基于工程應用能力的“微控制器”課程項目化教學研究與應用①

謝仁恩 朱昌洪 梁曉萍

[摘 ? ? ? ? ? 要] ?微控制器課程的特點是軟硬件結合緊密，兼顧理論和實踐操作能力，根據應用型本科院校人才培養目標，培養學生的工程應用能力和實際產品開發能力。提出將“微控制器”課程進行項目化教學并引入CDIO教學模式，即將課程的知識點按照難易程度和邏輯關系，劃分成不同的項目單元，進行項目化教學。并由淺入深逐步提高學生的工程實踐能力，再對此項目教學模式課程的教學組織過程和考核體系進行詳細探索。

[關 ? ?鍵 ? 詞] ?微控制器;工程應用;項目化教學;實踐

[中圖分類號] ?G642 ? ? ? ? ? ? ?[文獻標志碼] ?A ? ? ? ? ? ?[文章編號] ?2096-0603（2019）13-0078-02

目前，微控制器（或稱單片機）技術廣泛應用于工業控制、儀器儀表、家用電器、通信、物聯網等領域?！拔⒖刂破鳌毕嚓P課程是培養電子、通信、物聯網等專業人才的一門專業基礎必修課程[1]。

應用型本科院校的目的在于培養適應社會需求的高素質應用型工程人才，要求學生具備較強的動手能力，能夠利用微控制器完成系統開發等工作，并具備相應的工程應用能力，但是采用傳統的“課堂+實驗”的理論教學方法，脫離了學生工程應用能力的培養，無法體現應用型本科院校以培養應用型人才為目標的目標[2]。

一、課程教學現狀

（一）教學模式過于單一

大部分的微控制器采用傳統的課堂教學模式，即“理論+實驗”進行教學開展，而微控制器是一門實踐性非常強的課程，單純理論教學比較枯燥，只有通過親自動手設計和制作，才能更好地掌握相關知識點及課程內容。

（二）學生的學習熱情不高

由于微控制器的實踐應用非常廣泛，大部分學科競賽題目很多是以微控制器為核心進行設計，微控制器課程具有相當強的綜合性，涉及很多理論與實踐知識，包括程序設計、內部硬件及輸入輸出接口、軟硬件聯合調用等問題，讓很多學生感到迷茫。課題組曾對部分具有代表性的學校共 1000 人做過調查，有大約50%的學生在學到硬件環境和輸入輸出接口時就沒有了學習興趣，嚴重影響教學質量。

（三）教學資源缺乏

由于學校專任教師各自能力不均衡，工程應用背景各自不同，教學目標、過程、進度、效果無法得到統一和保障，教學團隊建設無法進行，相關教學資源和經驗不能得到有效推廣應用。基于網絡化的教學管理模式也并不能如期發揮作用。近年來，雖然微控制器課程作為網絡精品課程陸續建立起來，但使用效果卻不甚理想，而且更重要的平臺優勢沒有發揮出來[3]。

二、教學思路設計

目前，將相關課程進行項目化教學是大勢所趨，而CDIO是當今高等工程教育的發展方向——構思（Conceive）、設計（Design）、實施（Implement）和運行（Operate）[4]，包括任何一個微控制器設計系統的四個步驟，通過這四個步驟進行項目化教學，以此培養學生的工程應用能力。由此可見，CDIO 教學模式強調學生的實踐動手能力和協作運行能力，充分體現了教學過程中的學生主體地位和主動學習的價值。同時，CDIO 模式還強調學生應提高知識完整性及與他人的溝通能力。

（一）教學內容項目化

在“微控制器”課程教學開展過程中，針對微控制器課程主要知識點掌握不好的問題，將單片機課程進行項目化教學，全部調整到實驗室內進行項目教學，把單片機相關主要知識點按照由易到難、由淺入深的邏輯原則[5]，分解整理歸納成不同項目單元，最大化地減少枯燥的理論教學，以項目設計為載體，全面培養學生的自學能力、實踐能力和創新能力（項目分解如下表所示）。

項目化教學有助于學生理解和掌握微控制器的知識點，激發學生的學習興趣。

（二）項目單元工程化

在微控制器課程教學的每一個項目單元內，按照國際流行的CDIO工程理念標準進行分解教學，使每一個項目都可以按照CDIO的四個步驟構思、設計、實施、運行來完成（見圖1所示）。

最后，學生在課程考核時可以選擇其中一個綜合應用項目，教師只進行思路啟發，在教師的指導下，讓學生按照自己的思路設計和制作一個完整的系統。

（三）教學資源統籌化

將微控制器課程相關資源進行統籌，統一采用TI公司MCU或51單片機進行教學和實習實訓，統一教材、教案、內容、考核等，修改相應人才培養方案和教學實驗大綱等。

三、課程考核體系

注重項目考核，項目考核占50%，期末筆試考試占50%，在項目考核中側重于學生實際項目的掌握能力，培養學生工程應用能力的設計和應用實踐，注重實際問題的處理能力（課程考核體系如圖2所示）。

微控制器應用系統除了編寫用戶程序外，還要進行外部接線、調試、再調試等，現場問題需要學生現場解決，合理的考核制度和標準既是督促又是點評和評判[6]。

四、結論

以工程應用能力為導向的“微控制器”課程項目化教學，將課程的所有知識體現分解成不同的項目單元進行教學。在每一個項目單元引入CDIO工程，通過四個步驟完成每一個項目單元的教學理念，以此培養學生的工程應用能力，并在結束后，改變現有的課題考核體系，加強工程應用能力的實踐，弱化理論考試，結合實際工程產品進行開發和設計，培養學生的實際工程應用能力，突出應用型本科的特色，培養出更多滿足企業和社會需求的微控制器應用開發人才。

參考文獻：

[1]劉雪梅，章海亮.物聯網技術下的單片機教學：評《單片機應用技術實例》[J].中國教育學刊，2017（8）.

[2]李小文，夏建國.應用型本科院校課程改革的若干思考[J].高等工程教育研究，2018（1）：107-110.

[3]楊芳，陳雷，張艷萍.應用型本科學生對課程現狀評價的實證研究：以上海S校機械工程學院為例[J].中國職業技術教育，2018（17）：11-22.

[4]王志強，管恩京，鞏秀鋼，等.高校的混合式CDIO教學：以“高校單片機原理”課程為例[J].現代教育技術，2016（26）：113-119.

[5]占華林，閆娜，熊香香.“卓越工程師”標準的職業院校單片機實踐課程教學改革與創新[J].職教論壇，2017（20）：79-81.

[6]梁少寧.“微控制器原理與應用”教學與考核模式改革總結[J].求知導刊，2017（19）：135-136.

編輯 馮永霞