卓越工程師背景及任務驅動的單片機課程教改

郝海燕 張小青

[摘 要] 針對單片機傳統教學模式下理論和實踐教學明顯脫節的現狀，提出以“卓越計劃”為背景，以任務驅動為導向的單片機教學改革模式，重點介紹了改革的內容、項目的選擇及其實施方法。實踐表明，基于任務驅動法的教學模式教學效果好，有利于提高學生的工程實踐能力和創新能力。

[關鍵詞] 單片機課程;教學模式;改革

[基金項目] 陜西省教育科學“十三五”規劃課題“校企聯合培養卓越工程師的實踐研究”（SGH17H172）;咸陽師范學院專項科研基金項目（17XSYK009）;陜西省大學生創新訓練項目（S201910722052）;咸陽師范學院教改項目（2017Y004）

[作者簡介] 郝海燕（1974—），女，陜西渭南人，碩士，咸陽師范學院物理與電子工程學院講師，研究方向：智能控制;張小青（1985—），女，湖南永州人，碩士，咸陽師范學院物理與電子工程學院講師，研究方向：智能控制與運動控制。

[中圖分類號] G642.0 ? ?[文獻標識碼] A ? ?[文章編號] 1674-9324（2020）36-0187-02 ? ?[收稿日期] 2019-11-28

一、引言

近年來，我國做出了建設創新型國家，提升國家工程科技隊伍的創新能力，培養大批創新型工程人才的重大戰略部署。2010年6月，教育部和中國工程院正式啟動了“卓越工程師教育培養計劃”（簡稱“卓越計劃”），旨在改革高等教育人才培養模式，提升學生的工程實踐能力、創新能力和國際競爭力，培養大批創新能力強、綜合素質高的新型工程技術人才[1]。

我院電子信息工程專業培養的是具備較強的工程實踐能力和創新精神，能從事各類電子設備和信息系統的設計、制造、應用、維護和銷售的高素質工程應用型人才。單片機課程作為電信專業的核心專業課，是該專業本科生知識體系的重要組成部分，在解決現實工程問題中有著較為廣泛的應用。但目前在實際教學過程中仍然采用理論教學和驗證性實驗教學相結合的傳統教學模式，教學內容抽象、枯燥，教學形式和方法單一，學生學習興趣不濃，積極性不高，最終使得課堂教學質量達不到預期。同時，由于教學內容和具體應用聯系較少，理論教學和實踐教學明顯脫節，很難提升學生的實踐能力和創新能力，直接導致學生的工程實踐能力嚴重不足[2]，這和“卓越計劃”的培養目標是背道而馳的。為了落實“卓越計劃”，進一步提升學生工程實踐能力、創新能力，迫切需要對單片機原理與應用課程的教學模式進行改革，以提高學生對單片機技術的工程應用和創新能力。

二、教學改革內容

為了解決現有單片機教學存在的諸多問題，學院決定在我院2015級電子信息工程專業進行創新試點，把傳統理論與實驗相結合的教學模式改革為以任務驅動為核心的全新教學模式。選取內容貼近電子行業崗位需求、工學結合、理論和技能相結合的實際項目導入教學，通過項目實踐內容強化過程，突出理論與實踐相結合的特色。學生參與整個項目的實施，更好地達到“做中學，學中做”的教學理念，全面培養學生的實踐動手能力、解決問題的能力和團隊協作能力，并使學生對單片機應用系統開發的過程有更深刻的認識[3]。任務驅動教學法最根本的特點就是以任務為主線，教師為主導，學生為主體，該方法有利于激發學生的學習興趣，培養學生分析問題、解決問題的能力，提高學生自主學習及與他人協作的能力。[4]

（一）課程內容體系結構改革

改革后的單片機課程內容采用“模塊+任務”體系結構，將整門課程劃分為多個模塊，每一模塊由多個任務組成，每一任務由任務描述、任務教學目標、任務資訊、任務實施和任務小結五個相互連貫的部分組成。

（二）教學內容組織方式改革

任務驅動教學將以往以傳授知識為主的傳統教學理念，轉變為以解決問題、完成任務為主的多維互動式的教學理念，將再現式教學轉變為探究式學習，使學生處于積極的學習狀態。根據建構主義理論，對單片機課程進行教學內容組織方式改革。

