基于工程應用能力的“微控制器”課程項目化教學研究與應用①

謝仁恩 朱昌洪 梁曉萍

[摘 ? ? ? ? ? 要] ?微控制器課程的特點是軟硬件結(jié)合緊密，兼顧理論和實踐操作能力，根據(jù)應用型本科院校人才培養(yǎng)目標，培養(yǎng)學生的工程應用能力和實際產(chǎn)品開發(fā)能力。提出將“微控制器”課程進行項目化教學并引入CDIO教學模式，即將課程的知識點按照難易程度和邏輯關(guān)系，劃分成不同的項目單元，進行項目化教學。并由淺入深逐步提高學生的工程實踐能力，再對此項目教學模式課程的教學組織過程和考核體系進行詳細探索。

[關(guān) ? ?鍵 ? 詞] ?微控制器;工程應用;項目化教學;實踐

[中圖分類號] ?G642 ? ? ? ? ? ? ?[文獻標志碼] ?A ? ? ? ? ? ?[文章編號] ?2096-0603（2019）13-0078-02

目前，微控制器（或稱單片機）技術(shù)廣泛應用于工業(yè)控制、儀器儀表、家用電器、通信、物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域。“微控制器”相關(guān)課程是培養(yǎng)電子、通信、物聯(lián)網(wǎng)等專業(yè)人才的一門專業(yè)基礎必修課程[1]。

應用型本科院校的目的在于培養(yǎng)適應社會需求的高素質(zhì)應用型工程人才，要求學生具備較強的動手能力，能夠利用微控制器完成系統(tǒng)開發(fā)等工作，并具備相應的工程應用能力，但是采用傳統(tǒng)的“課堂+實驗”的理論教學方法，脫離了學生工程應用能力的培養(yǎng)，無法體現(xiàn)應用型本科院校以培養(yǎng)應用型人才為目標的目標[2]。

一、課程教學現(xiàn)狀

（一）教學模式過于單一

大部分的微控制器采用傳統(tǒng)的課堂教學模式，即“理論+實驗”進行教學開展，而微控制器是一門實踐性非常強的課程，單純理論教學比較枯燥，只有通過親自動手設計和制作，才能更好地掌握相關(guān)知識點及課程內(nèi)容。

（二）學生的學習熱情不高

由于微控制器的實踐應用非常廣泛，大部分學科競賽題目很多是以微控制器為核心進行設計，微控制器課程具有相當強的綜合性，涉及很多理論與實踐知識，包括程序設計、內(nèi)部硬件及輸入輸出接口、軟硬件聯(lián)合調(diào)用等問題，讓很多學生感到迷茫。課題組曾對部分具有代表性的學校共 1000 人做過調(diào)查，有大約50%的學生在學到硬件環(huán)境和輸入輸出接口時就沒有了學習興趣，嚴重影響教學質(zhì)量。

（三）教學資源缺乏

由于學校專任教師各自能力不均衡，工程應用背景各自不同，教學目標、過程、進度、效果無法得到統(tǒng)一和保障，教學團隊建設無法進行，相關(guān)教學資源和經(jīng)驗不能得到有效推廣應用。基于網(wǎng)絡化的教學管理模式也并不能如期發(fā)揮作用。近年來，雖然微控制器課程作為網(wǎng)絡精品課程陸續(xù)建立起來，但使用效果卻不甚理想，而且更重要的平臺優(yōu)勢沒有發(fā)揮出來[3]。

二、教學思路設計

目前，將相關(guān)課程進行項目化教學是大勢所趨，而CDIO是當今高等工程教育的發(fā)展方向——構(gòu)思（Conceive）、設計（Design）、實施（Implement）和運行（Operate）[4]，包括任何一個微控制器設計系統(tǒng)的四個步驟，通過這四個步驟進行項目化教學，以此培養(yǎng)學生的工程應用能力。由此可見，CDIO 教學模式強調(diào)學生的實踐動手能力和協(xié)作運行能力，充分體現(xiàn)了教學過程中的學生主體地位和主動學習的價值。同時，CDIO 模式還強調(diào)學生應提高知識完整性及與他人的溝通能力。

