民航專業單片機課程教學改革實踐與思考

摘要：文章圍繞民航院校單片機類課程的特點，本著“以人為本、服務民航”的教學理念，從提高教學質量、全面提高學生自身素質出發，對課程體系的綜合改革進行了初步探討，介紹了教學改革的具體實施方案及其良好效果。

關鍵詞：民航專業；單片機；教學改革

作者簡介：陳維興（1981-），男，天津人，中國民航大學航空自動化學院，講師；徐萍（1983-），女，遼寧鞍山人，中國民航大學航空自動化學院，講師。（天津300300）

基金項目：本文系2010年中國民航大學院級優質課建設項目（項目編號：D1386）的研究成果。

中圖分類號：G642.0#8195;#8195;#8195;#8195;#8195;文獻標識碼：A#8195;#8195;#8195;#8195;#8195;文章編號：1007-0079（2012）10-0077-02

單片機是工科院校自動化、電子類及相關專業重要的專業必修課，是一門結合控制、計算機等技術，培養學生創新能力和動手能力的應用性很強的課程。該課程主要學習和掌握單片機的硬件結構、指令系統、編程方法及設計等，可以幫助學生對前期專業基礎課程的理解和掌握；同時單片機又是一門實踐性很強的技術課程，是學生日后從事相關行業工作的基本技能之一，它的教學效果直接影響學生的就業和發展。[1]

民航大學具有鮮明的行業特色，畢業的學生主要到機場、航空公司等民航相關機構從事維修和管理等工作。隨著數字化機務維修和智能機場建設的深化，單片機課程對于日后從事機務和機場機電的學生來講意義重大。對于這樣的“飯碗型”課程，學生卻普遍感到枯燥難學，學習熱情不高，更談不上應用能力和創新能力了，這就使單片機課程對學生日后畢業設計和就業的幫助也不大。[2]

鑒于以上情況，學院單片機教學團隊積極探索和嘗試，對課堂教學、實驗教學和實踐教學進行改革，通過多種方式培養學生的創新能力和知識應用能力，使學生能夠適應未來個人發展和行業發展的需要。

一、改革課堂教學，注重行業特點，提高教學質量

在課程學習之初，就結合民航行業設備特點，把科技競賽或畢業設計中的優秀作品以演示、介紹和互動的方式介紹給學生，如發動機傳感器智能檢測方案、助航燈光調光器的控制、助航燈水蝕檢測裝置等，使學生對單片機系統有一個感性認識，體會單片機技術的實用性，從而激發學生的學習興趣和求知欲。

優化重組教學內容，提高教學質量。[3]傳統單片機教材的編排順序是先介紹基礎知識、硬件結構，然后介紹指令系統、中斷和外部擴展等。這種編排方式雖符合先基礎后綜合的邏輯規律，但學生普遍反映抽象難懂，學完了教材也不會應用。為此在教學中把“以應用為目的”作為指導思想，調整教學計劃、整合教學內容，每章都引入適當的教學實例，例如學習用P1.0做輸出口點亮LED時，可以結合助航燈水蝕檢測這個實例，燈具上的水蝕信息經單片機處理后通過P1.0做輸出口點亮LED，LED的亮滅反映了燈具的水蝕與否，當然真正的設計和實現比較復雜；再如講解中斷實時性問題的時候，引入場面監控系統的報警模塊，讓學生從現場工作角度理解中斷優先級和實時性處理的問題，隨著學習的深入，陸續把新知識點與實例有機聯系起來。在實例中講解某些知識點，既提高了學生的學習積極性，又培養了學生解決實際問題的能力。

