基于單片機課程教學體系改革的人才培養

王 玲，李建偉

（河南農業大學 機電工程學院，河南 鄭州 450002）

“卓越工程師教育培養計劃”是《國家中長期教育改革和發展規劃綱要(2010-2020年)》中關于高等教育質量提升的重要內容，于2010年6月正式啟動.作為教育部組織實施的一個國家重大項目，“卓越工程師教育培養計劃”旨在為我國應對經濟全球化的挑戰，適應經濟社會發展需要，走新型工業化發展道路，建設創新型國家和人才強國的戰略，培養一大批具有國際競爭力的高素質工程人才[1，2].

農業工程技術是綜合應用工程、生物、信息和管理科學原理與技術而形成的一門多學科交叉的綜合性科學與技術[3].呈現出二個特點：①工程技術新成就的綜合應用，使農業工程向大型化、密集化、自動化方向發展.②工程科學與農業生物科學的緊密結合和相互滲透.

單片機已廣泛應用到家用電器、工業控制、軍事、通信、儀器儀表、航空航天等領域中，在精細農業及農業智能化發展進程中發揮著舉足輕重的作用，因此，單片機課程不僅是全國高等農業院校電氣電子、機電、自動化、測控等許多農業工程學科的必修課程，也是培養“卓越計劃”創新型農業工程技術人才的一門重要課程.

1 單片機課程的特點及現狀

作為農業工程學科的創新實踐課，單片機課程的特點如下：實踐性強，單片機課程本身側重于具體技術在工程中的應用；技術更新快，單片機的性能不斷提高、功能不斷加強、類型更加多樣；綜合性強，單片機課程綜合之前的基礎課如“模擬電子技術”、“數字電子技術”、“電路基礎”、“計算機編程語言”和專業基礎課如“微機原理”、“電子CAD”、“電子仿真技術”等，并且以這些課程為基礎，是綜合性較強的課程；創新性大，單片機課程可以加上同學們的創意把之前所學課程的珠子串成線，開發可應用的作品.

單片機課程在本校機電工程工程學院已經開設了二十幾年，是電子專業的必修課和機械制造及其自動化和農業機械專業的選修課.目前，該課程存在如下問題：教材內容相對滯后，以往采用的教材大都是基于傳統的8051單片機進行編寫的，而同學們若進行較實用系統的開發，則需要用到16位、32位單片機，如STM32系列ARM單片機；教學方式陳舊，傳統的教學方式以教師講授為主、學生上課認真聽課，課下配以一定學時的實驗，這樣的教學方式使得教師與學生的互動性較差，理論與實踐之間有一定的時延，且重理論輕實踐；學時較短，單片機開發涉及到裸機、操作系統等大量知識的累積和儲備，及外圍傳感器的知識，需要同學們有較多的學時慢慢消化所學內容.因此，如何利用好課堂教學、課程設計及畢業設計來提高同學們的工程創新能力是急需研究的內容.

2 單片機教學體系

2.1 教學改革的思路

主要以卓越工程師培養要求為依據，以提高學生工程素質和創新能力為目標.根據學生的實際條件因材施教；以工程實踐訓練為支撐，提高學生的實踐能力和創新能力.

2.2 五位一體的教學改革實踐

單片機課程的授課及創新實踐包括5個環節，其中單片機課程包括3個環節：課堂教學，課程實驗和課程設計；基于單片機的創新實踐包括2個環節：畢業設計和創新創業競賽.

課堂教學是基礎，是知識積累及培養學生學習興趣的過程.[4]課程實驗是銜接點，通過鍛煉學生的動手實踐能力及程序開發實力為以后的系統開發奠定基礎；而課程設計是初次系統開發，培養同學們從系統工程角度來完成一個作品，同時也檢驗了理論和實踐知識的掌握情況.這3個環節雖是單片機課程的全部學習內容，只有做好每一個環節，才能為創新實踐打好基礎.同學們在接下來的畢業設計和參與創新創業競賽環節步步提高，才能培養出符合卓越工程師標準的人才，才能在工作崗位上參與或獨立研發基于單片機的智能系統.因此卓越工程人才培養需要需緊密圍繞著這五個教學改革實踐環節來進行.

2.2.1 理論教學改革

2.2.1.1 單片機開發產品展示

在講單片機的緒論時，可以給同學們展示一些前幾屆學生用單片機完成的畢業設計作品和參加創新創業大賽的作品，讓學生直接接觸到單片機的實際作用，通過介紹單片機在家用電器、工業控制測量及其在智能化方面的應用，使學生了解單片機的核心作用及在整個專業體系中的作用，從而激發他們的學習興趣.

