基于工程教育理念的單片機課程設(shè)計改革與實踐＊

牟淑杰，鄧書平，張大偉，車 煥

（營口理工學(xué)院，遼寧 營口 115014）

“單片機原理與應(yīng)用”課程是自動化類、控制類工科專業(yè)的專業(yè)必修課，是一門工程實踐性很強的課程，單片機課程設(shè)計是學(xué)生在學(xué)習(xí)了“單片機原理與應(yīng)用”課程之后必修的實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)。通過課程設(shè)計教學(xué)環(huán)節(jié)，使學(xué)生了解單片機系統(tǒng)開發(fā)調(diào)試的一般步驟，掌握軟硬件的設(shè)計方法及系統(tǒng)調(diào)試方法，具備初步的開發(fā)單片機應(yīng)用系統(tǒng)的能力。使學(xué)生能夠根據(jù)設(shè)計任務(wù)要求及工程需要選擇合理的技術(shù)路線進行方案設(shè)計，選擇合理的電子元器件并進行工程估算，能準確、規(guī)范地運用工程語言描述設(shè)計思路和方法，從而實現(xiàn)鍛煉學(xué)生的工程意識，開發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維，提高學(xué)生的綜合應(yīng)用能力和實踐能力的目標。傳統(tǒng)的單片機課程設(shè)計方法已無法達成該教學(xué)目標。因此，將工程教育理念引入到單片機課程設(shè)計中，按照工程項目設(shè)計的研發(fā)周期，通過設(shè)計、仿真、制作、調(diào)試等環(huán)節(jié)使學(xué)生以主動的、實踐的方式開展單片機課程設(shè)計是十分必要的。

1 改革目標

將工程教育理念融入單片機課程設(shè)計中，按照工程項目設(shè)計的研發(fā)周期完成課程設(shè)計，以鍛煉學(xué)生的工程意識，開發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維，提高學(xué)生的綜合應(yīng)用和實踐能力為目標，制訂課程設(shè)計標準。

通過課程設(shè)計改革，規(guī)范課程設(shè)計管理過程，包括選題、查閱資料和確定設(shè)計方案、系統(tǒng)仿真設(shè)計、系統(tǒng)硬件設(shè)計、撰寫課程設(shè)計報告等，為從事單片機系統(tǒng)開發(fā)工作奠定基礎(chǔ)，創(chuàng)新和完善課程設(shè)計考評體系。

2 單片機課程設(shè)計主要教學(xué)環(huán)節(jié)

工程教育背景下單片機課程設(shè)計主要教學(xué)環(huán)節(jié)包括課設(shè)前期準備的教學(xué)大綱、教學(xué)環(huán)節(jié)質(zhì)量標準和評分依據(jù)，包括用于過程監(jiān)督的教師指導(dǎo)記錄和設(shè)計過程原始資料，還包括用于成果驗收的答辯記錄、設(shè)計報告、課設(shè)總結(jié)等。課程設(shè)計主要教學(xué)環(huán)節(jié)質(zhì)量標準的指標分解表如表1所示。

表1 課程設(shè)計主要教學(xué)環(huán)節(jié)質(zhì)量標準的指標分解表

3 課程設(shè)計實施

合教學(xué)大綱要求，同時要確保在課程設(shè)計的時間內(nèi)可以完成，所以選題不宜過大、過難；②要考慮學(xué)生的能力差異，題目要有難度區(qū)分；③在擬定課程設(shè)計題目時，既可以是教

3.1 選題

課程設(shè)計選題時應(yīng)考慮以下幾點：①要考慮選題是否符師依據(jù)教學(xué)教學(xué)大綱要求和實際工程項目設(shè)計需要擬題，也可以是學(xué)生根據(jù)自己興趣愛好和掌握知識的情況擬題，無論采用哪種擬題方式，都要經(jīng)過師生雙方研究討論，通過指導(dǎo)教師審核后才能使用。

3.2 分組

由于課程設(shè)計項目具有一定的綜合性，學(xué)生可以兩三人自由組隊，同一班級不得有相同選題。每隊中選舉一名組長，由組長負責(zé)組員間分工協(xié)作，各組學(xué)生根據(jù)各自的能力分別承擔(dān)系統(tǒng)分析、方案確定、軟件設(shè)計、系統(tǒng)仿真、硬件設(shè)計、系統(tǒng)調(diào)試、撰寫報告等工作，通過分工協(xié)作的方式來調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，增強學(xué)生自信心，培養(yǎng)學(xué)生的團隊協(xié)作能力。

3.3 課程設(shè)計的實施過程

課程設(shè)計的實施過程采用以學(xué)生為主體、教師輔助的指導(dǎo)形式。通過課程設(shè)計教學(xué)環(huán)節(jié)，讓學(xué)生全程參與單片機控制系統(tǒng)的整個開發(fā)過程，使學(xué)生借助各種信息資源查詢所需資料，獲取收集問題、分析問題、解決問題所需的知識和方法，從而提高解決工程實際問題的能力，同時培養(yǎng)學(xué)生的語言表達能力、創(chuàng)新意識和團隊合作精神。課程設(shè)計指導(dǎo)主要包括以下五個方面。