廣泛使用多媒體，密切結合行業教學。采用多媒體技術設計和制作相關教學課件，融入動畫、動態注釋等環節增強知識的可視性，加深學生理解和印象。將行業內常用設備的板級實物引入到教學中，比如在通信相關章節中以行李分揀系統、機場場面監控系統中的設備接口舉例，內容精辟、主題明確、層次清晰、文字簡練，盡可能多地采用圖片圖表形式，避免冗長的文字表述。通過豐富的動畫演示，生動形象地描述課本中的抽象概念，將枯燥的理論具體化、形象化，通過感官和想象力的互相配合，幫助學生對理論知識進行理解和記憶，增強他們的學習興趣。同時利用校園網上先進的Blackboard（Bb）網絡教學平臺資源，為學生提供豐富的學習資料、相關芯片資料、設備資料、項目開發指導建議和師生交流論壇，方便學生課后學習，也營造了一個獨立思考研究、相互交流的良好氛圍。

本課程基于民航領域對測控系統的要求，加入了工控機（IPC）的相關內容，使學生較為完整地了解上位機與檢測控制裝置協同工作的機制；同時通過融入行李分揀、值機、離崗等機場常見系統的實例，學生從行業應用角度了解到單片機如何作為系統的一個組成部分進行工作，同時也形成了控制系統的概念。例如，將單片機串口通信技術與IPC的COM接口控制結合使用；將單片機的數據采集、AD轉換技術與IPC的數字量輸入和組態方法結合使用。通過這種在行業實例中講解技術，同時將不同方面技術橫向聯系的方法，學生更全面地掌握單片機知識和其應用，更深入地理解設備、系統的構造，為今后專業課的學習打下了堅實的基礎。同時，IPC內容的引入和系統化的講解也使學生從單機設備到整體系統完整了解民航業內常見的控制系統。

二、改革實驗教學，強調專業特點，培養綜合能力

單片機課程具有很強的實踐性，為達到良好的教學效果，必須加以大量的實踐訓練才能使學生深刻領會和理解課程內容。實驗教學具有直觀性、實踐性、綜合性，是單片機教學的重要環節。[4]

傳統的實驗環節沒有考慮學生的個體差異，全班同學用相同的試驗箱和實驗指導書。學生按照實驗指導書給出的接線圖、實驗方法和步驟進行實驗并輸入程序代碼，在實驗教學系統的特定環境下對程序進行編譯、運行，在實驗箱上觀察結果。這種實驗教學方法在一定程度上可以讓學生盡快了解和熟悉單片機，但它不利于學生動手能力、創新能力和綜合運用知識能力的培養，不利于進一步激發學生的學習興趣和主觀能動性。對于同樣的實驗內容和實驗步驟，完成情況也有較大差異，基礎好、能力強的學生“吃不飽”；基礎和能力差一些的同學“吃不消”。

鑒于以上原因教師對實驗環節進行改革，把實驗項目分成基礎性實驗和設計性實驗兩類。基礎性實驗占實驗成績的60%，設計性實驗占40%（見表1）。

基礎性實驗如數據傳送類實驗、數據計算類實驗和定時中斷類實驗，給出實驗題目、實驗方法和實驗步驟，目的是讓學生進一步鞏固課堂的教學知識、夯實理論基礎、掌握基本的實驗方法和實驗技能。設計性實驗如飛機停止泊位的單片機控制、基于單片機的助航燈光巡檢裝置、機坪車輛限速報警裝置和選擇呼叫信號發生器設計等，只給出實驗題目和必備的開發包，要求學生分成2～3人的小組，從功能要求、方案論述、系統軟硬件設計和調試這幾個方面入手，撰寫實驗報告，但每人的側重點不同，其實驗方法和步驟可通過查閱相關資料自擬，實驗完成后由任課教師組織簡單的答辯，目的是培養學生的知識應用能力和獨立思考能力。同時，根據機務和機場不同專業學生今后職業特點，分配不同題目。如機場自動化類學生多進行通信、監控功能較強實驗，如飛機泊位、助航燈光控制、特種車定位等；而機務維修專業學生多進行傳感器檢測、數據總線采集、實時控制功能較強的實驗，如多路采集、總線管理等。對于這種改革，學生感到實驗課變得生動有趣，因而投入了極大地熱情，充分地發揮了自主性和創造性，有利于學生綜合能力的培養。