1.任務分解，基本知識點講解。教師每次教學都是以一個任務目標為主線進行各教學環節的組織，對任務中需要的各相關知識點和技能點進行講解，用多少講多少，其他與本任務無關的知識點和技能點則在需要用到的任務中再去講。

2.能力培養。教師在完成相關知識點和技能點的講解后再來重點講解具體任務的實現。在講解過程中，學生同時在自己的計算機上用Keil和Preteus軟件進行軟硬件仿真驗證，教師對學生在仿真過程中存在的疑問進行實時解答，培養學生自主開發項目的能力。

3.能力提升。設計“任務”時，要充分考慮學生的個體差異，設計具有一定容量、一定梯度的“任務”。在項目實施過程中，對于課堂教學任務已經掌握的學生要求其對課堂教學任務電路和程序進行局部修改，提升學生單片機應用電路和程序設計開發的能力。

（三）實踐性教學設計方式改革

將實驗任務提前發給學生，要求學生在課前對實驗任務進行預習，在實驗課堂上根據對任務的分析理解，用Proteus軟件設計硬件原理圖，Keil軟件輸入并編譯源程序，等編譯成功后再加載到原理圖電路中，對電路進行軟硬件聯合仿真調試。教師對學生實驗過程中的重點、難點、關鍵點及學生操作過程中存在的問題進行實時點評，加深學生對該任務涉及的相關知識點的理解程度。在完成基本實驗任務的基礎上，對實驗任務進行適當修改，要求學生獨立完成修改后的實驗任務，逐漸培養其獨立進行電路和程序設計的能力。

三、單片機課程項目設計實施過程

單片機課程項目設計是任務驅動教學過程中的關鍵環節，直接影響最終的教學效果，因此所選項目應緊扣教學內容，注重學生能力的培養。

項目實施初期，主要由教師給學生講解項目所涉及的相關知識點，在幫助學生掌握相關知識點的基礎上，協助學生完成總體方案的設計;項目實施中后期對具體任務的實現主要由學生自己完成，教師只需定期檢查項目，不是由教師直接告訴學生應當如何去解決面臨的問題，而是向學生提供解決該問題的有關線索和思路，強調發展學生的“自主學習”能力。同時，鼓勵學生之間加強討論和交流，通過不同觀點的交流，加深每個學生對當前問題解決方案的理解，并進一步提高學生之間的協作能力。

四、教學效果和反思

按照“卓越計劃”的教學改革思路，任務驅動這種教學模式使得大部分學生對于這門課程的應用前景有了更深的理解，更加明確了學習這門課程的目的，學習主動性明顯提高，團隊合作能力和實踐動手能力都得到增強，相當一部分學生對課程內容和實踐中的具體應用表現出濃厚興趣，對未來就業方向和職業規劃也產生積極影響。

與此同時，任務驅動教學法過程中也有一些問題需注意和改進。一是教學進度難把握。任務驅動教學法采用開放式課堂，不同小組在完成同一任務時，由于學習基礎不同、學習鉆研態度有差異，教師很難把握每一組的探究程度和進度，有的組能夠提前完成實訓任務，有的組則不了了之。在以后需指導老師加強過程指導，優化小組成員隨機搭配組合等，確保每個學生的實訓參與和探究效果。二是課堂管理亟待改進。由于探究性學習法的課堂形式和氣氛更為“活躍”，這就要求指導老師具有較強的課堂把控能力和項目組織能力，以任務為導向，以效果為牽引，讓每個學生都有具體任務，確保個體獲得應有的學習效果。三是評價較困難。采取任務驅動教學法可能存在個別學生濫竽充數、搭便車，誤導教師對教學效果的評估。四是對老師能力水平要求更高。任務驅動教學方法對指導老師的理論和實踐能力提出更高要求，課堂上教師要能做到理論與實踐兩個能力都很強，既要會做，還要會歸納上升到理論高度，收放自如，需要老師加強學習和實踐，課前做好充分準備。

參考文獻

[1]張蓓蓓.卓越軟件工程師實踐能力培養模式研究[D].天津：天津大學教育學院，2013.

[2]張天飛，龍海燕，丁嬌，張磊.基于項目化教學的單片機課程改革[J].物聯網技術，2018（4）：119-120.

[3]湛洪然，李福，劉景文.單片機應用技術項目式教程.[M]北京：電子工業出版，2015.

[4]唐煒.基于“項目驅動”的單片機類課程實踐教學改革[J].實驗室研究與探索，2010，5（29）：130-132.