結合單片機課改與卓越工程教育的探討

羅國　黃麗華（中山大學南方學院，廣東廣州510970）

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結合單片機課改與卓越工程教育的探討

羅國黃麗華
（中山大學南方學院，廣東廣州510970）

摘要：單片機是在各種學科競賽以及電子元器件制作中最常用的主控芯片，而傳統的單片機課程與社會工程實踐要求存在差距。結合當前工程應用的特點，改變單片機教學方式，以工程案例為主線，從理論講解、實驗操作以及課程考核三個方面提出改革方案以培養應用型人才。

關鍵詞：單片機；課改；工程應用

一、緒論

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

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濟發展需求，以至于剛畢業的大學生從學校環境到工作場合的銜接比較困難，企業需要對他們進行職業培訓之后才能適應工作環境［2］。當前的教學環節中，理論性的講學比較多而綜合類實訓比較少，學生不能系統地學習并且應用整個大學所學的知識。卓越工程師的工程應用能力是指學生在工程實踐應用中表現出來實際解決工程問題的能力、判斷分析問題能力和協調合作能力。在培養卓越工程師的能力過程中，應該側重以下幾個方面：1.遵循職業道德和職業價值觀能力；2.獨立獲取知識與具備終生學習能力；3.思維判斷與科學分析能力；4.工程綜合設計與實施能力；5.人際溝通與社會協調合作能力；6.創新與創造能力［3］。

三、單片機課程改革研究思路

（一）課程改革理念

在卓越工程師的培養模式下，單片機課程改革應該以工程實踐應用為核心，以企業項目驅動為基本為方法，以為企業提供實戰經驗型人才為重點，以企業學校共創課程實驗室為基礎，以富有研發經驗的教師團隊為支撐。在當前企業應用需求模式下，根據學生的學習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該具備完整開該項目的能力，能夠充分調動學生參加的積極性。

（二）項目驅動教學內容

單片機作為一款主控芯片，在生活領域的電子產品中通?？梢钥吹剿膽?，如工業自動化過程的實時監控與數據處理，計算機網路的數據通訊與傳輸，機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的主線，并且告訴學生學完單片機這門課之后，能做出哪些相關的作品。在實際教學過程中應該穿插單片機在項目中的應用，分析單片機知識點在項目系統中的具體作用。

四、課程改革主要內容

表1　實驗進度與內容安排

（一）理論教學改革

單片機作為一門交叉性比較強的課程，在本科教學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、數字電子電路和電子工藝等相關課程。因此在理論教學的過程中，必須結合上述課程的知識點講解。

為了在課室里更加方便直觀地講解單片機的內容，理論講解過程中需要結合集成開發軟件keil和電路仿真軟件Protues，在學生的頭腦中形成一種對單片機的初步感性認識［4］。Proteus軟件不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機及外圍器件。它是當前最好的仿真單片機及外圍器件的工具。在Protues繪制電路圖之后，調用已在keil軟件編譯好的二進制文件，可以在Protues的電路圖中看到模擬實物運行狀態和過程。在理論課堂上，圍繞著單片機的電路分析在整個項目設計中具有重要的意義，Protues仿真的應用可以讓學生直觀形象地看到單片機外圍電路運行的狀態，激發學生學習創作積極性。但是在使用protues仿真軟件過程中，一定要跟學生強調的是在仿真軟件下單片機可以不接復位電路與晶振電路，但是實際應用中一定要接入［5］。

（二）實驗教學改革

在工程教育指導下，實驗教學環節變得尤為重要，實驗課時的安排與實驗內容分配是否恰當都直接影響了學生的是否具備項目工程開發的能力。從課程操作層面上來看，仿真軟件不能鍛煉學生的硬件調試排錯能力。此外，單片機實驗課的實驗內容安排處于兩極分化狀態：一種情況是實驗內容過于簡單，學生可以用很短時間之內可以完成，達不到工程教育的效果；另一種情況是實驗內容過于復雜，可以讓學生達到創新效果，但是只有極少數的學生才能在課堂上完成，不適合大部分學生的實驗訓練，創新實驗會降低大部分學生學習的積極性。

針對上述的問題，提出一種漸進式實驗教學方式，并且根據實驗內容做一套實驗箱。漸進式實驗教學方案由基本實驗與創新實驗兩部分組成，其中基本實驗由簡單的電路與簡單的程序完成，創新實驗是在簡單程序電路的基礎上，進行深入的引導開發，從而降低了創新實驗的難度，適合大部分學生創作。

（三）課程考核改革

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

五、結束語

文章結合了本科院校的單片機課程以及其相關課程的特點，從培養卓越工程師的角度出發，提出了單片機課程改革的措施。結合當前的項目案例，培養學生的創作創新能力，提高學生的綜合分析解決問題能力，增強學生對電子類科學技術的興趣，以全面實現面向工程應用的高技術應用型人才培養。

參考文獻

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

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

［3］洪曉波.卓越工程師工程能力的構成及培養路徑［J］.當代教育理論與實踐，2013，5（4）：43-46.

［4］沈顯慶.培養“雙師型”人才實踐教學體系的構建［J］.實驗室研究與探索，2009，28（7）:122-127.

［5］朱敏杰，羅珩，余亞東.改革單片機教學培養應用型人才［J］.實驗室研究與探索，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

文獻標志碼：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：單片機應用、嵌入式系統和LABview開發。