基于项目管理体系的《单片机综合实验》实践教学方法探讨

生 龙，谈建平

（1.中国石油大学（北京），北京 102200；2.中国石油大学（北京）克拉玛依校区，新疆 克拉玛依 834000）

0 引言

单片机综合实验是中国石油大学（北京）力图针对高年级自动化专业的本科生增设的应用类选修课。通过该课程对学生进行单片机系统设计和应用方面的知识和技能培训。由于该课程是一门实践性很强的课程，必须研究和改进课程实验设计和组织开展教学的形式，来加深学生对单片机的工作原理、程序设计、常用接口电路的应用和编程方法等知识的理解和掌握，同时探索使学生了解所学课程内容与实际需求之间的关系，从而发挥学生的主观能动性，引导学生完成高质量与实际需求紧密结合的项目式课程任务。

1 自动化本科单片机课程的教学现状分析

目前高校中，本科自动化专业的单片机及接口类课程通常在大二期间作为专业必修课开设，课程的理论教学按照单片机的结构及原理、指令系统、汇编程序设计、接口技术及应用的体系进行。理论教学部分涉及概念众多，部分内容抽象，主要章节的知识点与单片机的编程结构联系较为紧密，要求学生通过理论部分的学习能够较好地理解和掌握单片机的编程结构，更要求学生对模电、数电、微机原理等先修课程有较为系统的学习，这样对该课程涉及到的专业知识点如寄存器、触发器、逻辑门电路等概念才会有较为清晰的认知。在实践教学部分，存在与理论教学脱节的现象[1-4]。单片机课程是一门着重应用的实践性较强的课程，而目前限于硬件设施的限制，实验课安排的实验内容更新较慢，实验内容较为单一，无法系统覆盖和验证理论部分的重要知识点，尤其无法满足创新性趣味性实验的设置需求，使单片机这一广泛应用于工业领域的重要硬件实体的魅力无法通过课程实验得以充分展现。

2 单片机综合实验教学改革目标

随着国家工业实力的不断提升，中国已成为世界制造业第一大国，业界发展空间拓展的同时，拥有较强单片机技术能力和项目实施经验的工程师成为工业界越来越紧缺的人才。国家从2015年开始工程教育专业认证试点工作，目的是促进工程教育领域的国际认同和提升我国工程技术人才的国际竞争力和影响力[1]。在此背景下，我校现有的单片机类课程已无法满足为业界培养优秀工程师的需求，因此，在自动化专业本科大四阶段增设一门基于项目管理形式的单片机综合实验实践类课程显得尤为必要。这也是本项教学改革的目标。

3 基于项目管理化的教学方式改革

3.1 课程组织形式

该课程的选课对象是拥有较好的单片机及接口基础知识，对单片机开发有较强兴趣，希望毕业后在工业界从事与单片机相关的系统集成类工作的本科大四学生。融入项目管理元素要求教师对每名学生的完课过程要全程参与、监督并进行研讨性指导，将花费教师大量时间与精力，因此课堂规模可采用小班授课形式，人数5-10名为宜，由教研室按需求数量配备与工业界实际开发环境衔接最好的单片机开发平台和相关硬件设备，并采用实验室授课形式。课程时长为12周48学时，学分为2.5。

3.2 课程实施形式

授课形式将按“一对多”和“一对一”两种模式开展。课程的前8周为“一对多”授课，即教师一人对全部选课学生进行授课。与大二时开设的单片机课程不同的是，本课程前8周要求学生完成4-6项规定的单片机开发任务，即每周完成1-2项。任务按照先易后难的顺序进行设定，例如首个任务设定为用单片机系统进行简单读写数据，最后一个任务为基于网络通信的远程液位控制系统，该任务要求学生开发出用户使用界面（GUI），并通过互联网远程控制罐体液位高低。通过先易后难的任务，可使学生逐步学习和掌握单片机的各项开发功能，直至最终能够完成较为复杂的多功能系统架构。教师在此模式中主要承担的是项目组技术负责人的角色，与传统授课模式下讲授者角色不同的是，教师此时只讲授开发任务中的关键技术部分，例如所选单片机开发系统的各项软硬件性能，编程语言的特点和使用技巧等，以此关键技术为依托，再由学生进行拓展并自主完成各项开发任务。当遇到技术难点时可与教师进行研讨并根据研讨结果进行技术攻关。教师作为技术负责人会依照提前设定的节点时间对学生完成任务的情况进行监督和指导，并依据任务完成情况对每项任务给出评价成绩。通过“一对多”授课模式可使学生较好的学习和掌握单片机开发的各项技术，并初步具备了独立进行系统开发的能力。

课程的后4周为“一对一”指导模式，即教师对每名学生依据项目管理模式进行独立指导。在本课程最后4周，每名学生将根据前8周所学到的技术和开发经验自主选定一项由教师提供的开发项目作为本课程的课程综合大作业。此项综合大作业是由教师基于项目管理模式进行一对一指导，因此教师在此模式下除技术指导这一角色外，主要还将扮演项目甲方的角色。完成过程将按照项目立项，项目实施和项目验收三部分来分阶段进行。在项目立项阶段，按照5W2H 项目管理法通过研讨引导学生完成立项阶段的主要工作。5W2H 项目管理法即用5个以W 开头的英文单词和两个以H 开头的英文单词进行设问，以便对项目进行整体有效的规划和管理。具体到本课程则涉及到以下问题：一是立项目的和达到什么样的预期效果（why+what）；二是项目在工业领域的适用范围（where）；三是项目组成员的具体职责（who，此点对于项目负责人尤为重要）；四是采用什么方法是项目达到预期效果及如果制定阶段计划（how+when）；五是项目整体预算制定，包括人员设备等（how much）。在项目实施阶段，教师作为甲方身份以技术交流的形式与学生开展定期研讨。研讨仍旧运用5W2H 项目管理法进行，即一是遇到什么技术问题（what）；二是问题发生的可能原因（why）；三是关键技术点在哪（where）；四是解决问题的方法和合理时间（how+when）；五是成本（how much）。每次研讨结果要按照表1格式进行归档。项目验收即学生将项目成果进行口头汇报，并完成项目技术报告一份，教师则根据完成情况给出此项分数。汇报要按照项目介绍、主要问题、技术路线、是否达到预期等分步进行。

表1 技术交流归档表

3.3 考核方式

成绩考核分为两部分：第一部分为前8周规定项目完成分数，占总成绩的60%，例如，总任务数定为4项，各项分值依难易程度确定，总分数为60分。第二部分为后4周选定项目完成分数，占总成绩的40%。2部分的评分依据要结合任务完成情况，报告撰写情况，口头汇报情况综合给出。

4 结束语

引入5W2H 项目管理法的课程在实施过程中能够充分发挥学生主观能动性，使学生体会到项目运行的基本规律，学到并掌握项目管理的基本方法，使今后走向工作岗位并独立承接项目时，能够很快的进入角色，将在校期间学习的知识与技能自如的运用到项目运行的各个阶段，真正做到了学以致用，课本知识与实际应用的无缝衔接。