基本理論和設(shè)計方法指導(dǎo)。指導(dǎo)教師集中講解單片機項目開發(fā)相關(guān)理論、項目設(shè)計步驟和模塊化設(shè)計方法，并做好分類指導(dǎo)準備。學(xué)生應(yīng)根據(jù)所選項目需求，深入研究項目功能，學(xué)習(xí)相關(guān)器件的使用和設(shè)計方法。

查閱資料和確定設(shè)計方案。指導(dǎo)學(xué)生通過校圖書館書籍資料、電子圖書資料、論文期刊資料和互聯(lián)網(wǎng)等查閱與項目相關(guān)的資料，并能根據(jù)項目需求整理資料，提出設(shè)計方案。確定方案時指導(dǎo)教師要給予指導(dǎo)，進行修訂后，最后確定方案。

系統(tǒng)仿真設(shè)計。學(xué)生采用Proteus仿真軟件對項目電路進行仿設(shè)計真。通過仿真設(shè)計學(xué)生可以實時發(fā)現(xiàn)設(shè)計中存在的問題，并能方便地對項目功能模塊和電路設(shè)計進行修改和優(yōu)化，最終確定最優(yōu)的項目方案，為實際硬件設(shè)計做準備。

系統(tǒng)硬件設(shè)計。學(xué)生根據(jù)項目方案及仿真效果選擇元器件，繪制原理圖，生成PCB圖，在試驗板上進行功能測試，實踐能力較強的學(xué)生可以制作電路板、完成元器件焊接，最后進行系統(tǒng)調(diào)試和運行。

撰寫課程設(shè)計報告。設(shè)計報告應(yīng)包括項目設(shè)計方案、相關(guān)理論知識、系統(tǒng)軟件設(shè)計（軟件流程圖）、硬件設(shè)計（硬件原理圖）、系統(tǒng)仿真調(diào)試（記錄和數(shù)據(jù)分析）以及課程設(shè)計總結(jié)。要求學(xué)生按照統(tǒng)一格式撰寫設(shè)計報告，并準備答辯。

4 建立單片機課程設(shè)計考評體系

4.1 考評體系的構(gòu)建思路

構(gòu)建課程設(shè)計考評體系應(yīng)考慮以下幾個因素：①考核評價要與課程目標一致。對目標中的知識、能力和素質(zhì)進行檢驗與評價。②考核評價要貫穿課程設(shè)計教學(xué)全過程。每個教學(xué)環(huán)節(jié)都應(yīng)有相應(yīng)的考核環(huán)節(jié)，合理采用終結(jié)性考核評價和過程性考核評價。③考核評價內(nèi)容和方式多元化。多元化考核內(nèi)容應(yīng)包括基本理論和知識、綜合應(yīng)用能力、實踐創(chuàng)新能力、協(xié)作能力、科技論文寫作能力、語言表達能力等，多元化考核評價方式應(yīng)包括教師評價、講評，學(xué)生自評、互評等。考核中注重學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度、學(xué)習(xí)主動性、綜合素質(zhì)等，這樣更能客觀地反映學(xué)生的真實能力和水平。

4.2 考核評價環(huán)節(jié)、考核內(nèi)容的設(shè)立

在設(shè)立核評價環(huán)節(jié)和考核內(nèi)容時，應(yīng)將每個小組的整體表現(xiàn)及個人表現(xiàn)納入學(xué)生成績評定中，單片機課程設(shè)計考評體系設(shè)立了平時表現(xiàn)、課程設(shè)計報告、課程設(shè)計內(nèi)容和答辯四個考核環(huán)節(jié)，各考核環(huán)節(jié)的考核內(nèi)容、考核方式、權(quán)值如表2所示。

表2 各考核環(huán)節(jié)的考核內(nèi)容、考核方式、權(quán)值

4.3 成績評定方法

課程設(shè)計總評成績=平時表現(xiàn)成績×10%+課程設(shè)計報告成績×20%+課程設(shè)計內(nèi)容成績×40%+答辯成績×30%。

按上述考核評價方法計算出的課程設(shè)計成績，按百分制計量，而最終成績則采用五級分制：優(yōu)秀（90～100分）、良好（80～89分）、中等（70～79分）、及格（60～69分）、不及格（59分及以下）。

5 結(jié)論

工程教育專業(yè)認證背景下課程設(shè)計教學(xué)環(huán)節(jié)改革對于自動化類專業(yè)的建設(shè)具有重要意義。設(shè)計合理的課程主要教學(xué)環(huán)節(jié)質(zhì)量標準，建立科學(xué)的課程設(shè)計考評體系，注重過程指導(dǎo)及考核，堅持持續(xù)改進是實現(xiàn)工程教育專業(yè)認證“學(xué)生中心、成果導(dǎo)向和持續(xù)改進”3個基本理念的有效方法。通過課程設(shè)計教學(xué)環(huán)節(jié)全面改革，以點帶面優(yōu)化課程體系，全面達成“畢業(yè)要求”。