基于单片机课程教学体系改革的人才培养

王 玲，李建伟

（河南农业大学 机电工程学院，河南 郑州 450002）

“卓越工程师教育培养计划”是《国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010-2020年)》中关于高等教育质量提升的重要内容，于2010年6月正式启动.作为教育部组织实施的一个国家重大项目，“卓越工程师教育培养计划”旨在为我国应对经济全球化的挑战，适应经济社会发展需要，走新型工业化发展道路，建设创新型国家和人才强国的战略，培养一大批具有国际竞争力的高素质工程人才[1，2].

农业工程技术是综合应用工程、生物、信息和管理科学原理与技术而形成的一门多学科交叉的综合性科学与技术[3].呈现出二个特点：①工程技术新成就的综合应用，使农业工程向大型化、密集化、自动化方向发展.②工程科学与农业生物科学的紧密结合和相互渗透.

单片机已广泛应用到家用电器、工业控制、军事、通信、仪器仪表、航空航天等领域中，在精细农业及农业智能化发展进程中发挥着举足轻重的作用，因此，单片机课程不仅是全国高等农业院校电气电子、机电、自动化、测控等许多农业工程学科的必修课程，也是培养“卓越计划”创新型农业工程技术人才的一门重要课程.

1 单片机课程的特点及现状

作为农业工程学科的创新实践课，单片机课程的特点如下：实践性强，单片机课程本身侧重于具体技术在工程中的应用；技术更新快，单片机的性能不断提高、功能不断加强、类型更加多样；综合性强，单片机课程综合之前的基础课如“模拟电子技术”、“数字电子技术”、“电路基础”、“计算机编程语言”和专业基础课如“微机原理”、“电子CAD”、“电子仿真技术”等，并且以这些课程为基础，是综合性较强的课程；创新性大，单片机课程可以加上同学们的创意把之前所学课程的珠子串成线，开发可应用的作品.

单片机课程在本校机电工程工程学院已经开设了二十几年，是电子专业的必修课和机械制造及其自动化和农业机械专业的选修课.目前，该课程存在如下问题：教材内容相对滞后，以往采用的教材大都是基于传统的8051单片机进行编写的，而同学们若进行较实用系统的开发，则需要用到16位、32位单片机，如STM32系列ARM单片机；教学方式陈旧，传统的教学方式以教师讲授为主、学生上课认真听课，课下配以一定学时的实验，这样的教学方式使得教师与学生的互动性较差，理论与实践之间有一定的时延，且重理论轻实践；学时较短，单片机开发涉及到裸机、操作系统等大量知识的累积和储备，及外围传感器的知识，需要同学们有较多的学时慢慢消化所学内容.因此，如何利用好课堂教学、课程设计及毕业设计来提高同学们的工程创新能力是急需研究的内容.

2 单片机教学体系

2.1 教学改革的思路

主要以卓越工程师培养要求为依据，以提高学生工程素质和创新能力为目标.根据学生的实际条件因材施教；以工程实践训练为支撑，提高学生的实践能力和创新能力.

2.2 五位一体的教学改革实践

单片机课程的授课及创新实践包括5个环节，其中单片机课程包括3个环节：课堂教学，课程实验和课程设计；基于单片机的创新实践包括2个环节：毕业设计和创新创业竞赛.

课堂教学是基础，是知识积累及培养学生学习兴趣的过程.[4]课程实验是衔接点，通过锻炼学生的动手实践能力及程序开发实力为以后的系统开发奠定基础；而课程设计是初次系统开发，培养同学们从系统工程角度来完成一个作品，同时也检验了理论和实践知识的掌握情况.这3个环节虽是单片机课程的全部学习内容，只有做好每一个环节，才能为创新实践打好基础.同学们在接下来的毕业设计和参与创新创业竞赛环节步步提高，才能培养出符合卓越工程师标准的人才，才能在工作岗位上参与或独立研发基于单片机的智能系统.因此卓越工程人才培养需要需紧密围绕着这五个教学改革实践环节来进行.

2.2.1 理论教学改革

2.2.1.1 单片机开发产品展示

在讲单片机的绪论时，可以给同学们展示一些前几届学生用单片机完成的毕业设计作品和参加创新创业大赛的作品，让学生直接接触到单片机的实际作用，通过介绍单片机在家用电器、工业控制测量及其在智能化方面的应用，使学生了解单片机的核心作用及在整个专业体系中的作用，从而激发他们的学习兴趣.

