多層次的培養(yǎng)體系

針對課程特點以及相關專業(yè)的學習，我們建立了單片機實踐的全過程多層次培養(yǎng)體系，采取如下措施：

一年級通過參觀實驗室和科研室，讓學生“感受科研”，了解前沿科技，激發(fā)學生的求知欲。同時在第一學期學完C語言的基礎上，第二學期開設《單片機基礎》課程，課程深入淺出，主要講授單片機的基本模塊，包括輸入輸出、定時A/D轉換等。通過學習讓學生了解單片機的基本原理并熟練掌握上述基本模塊的功能及程序的編寫。二年級在電路、數(shù)電等相關課程學習完畢，開設《嵌入式綜合實踐》課程，擴展外設，將單片機應用到通信、檢測、控制等與專業(yè)相關的領域，了解常用傳感器的基本原理以及電機控制的基本方法。并通過積極參與暑期實踐和電子設計創(chuàng)新大賽等比賽，夯實基礎，鍛煉技能。三年級開設《嵌入式創(chuàng)新實踐》課程，該課程要求學生選作兩個項目進行設計，每個項目只給出具體要求，單片機的選型、硬件電路、系統(tǒng)開發(fā)等自行設計，要求學生在一定時間內設計完成。同時并進入專業(yè)實驗室和創(chuàng)新實驗室，并作為主力參加智能車競賽、電子大賽、單片機大賽等各類競賽，提高學生的創(chuàng)新能力。四年級進入研究性實驗室參加教師科研工作或進行自主創(chuàng)新性的實驗和各類大學生創(chuàng)新課題；畢業(yè)設計選題與教師的科研項目和生產(chǎn)實際相結合，提高工程實踐能力。

圍繞著該課程體系，進一步，結合Freescale實驗室的全面開放，同時建立具有層次的實驗課程體系，由淺入深分別為：課程實驗——綜合設計性實驗——系統(tǒng)性實驗——工程性案例實驗。與課程體系緊密配合，相得益彰。

2 兩個課堂相結合，構建學生科技活動體系與平臺

兩個課堂相結合的人才培養(yǎng)思路，強調教師的責任不僅在課內而且在課外，強調學生的學習由單一的課堂灌輸應向激發(fā)學生的自主性和創(chuàng)新性轉變。

第一課堂以教與學方式的改革引導學生自主學習。通過《單片機基礎》、《嵌入式綜合實踐》、《嵌入式創(chuàng)新實踐》三門課程的學習，使學生深入淺出地掌握單片機及其相關的基礎知識、外圍擴展以及在自動化領域的主要應用。在課堂教學的基礎上重點強調學生的動手實踐能力。同時推動案例驅動教學的改革，每個實驗都是一個實際項目或項目的一部分[2]。案例驅動教學的內容仍然基于該課程的教學大綱。與傳統(tǒng)教學方法的不同在于授課的方式和授課的思路。傳統(tǒng)的授課過程是“先理論后應用”，注重告訴學生“能做什么”。而案例驅動的授課過程是“先應用后理論”，注重培養(yǎng)學生“怎么做”的解決問題能力。案例驅動使學生首先對問題具有了感性認識，提高了學生學習的興趣，這樣大大調動了學生們的自主學習的積極性。

第二課堂以知識的進一步學習和實踐活動引導學生自我發(fā)展。圍繞參加各種大賽和競賽（智能車大賽、電子大賽、盛群單片及競賽等），從大二開始，引導學生參加各種課外實踐活動，充分調動學生的主觀能動性實現(xiàn)專業(yè)知識的學習和實踐技能的訓練。通過組織課外興趣學習小組，由有經(jīng)驗又有較高理論水平的教師指導，在課堂教學的基礎上，拓寬課堂教學內容，加強專業(yè)基礎知識的學習和應用，為今后的進一步深造打下了良好的基礎。

3 配套學習平臺的開發(fā)

圍繞我們的培養(yǎng)體系，我們編寫了教材 《MC68單片機入門與實踐》與《Freescale Flexis系列微控制器入門及開發(fā)》應用于不同階段的教學，并編寫了《單片機原理實驗講義》、《嵌入式系統(tǒng)實驗講義》作為相應課程的配套講義，在使用中不斷完善。自編教材及講義均取了較好的教學效果。同時，我們自主開發(fā)了與教材相配套的的實驗設備“MC68HC908QY4 實驗系統(tǒng)”（圖 1）、“TGFSYS 教學實驗系統(tǒng)”（圖 2）、“MC9S08GT16實驗系統(tǒng)”等教學儀器[3]，對于卓越班的學生做到了人手一套，更方便學生的課余學習，真正將實驗室搬到了宿舍。

圖1 MC68HC908QY4實驗系統(tǒng)

圖2 TGFSYS教學實驗系統(tǒng)

4 結論

本文圍繞“卓越計劃”培養(yǎng)目標以及自動化卓越工程師的培養(yǎng)方案，針對自動化專業(yè)的專業(yè)基礎課——自動控制原理，在課程的教學內容、教學方法、實踐環(huán)節(jié)以及第二課堂等方面的建設進行了探索與改革。首屆招生的卓越班共有學生30人，迄今為止參加與單片機相關“飛思卡爾智能車”、“機器人大賽”等各類競賽的人數(shù)達52人次，獲教育部組織的學生科技競賽全國二等獎1項，省部級一等獎3項、二等獎4項，三等獎1項；獲得市級及以上競賽獎12人次。實踐表明，改革增強了學生的實踐能力，并為后續(xù)的學習以及下一步的升學就業(yè)做了很好的準備。

［1］中華人民共和國教育部.《教育部關于實施卓越工程師教育培養(yǎng)計劃的若干意見》（教高[2011]1號）北京[OL].http://www.moe.edu.cn/publicfiles/business/htmlfiles/moe/s3860/201102/115066.html，2011.

［2］修春波.單片機課程的案例驅動教學方法研究[J].科技信息,2013(5)：197.

［3］陳奕梅.基于Flexis QE128微控制器的實驗系統(tǒng)開發(fā)[J].電氣電子教學學報,2010,32(3):62-64.