基于项目的单片机与传感器原理课程融合教学改革探索

刘钰 郭本振 王晓晶

摘要：该文在分析电子信息工程专业单片机课程与传感器原理课程教学过程中存在的现实问题基础上提出基于项目的课程融合教学改革思路。从培养方案改革入手构建课程融合体系方法，在实际教学中采用企业规范的项目开发流程完成单片机与传感器原理课程的项目式教学。

关键词：单片机；传感器原理；项目；课程融合

中图分类号：G642.3 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2014）23-5493-03

1 概述

单片机课程与传感器原理课程是电子类本科专业两门很重要的专业课。两门课程知识在实际工程中有着广泛应用，是构成电子类本科生知识体系的重要一环。目前，各类高校针对电子类学生普遍开设了该两门课程，在本科毕业设计、工程实践、各类电子竞赛中单片机与各类传感器的应用都十分普遍[1]。与此同时，在单片机与传感器原理课程的实际教学过程中存在实践教学内容较欠缺、课程内容相互割裂、无法真正做到培养学生综合能力等不足。针对这种现象，提出基于项目的课程融合教学改革的思路，构建课程融合改革体系，在实际实施中引入企业规范项目开发流程，切实提高学生专业综合素质水平。

2 现有课程教学中存在的问题

2.1 课程内容偏重理论知识

普通高等教育与职业教育不同，其自产生以来就采取了学校教学的形式，学生根据教师的讲授以记忆

理解知识为主；职业教育源于古代学徒制，以模仿和实践为主。虽然近年来普通高等教育为满足国家应用型人才培养的需求加大了相关专业课实验课以及实践类课程的比重但是仍满足不了社会对于人才综合素质的要求。

单片机课程和传感器原理课程是工程实践性质特别强的两门典型课程，教学过程包括理论教学与实验两部分，两者学时数约为3：1，理论教学学时比例过大。在单片机课程理论教学中，学生们着重于单片机内部构成原理与寄存器的学习记忆，单片机编程方面将学习的重点难点放在单片机汇编语言指令的记忆和运用上。传感器原理课程中教学重点是各种传感器的物理原理。在实验教学学时中多安排的是演示性实验，创新应用性实验比重较少。实践环节的薄弱导致学生在学完两门课程后并不能利用单片机完成一个完整的电子控制系统也没有动手实现过某类传感器的具体工程应用。

2.2 单片机课程与传感器原理课程相互割裂

单片机课程与传感器原理课程作为两门独立的专业课授课教师不同、教学计划不同有时甚至授课教师来自不同的学院。在这种情况下授课教师之间缺乏有效沟通，教学过程相互割裂，不能对两门课中的共有知识进行融合教学。

另一方面，单片机课程与传感器原理课程的融合教学又是十分必要的。在一个完整的电子产品中，普遍可以分为采集、处理、执行三大组成部分。而物理量和数据的采集离不开传感器知识，数字量的处理绝大多数可以由单片机完成。两门课程的割裂教学造成学生知识的孤立，最终导致教学质量的低下，学生不能形成系统的专业知识技能。

2.3 无法培养学生的综合能力

培养学生综合能力的目标是把学生培养成社会所需要的职业人，在高等教育教学中要树立能力本位的教育观[2]。所谓能力本位教育观，就是强调学习主题通过行动实现能力的内化与运用，综合能力体现在学生的专业能力、方法能力和社会能力三个要素的整合上。

目前的单片机课程与传感器原理课程由于各自实验教学环节较薄弱并且教学过程相互割裂最终很难实现培养学生的专业能力要求更谈不上综合能力的开发与培养。采用项目化教学、融合教学的方法使学生完成具体的电子产品开发任务，在完成任务过程中学生会熟练运用单片机课程和传感器原理课程知识，攻关项目过程中遇到的技术难题锻炼学生的方法能力，项目过程中的技术交流、文档评审锻炼学生与人交往的社会能力。总之，在以项目为基础的课程融合教学过程中与普通教学过程相比更有助于提高学生综合素质水平。

3 基于项目的课程融合体系构建

基于项目的单片机课程与传感器原理课程融合教学需要从思想观念、培养方案、教学标准等各方面进行改革。在项目化课程运行过程中引入企业规范化项目管理方式也是十分必要的。

3.1 转变思想观念

首先学校教学部门、任课教师以及学生都要突破传统的教育、学习观念。学校主管教学部门应修订改革相应文件优化现有的教师教学质量评价体系，鼓励教师打破传统课堂教学模式，采用灵活多样的教学方法。任课教师要适应项目化的、融合化的单片机与传感器教学形式，积极提高自身知识、业务水平，学习培养项目化教学中所需要的管理统筹能力以及技术攻关的方式方法。任课教师间充分沟通交流，使两门课程在充分融合的前提下展开。学生应在教师引导下积极适应新的教学方法，有的学生面对有挑战的项目任务难免有逆反情绪，教师应予以积极沟通引导。

3.2 培养方案优化

培养方案包括了相关专业本科教学的培养目标、主要课程以及课程安排等内容。实现单片机课程与传感器原理课程项目化的融合教学必须要从培养方案上进行优化。以我院电子信息工程专业为例，应将两门课程的教学安排在一个学期进行，这是进行融合教学的前提条件。在教学形式上可采取理论课单独进行、实验课统一进行的方式，这是融合教学的形式基础。另外在教学过程融合基础上两门课程的教学评价体系也应该相互融合，学生可以在完成一个整体设计项目的前提下通过两门课程的联合考核。

