基于項目管理體系的《單片機(jī)綜合實驗》實踐教學(xué)方法探討

生 龍，談建平

（1.中國石油大學(xué)（北京），北京 102200；2.中國石油大學(xué)（北京）克拉瑪依校區(qū)，新疆 克拉瑪依 834000）

0 引言

單片機(jī)綜合實驗是中國石油大學(xué)（北京）力圖針對高年級自動化專業(yè)的本科生增設(shè)的應(yīng)用類選修課。通過該課程對學(xué)生進(jìn)行單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計和應(yīng)用方面的知識和技能培訓(xùn)。由于該課程是一門實踐性很強的課程，必須研究和改進(jìn)課程實驗設(shè)計和組織開展教學(xué)的形式，來加深學(xué)生對單片機(jī)的工作原理、程序設(shè)計、常用接口電路的應(yīng)用和編程方法等知識的理解和掌握，同時探索使學(xué)生了解所學(xué)課程內(nèi)容與實際需求之間的關(guān)系，從而發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性，引導(dǎo)學(xué)生完成高質(zhì)量與實際需求緊密結(jié)合的項目式課程任務(wù)。

1 自動化本科單片機(jī)課程的教學(xué)現(xiàn)狀分析

目前高校中，本科自動化專業(yè)的單片機(jī)及接口類課程通常在大二期間作為專業(yè)必修課開設(shè)，課程的理論教學(xué)按照單片機(jī)的結(jié)構(gòu)及原理、指令系統(tǒng)、匯編程序設(shè)計、接口技術(shù)及應(yīng)用的體系進(jìn)行。理論教學(xué)部分涉及概念眾多，部分內(nèi)容抽象，主要章節(jié)的知識點與單片機(jī)的編程結(jié)構(gòu)聯(lián)系較為緊密，要求學(xué)生通過理論部分的學(xué)習(xí)能夠較好地理解和掌握單片機(jī)的編程結(jié)構(gòu)，更要求學(xué)生對模電、數(shù)電、微機(jī)原理等先修課程有較為系統(tǒng)的學(xué)習(xí)，這樣對該課程涉及到的專業(yè)知識點如寄存器、觸發(fā)器、邏輯門電路等概念才會有較為清晰的認(rèn)知。在實踐教學(xué)部分，存在與理論教學(xué)脫節(jié)的現(xiàn)象[1-4]。單片機(jī)課程是一門著重應(yīng)用的實踐性較強的課程，而目前限于硬件設(shè)施的限制，實驗課安排的實驗內(nèi)容更新較慢，實驗內(nèi)容較為單一，無法系統(tǒng)覆蓋和驗證理論部分的重要知識點，尤其無法滿足創(chuàng)新性趣味性實驗的設(shè)置需求，使單片機(jī)這一廣泛應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域的重要硬件實體的魅力無法通過課程實驗得以充分展現(xiàn)。

2 單片機(jī)綜合實驗教學(xué)改革目標(biāo)

隨著國家工業(yè)實力的不斷提升，中國已成為世界制造業(yè)第一大國，業(yè)界發(fā)展空間拓展的同時，擁有較強單片機(jī)技術(shù)能力和項目實施經(jīng)驗的工程師成為工業(yè)界越來越緊缺的人才。國家從2015年開始工程教育專業(yè)認(rèn)證試點工作，目的是促進(jìn)工程教育領(lǐng)域的國際認(rèn)同和提升我國工程技術(shù)人才的國際競爭力和影響力[1]。在此背景下，我校現(xiàn)有的單片機(jī)類課程已無法滿足為業(yè)界培養(yǎng)優(yōu)秀工程師的需求，因此，在自動化專業(yè)本科大四階段增設(shè)一門基于項目管理形式的單片機(jī)綜合實驗實踐類課程顯得尤為必要。這也是本項教學(xué)改革的目標(biāo)。

3 基于項目管理化的教學(xué)方式改革

3.1 課程組織形式

該課程的選課對象是擁有較好的單片機(jī)及接口基礎(chǔ)知識，對單片機(jī)開發(fā)有較強興趣，希望畢業(yè)后在工業(yè)界從事與單片機(jī)相關(guān)的系統(tǒng)集成類工作的本科大四學(xué)生。融入項目管理元素要求教師對每名學(xué)生的完課過程要全程參與、監(jiān)督并進(jìn)行研討性指導(dǎo)，將花費教師大量時間與精力，因此課堂規(guī)模可采用小班授課形式，人數(shù)5-10名為宜，由教研室按需求數(shù)量配備與工業(yè)界實際開發(fā)環(huán)境銜接最好的單片機(jī)開發(fā)平臺和相關(guān)硬件設(shè)備，并采用實驗室授課形式。課程時長為12周48學(xué)時，學(xué)分為2.5。

