结合单片机课改与卓越工程教育的探讨

罗国　黄丽华（中山大学南方学院，广东广州510970）



结合单片机课改与卓越工程教育的探讨

罗国黄丽华
（中山大学南方学院，广东广州510970）

摘要：单片机是在各种学科竞赛以及电子元器件制作中最常用的主控芯片，而传统的单片机课程与社会工程实践要求存在差距。结合当前工程应用的特点，改变单片机教学方式，以工程案例为主线，从理论讲解、实验操作以及课程考核三个方面提出改革方案以培养应用型人才。

关键词：单片机；课改；工程应用

一、绪论

培养人才为社会提供服务是高等教育的重要职能之一，作为理工学科，在理论教学的同时，应该注重学生实践能力的培养，为国家输送具有工程实践能力的人才［1］。从国家层面来看，教育部决定实施“卓越工程师教育培养计划”，以实际工程应用为背景，以工程技术为主线，紧密结合企业人才需求，着力提高学生的工程意识、工程素质和实践能力。总体来说，卓越工程师的核心目标是培养学生的工程应用能力以及学科创新能力，而这部分也恰好是高等教育最难以攻克的环节之一，究其根本原因，主要有如下几点：1.工程实践过程的问题，通常难以体现在课程讲学中，不仅是课本不能实时更新最新工程实践的问题，而且对教师来说这类问题也难以解答；2.课堂教学偏向于理论为主，难以施展学生对课程实践操作能力；3.对于工学类的专业来说，实验室是工程实践教学的最好场所，然而实验室存在管理方面的不足将会限制工程教育的实施。在高等院校中，《单片机原理与应用》是深受学生欢迎喜爱的课程，主要是因为这门课实践应用性比较强。在电气类的学科竞赛中，单片机是最常用的芯片，因此学完《单片机原理与应用》这门课之后，可以让学生获得学习的成就感。在卓越工程师培养的背景下，为了迎合工程素质培养的要求，文章从理论讲解、实验操作以及课程考核三个方面提出了单片机课程改革的方案。

二、卓越工程师教育的必要性

高等教育长期以来脱离社会经济发展需求，以至于刚毕业的大学生从学校环境到工作场合的衔接比较困难，企业需要对他们进行职业培训之后才能适应工作环境［2］。当前的教学环节中，理论性的讲学比较多而综合类实训比较少，学生不能系统地学习并且应用整个大学所学的知识。卓越工程师的工程应用能力是指学生在工程实践应用中表现出来实际解决工程问题的能力、判断分析问题能力和协调合作能力。在培养卓越工程师的能力过程中，应该侧重以下几个方面：1.遵循职业道德和职业价值观能力；2.独立获取知识与具备终生学习能力；3.思维判断与科学分析能力；4.工程综合设计与实施能力；5.人际沟通与社会协调合作能力；6.创新与创造能力［3］。

三、单片机课程改革研究思路

（一）课程改革理念

在卓越工程师的培养模式下，单片机课程改革应该以工程实践应用为核心，以企业项目驱动为基本为方法，以为企业提供实战经验型人才为重点，以企业学校共创课程实验室为基础，以富有研发经验的教师团队为支撑。在当前企业应用需求模式下，根据学生的学习掌握能力以及知识接受能力，合理地分配项目工作量，这也就意味着教师应该具备完整开该项目的能力，能够充分调动学生参加的积极性。

（二）项目驱动教学内容

单片机作为一款主控芯片，在生活领域的电子产品中通常可以看到它的应用，如工业自动化过程的实时监控与数据处理，计算机网路的数据通讯与传输，机器人的避障与路径识别等。从整体的角度来看，以一个或者两个项目案例作为课堂教学的主线，并且告诉学生学完单片机这门课之后，能做出哪些相关的作品。在实际教学过程中应该穿插单片机在项目中的应用，分析单片机知识点在项目系统中的具体作用。

四、课程改革主要内容

表1　实验进度与内容安排

（一）理论教学改革

单片机作为一门交叉性比较强的课程，在本科教学中具有承上启下的作用，综合了电路分析、C语言、模拟电子技术、数字电子电路和电子工艺等相关课程。因此在理论教学的过程中，必须结合上述课程的知识点讲解。