三、開展實踐教學，緊跟行業發展，培養工程思想

國內外高等教育很注重引導學生創新能力、協作精神、理論聯系實際、動手能力和工程素質的培養，提高學生針對實際問題的解決能力。民航大學是一所行業特點十分鮮明的院校，在這方面筆者也做了一些有益的嘗試，結合行業發展，以創新基地為平臺，積極開展實踐教學，培養學生的工程思想。

為了更好地應對未來的工作，筆者吸收學有余力的學生進入創新基地。教師通過到民航企事業生產實習和調研等機會凝練來自生產一線的實際題目用于學生科技活動，如助航燈光模擬控制、旅客行李信息檢測、特種車輛防撞等，這些題目全部基于單片機嵌入式技術解決，需要學生具備一定的技術基礎。通過一定的培訓后，鼓勵學生參加學校組織的科技立項和校外競賽，配備專門老師指導學生撰寫立項申請書，經學校組織的專業教師論證評審后，獲得一定的儀器設備或經費支持，進行課外科技研究。學生自己查閱資料、設計及安裝調試電路，獨立處理實驗數據及分析實驗結果；指導教師定期對學生進行指導，引導學生找出解決問題的方法。

在課外實踐過程中，同時注重培養學生的工程素質。[5]從選題開始，就強調收集資料、協作分工、工作記錄、心得體會等細節工作，并做好設計說明書等相關文檔的管理，使學生熟悉立項、方案論證、PCB 設計、結構設計，軟硬件設計與調試、安裝調試等電子設計的各個環節，逐漸熟悉和掌握硬件開發的整個流程。這樣系統地培養學生的學習技能、交流技能等，理解并認識良好的工程規范，為日后獨立從事單片機系統的開發和設計工作打下堅實基礎。

指導教師組織學生進行開題答辯、中期檢查和結題驗收等工作，引導學生從不同角度思考問題，注重總結歸納，將實踐中得來的經驗進行升華和沉淀，寫成科技論文或總結報告，鍛煉了學生的表達能力、文字組織能力、應變能力和團隊協作精神。

四、結論

自單片機教學改革以來，學生對單片機內容接受得更快、理解得更深，教學質量明顯提高。采用新的教學方法和教學手段后，學生接受單片機應用技術課程知識和掌握高新技術的能力明顯增強，學習積極性也有明顯提高。實驗和實踐教學改革后，通過課程設計、畢業設計、競賽等環節反饋的信息表明學生的動手能力、創新能力和綜合素質明顯提高。參與實踐組織的學生完成多個具有民航特色的課題，如“機場助航燈光模擬屏控制系統設計與實現”、“機場旅客行李標簽自動檢測裝置”、“機場助航燈光積水檢測系統”等得到了行業內專家的認可和高度評價，并在“挑戰杯”等競賽中獲獎，其中“機場助航燈光模擬屏”已經做成實物（長9米、寬2米），用于本科生的實驗教學。這些都是課程改革的良好成果。

教學改革是一個長期的過程，要把它作為一種常態進行下去，不斷總結積累經驗、完善創新，只有這樣才能真正完成不斷提高學生綜合素質的目標。

參考文獻：

[1]朱清時，方健華，丁偉紅.創新人才的培養與我國當前教育的改革(上)[J].江蘇教育研究，2009，(16):3-8.

[2]龐永師，劉玲，陳德豪.工程類應用型人才培養探索與實踐[J].中國大學教學，2008，(9):43-45.

[3]楊洪亮.“單片機原理”課程層次式教學改革研究[J].計算機教育，2008，(18):60-61.

[4]肖伸平，凌云，何小寧，等.單片機應用技術課程實踐化教學改革的探索[J].實驗技術與管理，2006，(12):104-106.

[5]李嘉曾.國外高等工程教育改革趨勢綜述[J].電氣電子教學學報，2000，(3):7-10.

（責任編輯：宋秀麗）