3.2 課程實施形式

授課形式將按“一對多”和“一對一”兩種模式開展。課程的前8周為“一對多”授課，即教師一人對全部選課學(xué)生進(jìn)行授課。與大二時開設(shè)的單片機(jī)課程不同的是，本課程前8周要求學(xué)生完成4-6項規(guī)定的單片機(jī)開發(fā)任務(wù)，即每周完成1-2項。任務(wù)按照先易后難的順序進(jìn)行設(shè)定，例如首個任務(wù)設(shè)定為用單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行簡單讀寫數(shù)據(jù)，最后一個任務(wù)為基于網(wǎng)絡(luò)通信的遠(yuǎn)程液位控制系統(tǒng)，該任務(wù)要求學(xué)生開發(fā)出用戶使用界面（GUI），并通過互聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程控制罐體液位高低。通過先易后難的任務(wù)，可使學(xué)生逐步學(xué)習(xí)和掌握單片機(jī)的各項開發(fā)功能，直至最終能夠完成較為復(fù)雜的多功能系統(tǒng)架構(gòu)。教師在此模式中主要承擔(dān)的是項目組技術(shù)負(fù)責(zé)人的角色，與傳統(tǒng)授課模式下講授者角色不同的是，教師此時只講授開發(fā)任務(wù)中的關(guān)鍵技術(shù)部分，例如所選單片機(jī)開發(fā)系統(tǒng)的各項軟硬件性能，編程語言的特點和使用技巧等，以此關(guān)鍵技術(shù)為依托，再由學(xué)生進(jìn)行拓展并自主完成各項開發(fā)任務(wù)。當(dāng)遇到技術(shù)難點時可與教師進(jìn)行研討并根據(jù)研討結(jié)果進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)。教師作為技術(shù)負(fù)責(zé)人會依照提前設(shè)定的節(jié)點時間對學(xué)生完成任務(wù)的情況進(jìn)行監(jiān)督和指導(dǎo)，并依據(jù)任務(wù)完成情況對每項任務(wù)給出評價成績。通過“一對多”授課模式可使學(xué)生較好的學(xué)習(xí)和掌握單片機(jī)開發(fā)的各項技術(shù)，并初步具備了獨立進(jìn)行系統(tǒng)開發(fā)的能力。

課程的后4周為“一對一”指導(dǎo)模式，即教師對每名學(xué)生依據(jù)項目管理模式進(jìn)行獨立指導(dǎo)。在本課程最后4周，每名學(xué)生將根據(jù)前8周所學(xué)到的技術(shù)和開發(fā)經(jīng)驗自主選定一項由教師提供的開發(fā)項目作為本課程的課程綜合大作業(yè)。此項綜合大作業(yè)是由教師基于項目管理模式進(jìn)行一對一指導(dǎo)，因此教師在此模式下除技術(shù)指導(dǎo)這一角色外，主要還將扮演項目甲方的角色。完成過程將按照項目立項，項目實施和項目驗收三部分來分階段進(jìn)行。在項目立項階段，按照5W2H 項目管理法通過研討引導(dǎo)學(xué)生完成立項階段的主要工作。5W2H 項目管理法即用5個以W 開頭的英文單詞和兩個以H 開頭的英文單詞進(jìn)行設(shè)問，以便對項目進(jìn)行整體有效的規(guī)劃和管理。具體到本課程則涉及到以下問題：一是立項目的和達(dá)到什么樣的預(yù)期效果（why+what）；二是項目在工業(yè)領(lǐng)域的適用范圍（where）；三是項目組成員的具體職責(zé)（who，此點對于項目負(fù)責(zé)人尤為重要）；四是采用什么方法是項目達(dá)到預(yù)期效果及如果制定階段計劃（how+when）；五是項目整體預(yù)算制定，包括人員設(shè)備等（how much）。在項目實施階段，教師作為甲方身份以技術(shù)交流的形式與學(xué)生開展定期研討。研討仍舊運用5W2H 項目管理法進(jìn)行，即一是遇到什么技術(shù)問題（what）；二是問題發(fā)生的可能原因（why）；三是關(guān)鍵技術(shù)點在哪（where）；四是解決問題的方法和合理時間（how+when）；五是成本（how much）。每次研討結(jié)果要按照表1格式進(jìn)行歸檔。項目驗收即學(xué)生將項目成果進(jìn)行口頭匯報，并完成項目技術(shù)報告一份，教師則根據(jù)完成情況給出此項分?jǐn)?shù)。匯報要按照項目介紹、主要問題、技術(shù)路線、是否達(dá)到預(yù)期等分步進(jìn)行。

表1 技術(shù)交流歸檔表

3.3 考核方式

成績考核分為兩部分：第一部分為前8周規(guī)定項目完成分?jǐn)?shù)，占總成績的60%，例如，總?cè)蝿?wù)數(shù)定為4項，各項分值依難易程度確定，總分?jǐn)?shù)為60分。第二部分為后4周選定項目完成分?jǐn)?shù)，占總成績的40%。2部分的評分依據(jù)要結(jié)合任務(wù)完成情況，報告撰寫情況，口頭匯報情況綜合給出。

4 結(jié)束語

引入5W2H 項目管理法的課程在實施過程中能夠充分發(fā)揮學(xué)生主觀能動性，使學(xué)生體會到項目運行的基本規(guī)律，學(xué)到并掌握項目管理的基本方法，使今后走向工作崗位并獨立承接項目時，能夠很快的進(jìn)入角色，將在校期間學(xué)習(xí)的知識與技能自如的運用到項目運行的各個階段，真正做到了學(xué)以致用，課本知識與實際應(yīng)用的無縫銜接。