基于“卓越計(jì)劃”的單片機(jī)實(shí)踐教學(xué)改革

陳奕梅

（天津工業(yè)大學(xué) 電氣工程與自動化學(xué)院，中國 天津 300387）

0 引言

我國于2010年推出重大教育改革計(jì)劃 “卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”[1]（以下簡稱“卓越計(jì)劃”）。“卓越計(jì)劃”的目標(biāo)是培養(yǎng)一大批創(chuàng)新能力強(qiáng)、適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展需要的高質(zhì)量工程技術(shù)人才，為國家走新型工業(yè)化發(fā)展道路、創(chuàng)建新興國家和人才強(qiáng)國戰(zhàn)略服務(wù)。“卓越計(jì)劃”為我國工程教育的改革和發(fā)展，為工程人才培養(yǎng)模式的創(chuàng)新和突破提供了明確清晰的指導(dǎo)思想、主要目標(biāo)、總體思路、重點(diǎn)任務(wù)和保障措施。同時“卓越計(jì)劃”的實(shí)施也是一個復(fù)雜的系統(tǒng)工程，是我們面臨的重要課題和長期任務(wù)。2011年我校自動化專業(yè)獲批成為教育部 “卓越計(jì)劃”試點(diǎn)專業(yè)，并已于當(dāng)年招收了一個卓越工程師試點(diǎn)班。

針對卓越工程師的特點(diǎn)，我們確定了以工程能力素質(zhì)培養(yǎng)為主線的自動化專業(yè)人才培養(yǎng)模式，而以單片機(jī)為主體的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)，是自動化工程能力培養(yǎng)的主要項(xiàng)目之一，因此，根據(jù)卓越工程師培養(yǎng)方案，我們對單片機(jī)實(shí)踐教學(xué)進(jìn)行了改革與探索。

多年以來，按照傳統(tǒng)的教學(xué)體系，我專業(yè)傳統(tǒng)的單片機(jī)課程在學(xué)完電路、微機(jī)原理之后開設(shè)，一般開在第六、七學(xué)期。而大量的學(xué)科競賽都是以單片機(jī)為核心，參加的多為大二、大三年級的學(xué)生。這樣就帶來了一個矛盾，學(xué)生必須在低年級自己積累單片機(jī)的相關(guān)知識才能參與競賽與各種選拔，而到了高年級開設(shè)的課上，不少同學(xué)已經(jīng)掌握了單片機(jī)的基本開發(fā)技能，對課堂的知識已經(jīng)不再感興趣。

1 全過程多層次的培養(yǎng)體系

針對課程特點(diǎn)以及相關(guān)專業(yè)的學(xué)習(xí)，我們建立了單片機(jī)實(shí)踐的全過程多層次培養(yǎng)體系，采取如下措施：

一年級通過參觀實(shí)驗(yàn)室和科研室，讓學(xué)生“感受科研”，了解前沿科技，激發(fā)學(xué)生的求知欲。同時在第一學(xué)期學(xué)完C語言的基礎(chǔ)上，第二學(xué)期開設(shè)《單片機(jī)基礎(chǔ)》課程，課程深入淺出，主要講授單片機(jī)的基本模塊，包括輸入輸出、定時A/D轉(zhuǎn)換等。通過學(xué)習(xí)讓學(xué)生了解單片機(jī)的基本原理并熟練掌握上述基本模塊的功能及程序的編寫。二年級在電路、數(shù)電等相關(guān)課程學(xué)習(xí)完畢，開設(shè)《嵌入式綜合實(shí)踐》課程，擴(kuò)展外設(shè)，將單片機(jī)應(yīng)用到通信、檢測、控制等與專業(yè)相關(guān)的領(lǐng)域，了解常用傳感器的基本原理以及電機(jī)控制的基本方法。并通過積極參與暑期實(shí)踐和電子設(shè)計(jì)創(chuàng)新大賽等比賽，夯實(shí)基礎(chǔ)，鍛煉技能。三年級開設(shè)《嵌入式創(chuàng)新實(shí)踐》課程，該課程要求學(xué)生選作兩個項(xiàng)目進(jìn)行設(shè)計(jì)，每個項(xiàng)目只給出具體要求，單片機(jī)的選型、硬件電路、系統(tǒng)開發(fā)等自行設(shè)計(jì)，要求學(xué)生在一定時間內(nèi)設(shè)計(jì)完成。同時并進(jìn)入專業(yè)實(shí)驗(yàn)室和創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室，并作為主力參加智能車競賽、電子大賽、單片機(jī)大賽等各類競賽，提高學(xué)生的創(chuàng)新能力。四年級進(jìn)入研究性實(shí)驗(yàn)室參加教師科研工作或進(jìn)行自主創(chuàng)新性的實(shí)驗(yàn)和各類大學(xué)生創(chuàng)新課題；畢業(yè)設(shè)計(jì)選題與教師的科研項(xiàng)目和生產(chǎn)實(shí)際相結(jié)合，提高工程實(shí)踐能力。

圍繞著該課程體系，進(jìn)一步，結(jié)合Freescale實(shí)驗(yàn)室的全面開放，同時建立具有層次的實(shí)驗(yàn)課程體系，由淺入深分別為：課程實(shí)驗(yàn)——綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)——系統(tǒng)性實(shí)驗(yàn)——工程性案例實(shí)驗(yàn)。與課程體系緊密配合，相得益彰。

