以能力為導向的單片機綜合實踐課程改革設計

巫肇彬，李福章，張守峰，潘盛輝，張玉薇

（1.廣西科技大學 自動化學院，廣西柳州 545006；2.廣西科技大學 電子工程學院，廣西柳州 545006）

隨著電子技術的快速發展，智能化技術越來越普及。單片機因功能強、成本低、易擴展等特點，被廣泛應用于汽車電子、智能家居、醫用設備等諸多領域。因此，有必要加強單片機課程教學的改革，以提高從業人員對單片機的應用能力。此外，作為工程實踐性較強的單片機課程，基于以學習產出為目標的OBE 教育理念[1-2]，踐行新工科工程教育改革的新方向[3-6]，構建切實可行的單片機實踐課程教學體系，是培養具有工程能力的單片機應用人才亟待解決的關鍵問題[7]。

目前，單片機課程以理論教學為主，以驗證性的實驗為輔，此類模式并未突出單片機實踐課程的屬性，教學效果并不理想[8-10]。隨著各種實踐課程教學的持續改革以及工程人才培養的標準化[11-13]，單片機課程教學也要強化實踐環節的開展[14-15]。傳統單片機綜合實踐課程教學內容陳舊，實踐方法落后，并不能達到使學生熟練掌握單片機應用能力的目的。因此，需要采取有效措施來解決這一問題。

本文主要從單片機綜合實踐方面來探討單片機課程的實踐教學方法，以期通過教學模式的改革，提高學生學習的積極性和創造性，讓學生加深對單片機基礎理論的理解并能夠熟練應用。

1 改革目標

以能力為導向的單片機綜合實踐課程改革，強調在教師的引導下，學生圍繞具體能力要求，通過對實踐教學資源的加工與應用，進行自主探究性設計和互動協作的實踐，掌握單片機的應用技能，達到工程設計能力提升的目的。在實現能力要求的同時，教師注重培養學生實踐能力和團隊協作能力，突出以用促學、學以致用以及學用互動思想，促進學生知識、能力、素質的全面發展。

2 改革內容與方案

2.1 構建實踐教學知識體系，建立設計指導手冊、實踐案例庫、綜合設計題庫等實踐教學資源

本課程面向對象主要為電子類專業的學生，進行單片機綜合實踐時，學生已經學習過單片機原理及應用、單片機原理及應用實驗等課程，具有一定的基礎。同時，考慮課程學時有限，教師需要兼顧課程知識的基礎性和前沿性、理論性和應用性。在教材《新概念51 單片機C 語言教程——入門、提高、開發、拓展全攻略（第2 版）》的基礎上，教師擴展能反映單片機綜合應用設計的最新應用、理論與應用相結合的課程實踐教學資源。

（1）編寫基于Proteus 和Keil 的課程實踐設計指導手冊。指導手冊既包括以掌握基礎知識為主的驗證性實驗，又包括解決具體單片機系統工程問題以提升學生知識綜合應用能力的設計性和綜合性實驗，還包括解決社會實際問題的工程性案例。教師借助指導手冊，一方面可增加學生課后訓練環節，增強學生實訓實踐能力，提高學生對知識的應用能力；另一方面可為有效開展能力導向的實踐活動提供較好的電路設計及編程指導。

（2）參考其他教材和資料，結合課程體系和單片機系統的應用領域，開展實踐教學案例庫建設。實踐教學案例庫涵蓋單片機系統應用中常見的特色案例，包含實踐過程中系統建模、分析、電路設計、編程等綜合知識。

（3）結合課程知識體系，把反映嵌入式系統最新發展及應用，且與現有課程知識較好銜接的前沿知識，融入多領域的應用背景，形成綜合設計專題庫，體現知識的擴展性、延伸性、交叉性和工程綜合應用性。

2.2 設置實踐能力要求

（1）教師結合單片機綜合設計課程實踐體系與能力導向教學法，分析學生創新能力培養過程中知識積累階段、理論應用階段和創新實踐階段目標的特點，各階段對知識、能力和素質的要求，以及各階段之間的關系。

（2）根據上述特點，教師利用教學案例、專題和課題，進企業調研，邀請企業工程師進校進行相關崗位能力要求的講解，注重能力導向，從不同角度、不同難易程度設計不同的能力要求，如圖1 所示：

圖1 不同能力要求示意圖

2.3 研究制定多元能力導向的實踐教學實施模式

學院分析不同能力要求的教學模式對學生學習思維和能力培養的作用；基于校企合作協同育人基地，引入電子工程師、嵌入式工程師、PCB 工程師等企業崗位要求，邀請企業工程師到校座談交流，結合能力要求、學生的認知程度與能力基礎，參照嵌入式系統開發流程，制定有效、可行、多元的能力導向實踐教學實施模式，如圖2 所示：首先，通過視頻或者實物向學生講解與單片機應用相關的科研項目、競賽或者畢業設計作品，激發學生學習興趣；其次，對學生基礎能力進行初步摸底，對學生進行簡單的測試，并根據學生能力進行分組；再次，根據摸底情況，為基礎能力不同的學生分配不同的題目，提出不同的能力要求；最后，引導學生進行課題設計，逐漸增加難度，充分培養學生的動手實踐能力。

圖2 教學實施模式

2.4 制定融入學科創新競賽要求和企業崗位要求的能力導向評價體系

教師通過分析在不同能力導向下的教學模式，發現學生能力培養的影響因素，引入學科創新競賽要求、評分標準，細化綜合設計中方案、硬件、軟件、系統調試等方面的評分細則，結合企業的單片機工程師等工作崗位要求，將各方面因素合理統籌，納入評價體系，制定多元化的評價體系，激發學生的創新思維和創新意識。

為了提高學生的團隊合作能力，在項目小組中，每個小組成員負責不同的功能模塊，最后進行項目整合。課題完成時，教師要求學生提交完整的仿真電路、制作的硬件實物以及實踐設計論文等內容，并參照學科競賽評分標準，按企業崗位要求進行評分。對每組成員進行單獨答辯提問，對每名學生的能力單獨給出評價。

3 結語

以能力為導向的單片機綜合實踐課程改革設計，構建實踐教學知識體系，建立設計手冊、實踐案例庫、綜合設計題庫等實踐教學資源，制定實踐能力要求，設計多元能力導向的實踐教學實施模式以及融入學科創新競賽要求和企業崗位要求的多元評價體系，提高了單片機綜合實踐課程的教學質量，強化了學生工程實踐能力的培養，為學生開展其他工程實踐課程的學習奠定了良好的基礎，對其他實踐類課程的改革起到一定示范作用。