基于工程教育理念的單片機課程設計改革與實踐＊

牟淑杰，鄧書平，張大偉，車 煥

（營口理工學院，遼寧 營口 115014）

“單片機原理與應用”課程是自動化類、控制類工科專業的專業必修課，是一門工程實踐性很強的課程，單片機課程設計是學生在學習了“單片機原理與應用”課程之后必修的實踐性教學環節。通過課程設計教學環節，使學生了解單片機系統開發調試的一般步驟，掌握軟硬件的設計方法及系統調試方法，具備初步的開發單片機應用系統的能力。使學生能夠根據設計任務要求及工程需要選擇合理的技術路線進行方案設計，選擇合理的電子元器件并進行工程估算，能準確、規范地運用工程語言描述設計思路和方法，從而實現鍛煉學生的工程意識，開發學生的創新思維，提高學生的綜合應用能力和實踐能力的目標。傳統的單片機課程設計方法已無法達成該教學目標。因此，將工程教育理念引入到單片機課程設計中，按照工程項目設計的研發周期，通過設計、仿真、制作、調試等環節使學生以主動的、實踐的方式開展單片機課程設計是十分必要的。

1 改革目標

將工程教育理念融入單片機課程設計中，按照工程項目設計的研發周期完成課程設計，以鍛煉學生的工程意識，開發學生的創新思維，提高學生的綜合應用和實踐能力為目標，制訂課程設計標準。

通過課程設計改革，規范課程設計管理過程，包括選題、查閱資料和確定設計方案、系統仿真設計、系統硬件設計、撰寫課程設計報告等，為從事單片機系統開發工作奠定基礎，創新和完善課程設計考評體系。

2 單片機課程設計主要教學環節

工程教育背景下單片機課程設計主要教學環節包括課設前期準備的教學大綱、教學環節質量標準和評分依據，包括用于過程監督的教師指導記錄和設計過程原始資料，還包括用于成果驗收的答辯記錄、設計報告、課設總結等。課程設計主要教學環節質量標準的指標分解表如表1所示。

表1 課程設計主要教學環節質量標準的指標分解表

3 課程設計實施

合教學大綱要求，同時要確保在課程設計的時間內可以完成，所以選題不宜過大、過難；②要考慮學生的能力差異，題目要有難度區分；③在擬定課程設計題目時，既可以是教

3.1 選題

課程設計選題時應考慮以下幾點：①要考慮選題是否符師依據教學教學大綱要求和實際工程項目設計需要擬題，也可以是學生根據自己興趣愛好和掌握知識的情況擬題，無論采用哪種擬題方式，都要經過師生雙方研究討論，通過指導教師審核后才能使用。

3.2 分組

由于課程設計項目具有一定的綜合性，學生可以兩三人自由組隊，同一班級不得有相同選題。每隊中選舉一名組長，由組長負責組員間分工協作，各組學生根據各自的能力分別承擔系統分析、方案確定、軟件設計、系統仿真、硬件設計、系統調試、撰寫報告等工作，通過分工協作的方式來調動學生的學習積極性，增強學生自信心，培養學生的團隊協作能力。

3.3 課程設計的實施過程

課程設計的實施過程采用以學生為主體、教師輔助的指導形式。通過課程設計教學環節，讓學生全程參與單片機控制系統的整個開發過程，使學生借助各種信息資源查詢所需資料，獲取收集問題、分析問題、解決問題所需的知識和方法，從而提高解決工程實際問題的能力，同時培養學生的語言表達能力、創新意識和團隊合作精神。課程設計指導主要包括以下五個方面。

基本理論和設計方法指導。指導教師集中講解單片機項目開發相關理論、項目設計步驟和模塊化設計方法，并做好分類指導準備。學生應根據所選項目需求，深入研究項目功能，學習相關器件的使用和設計方法。

查閱資料和確定設計方案。指導學生通過校圖書館書籍資料、電子圖書資料、論文期刊資料和互聯網等查閱與項目相關的資料，并能根據項目需求整理資料，提出設計方案。確定方案時指導教師要給予指導，進行修訂后，最后確定方案。

系統仿真設計。學生采用Proteus仿真軟件對項目電路進行仿設計真。通過仿真設計學生可以實時發現設計中存在的問題，并能方便地對項目功能模塊和電路設計進行修改和優化，最終確定最優的項目方案，為實際硬件設計做準備。

系統硬件設計。學生根據項目方案及仿真效果選擇元器件，繪制原理圖，生成PCB圖，在試驗板上進行功能測試，實踐能力較強的學生可以制作電路板、完成元器件焊接，最后進行系統調試和運行。

撰寫課程設計報告。設計報告應包括項目設計方案、相關理論知識、系統軟件設計（軟件流程圖）、硬件設計（硬件原理圖）、系統仿真調試（記錄和數據分析）以及課程設計總結。要求學生按照統一格式撰寫設計報告，并準備答辯。

4 建立單片機課程設計考評體系

4.1 考評體系的構建思路

構建課程設計考評體系應考慮以下幾個因素：①考核評價要與課程目標一致。對目標中的知識、能力和素質進行檢驗與評價。②考核評價要貫穿課程設計教學全過程。每個教學環節都應有相應的考核環節，合理采用終結性考核評價和過程性考核評價。③考核評價內容和方式多元化。多元化考核內容應包括基本理論和知識、綜合應用能力、實踐創新能力、協作能力、科技論文寫作能力、語言表達能力等，多元化考核評價方式應包括教師評價、講評，學生自評、互評等。考核中注重學生的學習態度、學習主動性、綜合素質等，這樣更能客觀地反映學生的真實能力和水平。

4.2 考核評價環節、考核內容的設立

在設立核評價環節和考核內容時，應將每個小組的整體表現及個人表現納入學生成績評定中，單片機課程設計考評體系設立了平時表現、課程設計報告、課程設計內容和答辯四個考核環節，各考核環節的考核內容、考核方式、權值如表2所示。

表2 各考核環節的考核內容、考核方式、權值

4.3 成績評定方法

課程設計總評成績=平時表現成績×10%+課程設計報告成績×20%+課程設計內容成績×40%+答辯成績×30%。

按上述考核評價方法計算出的課程設計成績，按百分制計量，而最終成績則采用五級分制：優秀（90～100分）、良好（80～89分）、中等（70～79分）、及格（60～69分）、不及格（59分及以下）。

5 結論

工程教育專業認證背景下課程設計教學環節改革對于自動化類專業的建設具有重要意義。設計合理的課程主要教學環節質量標準，建立科學的課程設計考評體系，注重過程指導及考核，堅持持續改進是實現工程教育專業認證“學生中心、成果導向和持續改進”3個基本理念的有效方法。通過課程設計教學環節全面改革，以點帶面優化課程體系，全面達成“畢業要求”。