为了在课室里更加方便直观地讲解单片机的内容，理论讲解过程中需要结合集成开发软件keil和电路仿真软件Protues，在学生的头脑中形成一种对单片机的初步感性认识［4］。Proteus软件不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。它是当前最好的仿真单片机及外围器件的工具。在Protues绘制电路图之后，调用已在keil软件编译好的二进制文件，可以在Protues的电路图中看到模拟实物运行状态和过程。在理论课堂上，围绕着单片机的电路分析在整个项目设计中具有重要的意义，Protues仿真的应用可以让学生直观形象地看到单片机外围电路运行的状态，激发学生学习创作积极性。但是在使用protues仿真软件过程中，一定要跟学生强调的是在仿真软件下单片机可以不接复位电路与晶振电路，但是实际应用中一定要接入［5］。

（二）实验教学改革

在工程教育指导下，实验教学环节变得尤为重要，实验课时的安排与实验内容分配是否恰当都直接影响了学生的是否具备项目工程开发的能力。从课程操作层面上来看，仿真软件不能锻炼学生的硬件调试排错能力。此外，单片机实验课的实验内容安排处于两极分化状态：一种情况是实验内容过于简单，学生可以用很短时间之内可以完成，达不到工程教育的效果；另一种情况是实验内容过于复杂，可以让学生达到创新效果，但是只有极少数的学生才能在课堂上完成，不适合大部分学生的实验训练，创新实验会降低大部分学生学习的积极性。

针对上述的问题，提出一种渐进式实验教学方式，并且根据实验内容做一套实验箱。渐进式实验教学方案由基本实验与创新实验两部分组成，其中基本实验由简单的电路与简单的程序完成，创新实验是在简单程序电路的基础上，进行深入的引导开发，从而降低了创新实验的难度，适合大部分学生创作。

（三）课程考核改革

单片机作为一门实用性较强的课程，考试成绩不能真实反映学生的开发能力［5］。单片机课程改革应该在考试的基础上添加课程项目设计，考核计算方式由平时实验考勤（40%）+考试（25%）+课程设计作品（35%）。在工程教育模式下，课程设计以小型的应用类项目为主，课程设计题目包括如下：1.节能饮水机；2.车轮测速表；3.多人抢答器；4.无线传感网络；5.超声波测距；6.智能充电器；7.多路温度采集系统；8.制作键盘，模拟计算机键盘128个按键。

五、结束语

文章结合了本科院校的单片机课程以及其相关课程的特点，从培养卓越工程师的角度出发，提出了单片机课程改革的措施。结合当前的项目案例，培养学生的创作创新能力，提高学生的综合分析解决问题能力，增强学生对电子类科学技术的兴趣，以全面实现面向工程应用的高技术应用型人才培养。

参考文献

［1］杨智，陈荣军，许清媛，等.电子信息类卓越工程师培养模式探讨［J］.武汉大学学报，2012，58（S2）：9-12.

［2］王洪涛，何益宏.基于CDIO工程教育模式下《单片机原理及应用》课程教学研究［J］.重庆文理学院学报，2011，30（5）：91-95.

［3］洪晓波.卓越工程师工程能力的构成及培养路径［J］.当代教育理论与实践，2013，5（4）：43-46.

［4］沈显庆.培养“双师型”人才实践教学体系的构建［J］.实验室研究与探索，2009，28（7）:122-127.

［5］朱敏杰，罗珩，余亚东.改革单片机教学培养应用型人才［J］.实验室研究与探索，2012，31（2）：144-147.

Abstract:Micro control unit is most commonly used as master control chip in various electronic competition and production of electronic components，but there is a gap between traditional micro control unit courses and the demands of social engineering practice. Combining with the characteristics of the engineering application，regarding engineering cases as the main line to change the way of MCU teaching，the curriculum reform is proposed to culti原vate applied talents from theoretical explanation，experimental operation and course assessment.

Keywords:micro control unit；curriculum reform；engineering application

中图分类号：G642

文献标志码：A

文章编号：2096-000X（2016）11-0154-02

作者简介：罗国（1988-），男，广东梅州人，硕士研究生，助教，研究方向：单片机应用、嵌入式系统和LABview开发。