基于开放式工程项目化的单片机教学改革与实践

徐静云，李祖欣，蔡志端

(湖州师范学院 工学院， 浙江 湖州 313000)

基于开放式工程项目化的单片机教学改革与实践

徐静云，李祖欣，蔡志端

(湖州师范学院 工学院， 浙江 湖州 313000)

针对工科“学以致用”型人才的培养需求，为了改善教学效果，将电子行业中工程项目产品研发流程与单片机教学有机结合，提出一种新型的开放式工程项目化的单片机实践课程教学模式。在此基础上，设计并实践该模式下的教学思路、教学内容、教学方法和保障措施。结果表明，该模式的课堂教学能激发学生的学习兴趣，并与企业工程项目研发设计流程无缝对接，能有效培养学生面向工程的应用能力和创新能力。

单片机；工程项目化；教学改革与实践

一、引 言

目前高等学校的工科人才培养比较偏重于知识型和研究型，而应用型人才的培养，还是处于比较薄弱状态。而一些战略性新兴产业对技能型人才和应用型人才的需求却日益增加，整个社会的人才培养结构与社会需求结构不够协调[1-3]。为了加强应用型人才的培养，对于工科培养体系中实践性强的课程进行教学改革，以做到让学生学以致用，并与企业工程项目研发设计流程无缝对接，是值得深入探讨与实践的事情。

“单片机原理与应用”课程作为自动化、物联网工程和机械电子工程等专业基础课，该课程是典型的理论与实践紧密结合，突出动手能力的课程[4]。学好用好单片机关系到 “嵌入式系统与应用”和“DSP原理与应用”等后继课程的学习，关系到毕业设计选题和电子设计、智能汽车等学科竞赛。因此，做好“单片机原理与应用”课程的教学，对其它实践性课程具有示范效应，对培养应用型人才具有重要的意义[1]。

二、课程内容与教学现状

“单片机原理与应用”课程不仅要求学生掌握理论知识和动手技能，也要锻炼学生的独立思考和解决工程问题的能力，是一门“手艺活”。虽然该门课程已开设多年，取得了一定的成效，但是在课堂教学过程中还存在着以下的问题有待改进[5-8]：

(一) 教材中教学内容有待进一步按工程项目形式进行优化设计

单片机传统教学中，一般按教材内容的章节顺序进行授课，通常在第4章汇编语言设计结束后才开始安排做实验。另外，较多教材汇编内容过多，工程项目以C语言编程没有或者过少。这种教学内容与工程实际开发应用、理论与实验、教师教与学生自主学习之间均存在着不同程度的脱节或者不协调。

(二)适合工程教育的教学方法有待进一步深化改革

传统的单片机教学一般先理论学习、后实践应用，以课程内容结构为主线，实验课与理论课分段开设，内容联系不够紧密，再加上单片机本身的抽象性，使得这种模式的教学效果一直不太理想。受限于本课程的特点和教学学时数影响，教师讲授内容偏多，学生动手能力没能有效锻炼。在培养现代工程技术人才过程中缺少工程理念和实践的教学。

(三)学生的学习能动性有待教师的进一步引导

本课程的特点是知识面广、信息量大、理解与记忆难度大，只有入门了，后续课堂才能发挥学生的主体性。通过近几年的课程教学发现，不少学生因为没有及时或真正入门，导致软件实践应用能力不高，从而影响学生学习兴趣，阻碍学生的思考问题、解决问题的能力提高。

(四)实践训练不能反映企业研发的工程实际情况

项目开发方面教学不够规范，学生实践训练缺乏工程项目理念，缺少见识企业研发流程与管理。本课程重在技能培养，学生还必须建立“工程项目”意识，才能实现项目的规范开发，否则会导致后续学习过程中出现一系列的问题。

三、改革内容和实践措施

针对上述问题，为了实现工科学生“学以致用”型人才的培养需求，本文尝试将电子行业中工程项目产品研发流程与单片机教学进行融合，设计并实践了在该模式下的教学思路、教学内容、教学方法和保障措施。