2.2.1.2 在開發板上進行課堂教學

傳統的單片機教學是同學們上完課后再作實驗，已不能適應單片機的課程教學體系，因此，通過選擇合適的單片機開發板，來完成課堂教學現場演示.通過編寫程序，調試程序、下載程序以及演示效果，使學生有直觀的感覺，從而可使教學效果事半功倍.

2.2.1.3 選用C語言作為開發語言

同學們普遍反映在學習微機原理課程時，已被匯編語言所難倒.眾所周知匯編語言抽象、晦澀難懂，對于較長的程序，學生更是難以理解.c語言是一種編譯型程序設計語言，它兼顧了多種高級語言的特點，并具備匯編語言的功能.目前，使用c語言進行程序設計已經成為嵌入式軟件開發的一個主流.用c語言開發系統可以大大縮短開發周期，增強程序的可讀性，便于改進、擴充和移植.

2.2.2 課程實驗改革

傳統的實驗學時是10個學時，同學們可作5個實驗項目，顯然通過實驗同學們所能獲得的知識是有限的.同學們普遍有計算機，因此，自發團購了開發板，通過USB接口下載程序，使用特別方便.這樣同學們的作業也就是試驗內容.這樣增加同學們動手實踐的時間，可以邊學習邊實踐，不再受實驗場地和實驗時間的限制.

2.2.3 課程設計改革

在單片機所開發的產品展示后，我就布置課程設計的任務是一人一題，開發自己的產品，因為在之前和同學們接觸中，了解每個人心中都有一個小小的專業夢想，那么可以通過課程的學習及課程設計這個環節，把它變為現實.如農業工程學科的同學們大都來自農村，他們的夢想就是一個個的創新點，通過鼓勵他們一點點去完成作品，也使他們的專業知識越學越扎實.在課程設計答辯中，要求有創意點來源介紹、proteus軟件仿真及實物展示等.一些同學們的作品較大，暫時還未全部實現，可以作為畢業設計題目繼續完善及實現，一些有較大創新的作品，可以推薦參加一些如挑戰杯、聯網創新創業大賽、節能減排大賽等.

2.2.4 畢業設計環節

近三年我系的畢業設計中，用到單片機的高達80%，一些同學通過自選題目的形式來繼續單片機開發.在畢業設計時，同學們綜合了三年的知識，結合當前社會的熱點，獨立完成畢業設計.多數同學會終身受益，作為教師一定要為學生提供一定的條件和設備，并給與積極有效的指導.同學們已有之前單片機教學中的系統化訓練，可以學習用較復雜的單片機開發較大的系統，包括上位機的程序開發，和下位機的硬件設計，以及上下位機的遠程控制，即上位機用于顯示和控制，下位機采集現場數據、控制現場設備，畢業設計內容涉及到軟、硬件技術、上位機高級語言編程、遠程通信、通信協議、單片機開發技術、控制理論、傳感技術等.

2.2.5 創新創業環節

本著“培養創新性人才”的宗旨，服務“卓越工程師”培養計劃，完善“核心課程建設”成果，我院已設立大學生科技創新工作室.工作室是學生開展創新實踐、科技競賽、創意創業等活動的基地，是學生自己的實踐和創意工廠.工作室為學生提供了種類齊全、先進適用的各種儀器設備以及良好的學習環境，學生可以充分發揮自己的聰明才智，進行創造性學習和科技發明、制作活動.學校為進一步鼓勵教師、學生積極參與學術科技競賽活動，培養創新精神、創業意識和實踐能力，提高學生綜合素質，學校已頒布《大學生課外學術科技創新活動獎勵實施辦法》，每年學校有實驗室開放課題及創新創業課題可供同學們選擇.學院還專門成立了“卓越工程師”培訓班，以提供不同專業的同學間互相交流、互相學習.我系的創新創業項目90%是基于單片機系統開發的，因此，同學們也積極鉆研單片機相關知識，一些同學從大一就開始自學單片機.目前，單片機自學的教材、視頻等內容非常豐富，也為同學們提供了便利條件.

3 結束語

農業工程學科因專業特殊,更需要卓越工程技術人才,才能滿足當前的就業需求.通過五位一體的基于單片機的教學體系訓練，同學們可以參與或獨立開發系統，為同學們以后的工作奠定良好的基礎.

〔1〕林健.“卓越工程師教育培養計劃”專業培養方案研究[J].清華大學教育研究，2011，32（2）：47-55.

〔2〕周元哲，王陸海.西安郵電大學卓越工程師人才培養模式的探索[J].教育教學論壇，2012(29)：37-38.

〔3〕朱明.加強農業工程技術集成，推動農業現代化建設[J].世界農業，2013（12）：199-201.

〔4〕王玉昆，張勇.檢測技術課程改革與卓越工程師能力的培養[J].鞍山師范學院學報,2012，14(4):71－74.