基于工程實踐能力培養(yǎng)的單片機綜合系統(tǒng)綜合訓練課程研究與實踐

王龍 喻文婕 雷鈞 魏海波

摘 要：針對單片機類課程傳統(tǒng)教學模式中存在著理論與實踐脫離，軟件與硬件銜接松散、試驗箱的資源有限并且硬件固定不可改變等現(xiàn)象而造成學生學習過程中感到枯燥、難以將理論應用于實踐、實驗只能按部就班地接線實驗等問題。本論文基于上述傳統(tǒng)教學存在的問題，提出了一種“理論教學-在線仿真-反饋理論教學”的新型教學模式。通過理論教學-在線仿真來加深理論知識的理解;通過在線仿真-反饋理論教學來鍛煉實踐能力和鞏固理論知識，將理論知識應用到實際工程中的工程實踐能力，檢測所學知識的掌握程度來反饋到實際教學中，構(gòu)成持續(xù)改進。

關(guān)鍵詞：單片機;工程實踐能力

基金項目：基于工程實踐能力培養(yǎng)的單片機綜合訓練課程研究與實踐（項目編號：JY2019022）。

教育質(zhì)量的核心標準是看學生是否具有創(chuàng)新精神和實踐能力。因此，提高工科學生工程實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)注的重要問題。而單片機課程作為電氣工程及其自動化專業(yè)的專業(yè)基礎課程，該課程的培養(yǎng)模式直接決定學生們在該專業(yè)的后續(xù)專業(yè)課程學習質(zhì)量。

1 課程內(nèi)容與教學現(xiàn)狀

在單片機課程教學中，單片機課程的理論知識是與單片機的硬件電路緊密聯(lián)系的，即單片機系統(tǒng)是軟件和硬件的有機體系，傳統(tǒng)的教學方法和模式中，將理論知識和硬件電路分開，使得學生學習過程中容易感覺很課程枯燥。課程教學內(nèi)容中，中斷的概念、可編程定時器/計數(shù)器、串行通訊、系統(tǒng)擴展等教學環(huán)節(jié)，如果僅僅講述理論知識而不講解相對應的硬件體系，學生容易跟不上教學計劃，從而產(chǎn)生厭惡學習單片機的心態(tài)。單片機的傳統(tǒng)實驗箱資源有限，并且笨重，學生僅僅在進行實驗室才能夠結(jié)構(gòu)到實驗箱，與理論教學銜接嚴重不足，實驗箱的外圍電路固定不可改變，學生只能按部就班地接線實驗，不能夠讓學生創(chuàng)新。因此在傳統(tǒng)的教學任務中，學生很少有機會能夠?qū)纹瑱C的理論知識進行實踐化，學生理論知識的掌握程度會逐漸降低，因此教師不能夠根據(jù)學生的實踐化掌握程度，來促進教學的反思和改革。

2 基于工程實踐能力培養(yǎng)的新型教學改革方式

目前構(gòu)建“基于工程實踐能力培養(yǎng)”的單片機系統(tǒng)綜合訓練課程教學模式，把實際工程項目的全部過程融入進單片機課程的教學中，通過實際項目的實踐提升了大學生的實際工程項目的分析問題能力和實際工程項目的解決問題能力，為培養(yǎng)創(chuàng)新型大學生提供了可行路徑。建立“理論教學-在線仿真-反饋理論教學”的新型教學模式，在理論教學中，引入Proteus仿真軟件，在理論知識教學環(huán)節(jié)中隨時給學生仿真演示該知識點對應的單片機硬件電路和體系，使得學生能夠?qū)⑺鶎W知識更加形象化和具體化的應用到具體電路中去。通過學生對仿真演示環(huán)節(jié)的掌握程度，檢測學生對該理論知識點的掌握程度和不足，從而反饋理論教學，改成持續(xù)改進。理論教學-在線仿真來加深理論知識的理解;通過在線仿真-反饋理論教學來鍛煉實踐能力和鞏固理論知識，將理論知識應用到實際工程中的工程實踐能力，檢測所學知識的掌握程度來反饋到實際教學中，構(gòu)成持續(xù)改進。

2.1 基于工程實踐能力培養(yǎng)的新型教學改革方式教學內(nèi)容

教學知識點框架如圖1所示，與各知識點匹配的項目如圖2所示。

針對知識點二，I/O端口程序控制，與其對應的課程項目為閃爍的LED顯示項目，學生要自己根據(jù)所學的知識完成該項目;針對知識點三，中斷系統(tǒng)，與其對應的課程項目為單只數(shù)碼管循環(huán)顯示項目，學生要自己根據(jù)所學的知識完成該項目;針對知識點四，定時器/計數(shù)器，與其對應的課程項目為0-99計數(shù)器設計項目和交通模擬燈設計項目，學生要自己根據(jù)所學的知識完成該項目;針對知識點五，串行通信，與其對應的課程項目為競賽搶答器設計項目，學生要自己根據(jù)所學的知識完成該項目。五個課程項目由功能需求分析、硬件電路設計、軟件程序設計、仿真與調(diào)試四個步驟組成，層層遞進，理論與實踐環(huán)環(huán)相扣，學生必須自主通過仿真演示完成每個項目，教師根據(jù)項目的檢測情況即可獲悉理論教學中存在的問題，持續(xù)改進。

2.2 基于工程實踐能力培養(yǎng)的新型教學改革方式課程考核與評價體系

課程考核評價方式由項目演講成績（5%）、作業(yè)成績（10%）、項目成績（45%）和期末成績（40%）四個部分組成，該考核評價方式既能考核學生的實踐能力、理論知識掌握能力和學習效果，具體如下：

1）項目演講成績（5%）：考核學生的團隊合作能力。

2）作業(yè)成績（10%）：考核學生各個理論知識點掌握能力。

3）項目成績（45%）：理論知識應用與具體項目（硬件電路設計、軟件程序設計、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，考核學生理論知識點的綜合掌握能力。

3 基于工程實踐能力培養(yǎng)的新型教學改革方式課程教學效果

“基于工程實踐能力培養(yǎng)的新型教學改革方式”教學特點強調(diào)“以學生為中心”，不僅要讓學生掌握理論知識，更要讓學生知道掌握的理論知識怎么應用與實際項目中，從而培養(yǎng)學生的工程實踐能力。從實際項目的檢測情況而獲悉理論教學中存在的問題和不足，為后續(xù)教學的持續(xù)改進提供了可靠的保證。目前，湖北汽車工業(yè)學院，電氣工程及其自動化專業(yè)2018級的學生正在執(zhí)行該教學模式，學習的學習積極性和學習態(tài)度明顯提高，并且學生們參加的多項基于單片機為平臺的學科競賽中，均獲得不錯的成績。

4 結(jié)論

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

參考文獻

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