(一)探索工程项目化教学内容的设计与优化

1.教学内容按工程项目化来管理

将单片机课程教学内容的各个知识点按行业实际研发流程进行工程项目化编排，形成一系列既独立、又相互紧密联系的工程项目。因为本课程注重学生专业技能的培养，结合实际产品和应用背景的工程项目，学生才会建立行业工程项目的管理意识，才能实现项目的规范研发。

2.项目编排中教学规律和创新空间的体现

项目涉及的单片机应用知识点要适当，应涵盖教学大纲的基本知识点，但又不能局限于这些知识点。在任何一个项目的实施过程中，都不能强调对特定知识点的应用，而是应鼓励学生自由决定，选择自己最擅长的技术。每个项目都按照基本技能、扩展需求、创新设计三个层次进行编排，既能满足不同层次学生的学习要求，也能构建更加完善的开放式的创新学习空间[5]。

3.教学安排以工程项目为单位进行组织实施

教学过程中突出项目的地位，以工程项目为核心，知识讲授、技能训练围绕工程项目服务的教学理念，即在教学过程中，通过讲解工程项目实施流程，相关知识点服务于工程项目，重点关注的是项目的实现，而不是脱离实际应用的理论知识点传授。让学生担任产品研发工程师的角色，通过项目的开发流程，主动地消化相关的知识点，掌握相应的研发技能，从而使理论与实践有机结合在一起。

(二)研讨开放式的教学方式

1.第一课堂教学的开放性

课堂内教学改革，首先是体现了教学知识点的开放性。采用项目化教学，知识点主要来自章节内容，但并不局限于章节内容，它更多体现了行业中电子产品研发的流程，知识点只是项目管理中用于完成项目开发所运用的技术支撑。这样改变了传统的按章节内容先理论后应用、先讲解后实践、理论与实验分段错时的现象。即以“项目引入→项目分析→功能分解→知识点串讲→实践应用→平台构建→项目开展→项目完成”的一系列教学活动[5]。这种教学方式使学生的角色转变了，即以一位电子研发工程师的角度来研究问题。在此过程中，教师应注重引导，引导学生进入探究学习、自主学习的状态，让学生在做中学、学中做，体现工程的实践性。教师引导可从课堂教学引导、实践平台引导、课外成长引导、能力评价引导、环境氛围引导，引导学生专业成长成才。例如在定时器/计数器这一章，开放式工程项目化课堂教学流程与可采用的教学方法示例图如图1所示。

图1 开放式工程项目化课堂教学流程与教学方法示例图

其次体现了课堂教学方式的开放性。工程项目流程中最重要的环节即是项目分析，这使得教师和学生都具有平等的主体地位，项目分析过程变成大家献计献策、汇集思路的过程，因此开放的师生关系，会使教学气氛更民主化；在项目实施的过程中，一是教师引导学生自主思考指导学生的探究活动，二是学生在“做中学”激发学生的兴趣，三是项目实施教学易于采用参与式、启发式、探究式、讨论式等教学方法的采用。因此开放的教学过程，使“教师为主导，学生为主体”得到充分体现。

2.第二课堂实践的开放性

改革单一的课堂教学，外延至课外。其一是项目内容的开放性安排。每个项目都按照基本技能、扩展需求、创新设计三个层次进行编排，除基本技能、部分扩展需求安排在课堂内教学外，另外部分扩展需求及创新设计部分安排在课外实施，满足不同层次学生的自主选择的需求。其二是团队协作，具有开放的自由探索空间。工程项目中部分综合性、设计性的大项目可采用团队形式完成。学生可3～5人组成项目开发团队，在规定的时间内需完成研发。这种形式既培养了团队协作精神，也锻炼了学生的自主学习能力。