（一）教學內(nèi)容項目化

在“微控制器”課程教學開展過程中，針對微控制器課程主要知識點掌握不好的問題，將單片機課程進行項目化教學，全部調(diào)整到實驗室內(nèi)進行項目教學，把單片機相關(guān)主要知識點按照由易到難、由淺入深的邏輯原則[5]，分解整理歸納成不同項目單元，最大化地減少枯燥的理論教學，以項目設計為載體，全面培養(yǎng)學生的自學能力、實踐能力和創(chuàng)新能力（項目分解如下表所示）。

項目化教學有助于學生理解和掌握微控制器的知識點，激發(fā)學生的學習興趣。

（二）項目單元工程化

在微控制器課程教學的每一個項目單元內(nèi)，按照國際流行的CDIO工程理念標準進行分解教學，使每一個項目都可以按照CDIO的四個步驟構(gòu)思、設計、實施、運行來完成（見圖1所示）。

最后，學生在課程考核時可以選擇其中一個綜合應用項目，教師只進行思路啟發(fā)，在教師的指導下，讓學生按照自己的思路設計和制作一個完整的系統(tǒng)。

（三）教學資源統(tǒng)籌化

將微控制器課程相關(guān)資源進行統(tǒng)籌，統(tǒng)一采用TI公司MCU或51單片機進行教學和實習實訓，統(tǒng)一教材、教案、內(nèi)容、考核等，修改相應人才培養(yǎng)方案和教學實驗大綱等。

三、課程考核體系

注重項目考核，項目考核占50%，期末筆試考試占50%，在項目考核中側(cè)重于學生實際項目的掌握能力，培養(yǎng)學生工程應用能力的設計和應用實踐，注重實際問題的處理能力（課程考核體系如圖2所示）。

微控制器應用系統(tǒng)除了編寫用戶程序外，還要進行外部接線、調(diào)試、再調(diào)試等，現(xiàn)場問題需要學生現(xiàn)場解決，合理的考核制度和標準既是督促又是點評和評判[6]。

四、結(jié)論

以工程應用能力為導向的“微控制器”課程項目化教學，將課程的所有知識體現(xiàn)分解成不同的項目單元進行教學。在每一個項目單元引入CDIO工程，通過四個步驟完成每一個項目單元的教學理念，以此培養(yǎng)學生的工程應用能力，并在結(jié)束后，改變現(xiàn)有的課題考核體系，加強工程應用能力的實踐，弱化理論考試，結(jié)合實際工程產(chǎn)品進行開發(fā)和設計，培養(yǎng)學生的實際工程應用能力，突出應用型本科的特色，培養(yǎng)出更多滿足企業(yè)和社會需求的微控制器應用開發(fā)人才。

參考文獻：

[1]劉雪梅，章海亮.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)下的單片機教學：評《單片機應用技術(shù)實例》[J].中國教育學刊，2017（8）.

[2]李小文，夏建國.應用型本科院校課程改革的若干思考[J].高等工程教育研究，2018（1）：107-110.

[3]楊芳，陳雷，張艷萍.應用型本科學生對課程現(xiàn)狀評價的實證研究：以上海S校機械工程學院為例[J].中國職業(yè)技術(shù)教育，2018（17）：11-22.

[4]王志強，管恩京，鞏秀鋼，等.高校的混合式CDIO教學：以“高校單片機原理”課程為例[J].現(xiàn)代教育技術(shù)，2016（26）：113-119.

[5]占華林，閆娜，熊香香.“卓越工程師”標準的職業(yè)院校單片機實踐課程教學改革與創(chuàng)新[J].職教論壇，2017（20）：79-81.

[6]梁少寧.“微控制器原理與應用”教學與考核模式改革總結(jié)[J].求知導刊，2017（19）：135-136.

編輯 馮永霞