2 兩個課堂相結(jié)合，構(gòu)建學(xué)生科技活動體系與平臺

兩個課堂相結(jié)合的人才培養(yǎng)思路，強(qiáng)調(diào)教師的責(zé)任不僅在課內(nèi)而且在課外，強(qiáng)調(diào)學(xué)生的學(xué)習(xí)由單一的課堂灌輸應(yīng)向激發(fā)學(xué)生的自主性和創(chuàng)新性轉(zhuǎn)變。

第一課堂以教與學(xué)方式的改革引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)。通過《單片機(jī)基礎(chǔ)》、《嵌入式綜合實(shí)踐》、《嵌入式創(chuàng)新實(shí)踐》三門課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生深入淺出地掌握單片機(jī)及其相關(guān)的基礎(chǔ)知識、外圍擴(kuò)展以及在自動化領(lǐng)域的主要應(yīng)用。在課堂教學(xué)的基礎(chǔ)上重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)學(xué)生的動手實(shí)踐能力。同時推動案例驅(qū)動教學(xué)的改革，每個實(shí)驗(yàn)都是一個實(shí)際項(xiàng)目或項(xiàng)目的一部分[2]。案例驅(qū)動教學(xué)的內(nèi)容仍然基于該課程的教學(xué)大綱。與傳統(tǒng)教學(xué)方法的不同在于授課的方式和授課的思路。傳統(tǒng)的授課過程是“先理論后應(yīng)用”，注重告訴學(xué)生“能做什么”。而案例驅(qū)動的授課過程是“先應(yīng)用后理論”，注重培養(yǎng)學(xué)生“怎么做”的解決問題能力。案例驅(qū)動使學(xué)生首先對問題具有了感性認(rèn)識，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，這樣大大調(diào)動了學(xué)生們的自主學(xué)習(xí)的積極性。

第二課堂以知識的進(jìn)一步學(xué)習(xí)和實(shí)踐活動引導(dǎo)學(xué)生自我發(fā)展。圍繞參加各種大賽和競賽（智能車大賽、電子大賽、盛群單片及競賽等），從大二開始，引導(dǎo)學(xué)生參加各種課外實(shí)踐活動，充分調(diào)動學(xué)生的主觀能動性實(shí)現(xiàn)專業(yè)知識的學(xué)習(xí)和實(shí)踐技能的訓(xùn)練。通過組織課外興趣學(xué)習(xí)小組，由有經(jīng)驗(yàn)又有較高理論水平的教師指導(dǎo)，在課堂教學(xué)的基礎(chǔ)上，拓寬課堂教學(xué)內(nèi)容，加強(qiáng)專業(yè)基礎(chǔ)知識的學(xué)習(xí)和應(yīng)用，為今后的進(jìn)一步深造打下了良好的基礎(chǔ)。

3 配套學(xué)習(xí)平臺的開發(fā)

圍繞我們的培養(yǎng)體系，我們編寫了教材 《MC68單片機(jī)入門與實(shí)踐》與《Freescale Flexis系列微控制器入門及開發(fā)》應(yīng)用于不同階段的教學(xué)，并編寫了《單片機(jī)原理實(shí)驗(yàn)講義》、《嵌入式系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)講義》作為相應(yīng)課程的配套講義，在使用中不斷完善。自編教材及講義均取了較好的教學(xué)效果。同時，我們自主開發(fā)了與教材相配套的的實(shí)驗(yàn)設(shè)備“MC68HC908QY4 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)”（圖 1）、“TGFSYS 教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)”（圖 2）、“MC9S08GT16實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)”等教學(xué)儀器[3]，對于卓越班的學(xué)生做到了人手一套，更方便學(xué)生的課余學(xué)習(xí)，真正將實(shí)驗(yàn)室搬到了宿舍。

圖1 MC68HC908QY4實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

圖2 TGFSYS教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

4 結(jié)論

本文圍繞“卓越計(jì)劃”培養(yǎng)目標(biāo)以及自動化卓越工程師的培養(yǎng)方案，針對自動化專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課——自動控制原理，在課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、實(shí)踐環(huán)節(jié)以及第二課堂等方面的建設(shè)進(jìn)行了探索與改革。首屆招生的卓越班共有學(xué)生30人，迄今為止參加與單片機(jī)相關(guān)“飛思卡爾智能車”、“機(jī)器人大賽”等各類競賽的人數(shù)達(dá)52人次，獲教育部組織的學(xué)生科技競賽全國二等獎1項(xiàng)，省部級一等獎3項(xiàng)、二等獎4項(xiàng)，三等獎1項(xiàng)；獲得市級及以上競賽獎12人次。實(shí)踐表明，改革增強(qiáng)了學(xué)生的實(shí)踐能力，并為后續(xù)的學(xué)習(xí)以及下一步的升學(xué)就業(yè)做了很好的準(zhǔn)備。

［1］中華人民共和國教育部.《教育部關(guān)于實(shí)施卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃的若干意見》（教高[2011]1號）北京[OL].http://www.moe.edu.cn/publicfiles/business/htmlfiles/moe/s3860/201102/115066.html，2011.

［2］修春波.單片機(jī)課程的案例驅(qū)動教學(xué)方法研究[J].科技信息,2013(5)：197.

［3］陳奕梅.基于Flexis QE128微控制器的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)開發(fā)[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào),2010,32(3):62-64.