3.3 引入企业项目管理模式

以项目为基础的单片机课程与传感器原理课程的融合必须以工作任务作为两门课程内容的核心，在明确实际项目运行过程的基础上结合学生能力水平对项目内容和执行流程进行合理编排。不同于传统的教学与学习，学生的学习对某一门学科是不完整的，但对每一个行动来说却是完整的[3]。项目的执行作为一个完整的行动必须在一定的规范下进行。普通教师不具有公司工作经验与项目管理经验，但是一些公司的产品开发规范性流程文档还是可以进行借鉴与学习的。在项目化课程中融入企业规范开发流程有助于学生培养严谨的学习工作作风，使学生提前熟悉实际产品开发，有利于保证项目课程的高质量完成也切实有助于提高学生综合能力水平[4]。

4 基于项目的课程融合实施

在思想观念转变、培养方案优化基础上将基于项目的单片机课程与传感器课程融合教学拟在我院电子信息工程专业进行试点实施。

4.1 教学实施

单片机课程和传感器原理课程安排在电子信息工程专业大二下学期进行，两门课程都为72学时，其中理论学时54，实验学时18。依据项目化的单片机与传感器原理课程融合教学的要求，调整理论学时为36，基础实验+课程设计共36学时，大大增加课程中实践动手环节的课时量。两门课程任课教师在开课前共同制定教学资料，包括教案、教学计划等，充分沟通使两门课程相互衔接、环环相扣。理论教学与基础实验由各任课教师单独组织，课程设计阶段两门课程任课教师要共同指导学生完成。

4.2 项目确定

课程设计是课程教学的重要部分，该阶段体现了单片机课程和传感器原理课程的充分融合，也是提高学生综合能力水平的重要环节。课程设计的过程是以项目为基础的，所谓项目是指一系列独特的、复杂的并相互关联的活动，这些活动有着一个明确的目标或目的，必须在特定的时间、预算、资源限定内，依据规范完成。课程设计阶段要求学生完成特定的题目，在开始实施前要进行开题答辩，答辩要包括题目的意义与目标、项目进度安排、物料预算、重要风险评估[5]。通过开题答辩避免学生带着疑问盲目开工，教师也可以对学生错误的思路进行及时纠正。

项目题目教师应给出一定数量的参考题目，学生可以以参考题目为基础进行扩展，当然参考题目应能尽可能多的涵盖单片机课程以及传感器原理课程的重要知识点。例如我们给学生的参考题目之一是“基于单片机的可燃气体报警器设计”，学生在该题目基础上扩展并通过答辩确定了“家庭空气环境监测系统设计”，与参考题目相比学生自己增加了空气温湿度传感器、PM2.5传感器。这种方法有助于提高学生积极性与自主性，从选题开始就让学生积极参与其中。

4.3 企业规范化项目流程实施

项目的实施过程都依据企业的规范化项目流程进行。这包括人员分配与岗位职责、项目流程文档、项目过程监督等。我们引入华为公司IPD产品开发流程，在此流程基础上根据学校与学生实际进行了合理简化。一个完整的电子项目项目组包括项目组长、硬件开发人员、软件开发人员、测试人员这几个基本角色。我们将学生按5-6人进行分组，每个学生按其能力水平分配不同的角色。将整个项目分为概念、开发、测试几个阶段，每个阶段都需要相应的规范化文档进行质量保证。例如在项目开发阶段需要学生输出产品详细设计文档、产品测试用例文档等。通过项目文档并配合项目组例会等活动锻炼了学生沟通合作的能力，也打实单片机和传感器课程的专业知识。

4.4 课程评价体系

课程评价中课程设计环节占整个课程的40%。学生完成课程设计后需要进行结课答辩，实际对作品进行演示。教师根据学生作品的完整性与答辩情况给予项目组等级评分。优秀的作品将作为展示品进行学院展览，让学生在整个过过程中获得一种成就感。项目进行中以学生动手解决问题为主，教师只在项目进行不下去时给予指导。

5 结束语

基于项目的单片机课程和传感器原理课程融合教学代表了以行动为导向教学模式下的一种核心教学理念，真正发挥了学生作为学习主体的教学思想。该模式课程改革的探索符合科学发展观的要求，满足了电子信息工程专业课程改革实践的深层次要求，有助于提高单片机课程和传感器原理课程教学质量，有助于全面提高学生的综合素质水平，进一步激发学生的学习积极性。

参考文献：

[1] 余蓓敏.PROTEUS在单片机教学中的应用[J].电脑知识与技术，2014（18）.

[2] 耿淬.电子技术项目课程开发的研究与实践[J].中国电力教育，2008（7）：105-106.

[3] 吕新荣.面向IT职业岗位的项目课程改革实践[J].科教文汇，2008（12）：45-47.

[4] 高月春.教学模式转型下的电工电子实验教学[J].教育教学论坛，2014，（22）：37-38.

[5] 李庭贵.单片机应用技术及项目化训练[M].成都：西南交通大学出版社，2009.