3.建立与之匹配的基于开放式工程项目化教学的课程考核机制

为了配合开放式工程项目化教学，需彻底改变原来以期末考试和平时成绩(出勤、课堂表现、作业和实验报告等)六、四开的考核方式。基于过程与项目的考核机制的原则是关注学生课堂学习和课外自主学习过程，关注学生在掌握基础理论知识同时的实际能力提高。

对于实践性很强的，平时作业和考试都应侧重于实践操作、编程调试的专业素质能力的表现，而不是纯理论题目。因此在教学考核中，应侧重于平时考核，适当降低期末考试成绩的占比。基于过程和项目的考核组成表如表1所示。

表1 基于过程和项目的考核组成表

四、改革实践效果

自2015年改革方案开始实施，学生学习单片机课程的积极性高涨，学生工程实践能力和创新意识有了明显的提高，为学生参与学科竞赛和科技创新创业项目创造了良好的条件。近两年，所授课专业有大批学生毕业设计选择单片机相关选题、积极参与全国大学生“飞思卡尔”杯智能车大赛、积极申报浙江省新苗人才和国家大学生创新创业项目，详细数据见表1。

表2 改革前后效果比较

此外，学生在课外自发形成航模开发等兴趣小组，尤其是2016年在浙江省挑战杯”大学生创业大赛的《湖州鹰眼飞控技术有限公司》获得银奖，并成功申请了国家大学生创新创业实践项目。

五、结 语

为了培养具有专业素质与行业应用能力的工科人才，本文针对当前单片机课程教学存在的不足，提出了新型的开放式工程项目化的单片机实践课程教学模式。该模式采用工程项目化的管理方式，推进了教师导学、学生自主学习、合作性学习相结合的理论教学过程；以理论知识与行业技能相衔接为目标，采用开放式的自主教学方式，推进了“学生主体，教师主导”的课内外衔接实践教学过程。通过课堂教学模式的改革，使学生具备了工程项目实际研发技能，切实加强了实践创新能力。

[1]赵玲,唐岚.单片机原理及应用的课堂教学与实践环节教学研究[J].高等教育研究,2008(4).

[2]徐全,孙小秋.单片机课程体系教学新方式探索[J]. 高等教育研究(成都),2011(2).

[3]李清德,王岳圆.浅谈理实一体化教学模式在单片机课程中的应用[J]. 职教论坛, 2011 (32).

[4]陈益飞.应用型工科单片机课程教学改革探索[J].中国成人教育,2011(24).

[5]刘成尧,王海娜.高职单片机开放式项目化教学模式研究与实践[J].职业教育研究,2013(2).

[6]万长征,万云辉.单片机技术应用人才的创新能力培养探讨[J].职教论坛, 2013 (11).

[7]孙晓玲,易拥洁,仝迪,等.兼顾原理突出应用的案例导向式单片机教学改革[J].教育教学论坛, 2016 (6).

[8]董铮,张其林,宁彬,等.以应用为目的单片机实验教学改革[J].计算机时代,2016(9).

SCMTeachingReformandPracticeBasedontheOpenEngineeringProject

XU Jingyun, LI Zuxin, CAI Zhiduan

(College of Engineering,Huzhou University, Huzhou 313000, China )

Aiming at the cultivation demand of “practice what you learnt” type talents and the improvement the teaching effect，the single chip microcomputer teaching and product development process in the electronics industry is integratedorganically, and a new kind of open engineering project of SCM practice teaching mode is proposed. The teaching ideas, contents, methods and guarantee measures of the mode are designed and practiced. Results show that the mode can stimulate students' interest in learning, and seamless dock with development design process of engineering projects in the enterprise can effectively cultivate engineering application ability and innovation ability of students.

SCM; Engineering project; teaching reform and practice

2017-04-21

：浙江省高等教育课堂教学改革项目(kg2015408)研究成果。

：徐静云，博士，讲师，从事控制理论与控制工程研究。

G642

：A

：1009-1734(2017)06-0060-05