2.2.1.2 在开发板上进行课堂教学

传统的单片机教学是同学们上完课后再作实验，已不能适应单片机的课程教学体系，因此，通过选择合适的单片机开发板，来完成课堂教学现场演示.通过编写程序，调试程序、下载程序以及演示效果，使学生有直观的感觉，从而可使教学效果事半功倍.

2.2.1.3 选用C语言作为开发语言

同学们普遍反映在学习微机原理课程时，已被汇编语言所难倒.众所周知汇编语言抽象、晦涩难懂，对于较长的程序，学生更是难以理解.c语言是一种编译型程序设计语言，它兼顾了多种高级语言的特点，并具备汇编语言的功能.目前，使用c语言进行程序设计已经成为嵌入式软件开发的一个主流.用c语言开发系统可以大大缩短开发周期，增强程序的可读性，便于改进、扩充和移植.

2.2.2 课程实验改革

传统的实验学时是10个学时，同学们可作5个实验项目，显然通过实验同学们所能获得的知识是有限的.同学们普遍有计算机，因此，自发团购了开发板，通过USB接口下载程序，使用特别方便.这样同学们的作业也就是试验内容.这样增加同学们动手实践的时间，可以边学习边实践，不再受实验场地和实验时间的限制.

2.2.3 课程设计改革

在单片机所开发的产品展示后，我就布置课程设计的任务是一人一题，开发自己的产品，因为在之前和同学们接触中，了解每个人心中都有一个小小的专业梦想，那么可以通过课程的学习及课程设计这个环节，把它变为现实.如农业工程学科的同学们大都来自农村，他们的梦想就是一个个的创新点，通过鼓励他们一点点去完成作品，也使他们的专业知识越学越扎实.在课程设计答辩中，要求有创意点来源介绍、proteus软件仿真及实物展示等.一些同学们的作品较大，暂时还未全部实现，可以作为毕业设计题目继续完善及实现，一些有较大创新的作品，可以推荐参加一些如挑战杯、联网创新创业大赛、节能减排大赛等.

2.2.4 毕业设计环节

近三年我系的毕业设计中，用到单片机的高达80%，一些同学通过自选题目的形式来继续单片机开发.在毕业设计时，同学们综合了三年的知识，结合当前社会的热点，独立完成毕业设计.多数同学会终身受益，作为教师一定要为学生提供一定的条件和设备，并给与积极有效的指导.同学们已有之前单片机教学中的系统化训练，可以学习用较复杂的单片机开发较大的系统，包括上位机的程序开发，和下位机的硬件设计，以及上下位机的远程控制，即上位机用于显示和控制，下位机采集现场数据、控制现场设备，毕业设计内容涉及到软、硬件技术、上位机高级语言编程、远程通信、通信协议、单片机开发技术、控制理论、传感技术等.

2.2.5 创新创业环节

本着“培养创新性人才”的宗旨，服务“卓越工程师”培养计划，完善“核心课程建设”成果，我院已设立大学生科技创新工作室.工作室是学生开展创新实践、科技竞赛、创意创业等活动的基地，是学生自己的实践和创意工厂.工作室为学生提供了种类齐全、先进适用的各种仪器设备以及良好的学习环境，学生可以充分发挥自己的聪明才智，进行创造性学习和科技发明、制作活动.学校为进一步鼓励教师、学生积极参与学术科技竞赛活动，培养创新精神、创业意识和实践能力，提高学生综合素质，学校已颁布《大学生课外学术科技创新活动奖励实施办法》，每年学校有实验室开放课题及创新创业课题可供同学们选择.学院还专门成立了“卓越工程师”培训班，以提供不同专业的同学间互相交流、互相学习.我系的创新创业项目90%是基于单片机系统开发的，因此，同学们也积极钻研单片机相关知识，一些同学从大一就开始自学单片机.目前，单片机自学的教材、视频等内容非常丰富，也为同学们提供了便利条件.

3 结束语

农业工程学科因专业特殊,更需要卓越工程技术人才,才能满足当前的就业需求.通过五位一体的基于单片机的教学体系训练，同学们可以参与或独立开发系统，为同学们以后的工作奠定良好的基础.

〔1〕林健.“卓越工程师教育培养计划”专业培养方案研究[J].清华大学教育研究，2011，32（2）：47-55.

〔2〕周元哲，王陆海.西安邮电大学卓越工程师人才培养模式的探索[J].教育教学论坛，2012(29)：37-38.

〔3〕朱明.加强农业工程技术集成，推动农业现代化建设[J].世界农业，2013（12）：199-201.

〔4〕王玉昆，张勇.检测技术课程改革与卓越工程师能力的培养[J].鞍山师范学院学报,2012，14(4):71－74.