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摘要：本文针对工科机械类本科生的《单片机原理》课程教学现状的不足，提出了基于工程项目为导向和机械类卓越工程师培养目标的课程教学改革新思路，探讨了由理论教学、项目导向、团队协作、答辩考核等为一体的单片机教学模式改革实施方案。该教学模式经两年的教学实践和学生的反馈调查，效果良好。
关键词：教学模式改革；机械；工程教育
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2013）04-0072-02
一、《单片机原理》教学现状
《单片机原理》课程是电子类、机械类、控制类等专业的一门专业基础课，是在学生掌握了基础的电子技术类和计算机应用类课程之后，为加强对学生应用能力的培养而开设的体现电子技术、计算机技术综合应用的一门课程。本课程的目的和任务是使学生获得单片机应用系统设计的基本理论、基本知识与基本技能，为学生毕业走向工作岗位后从事机电一体化相关研究及开发打下良好的基础。《单片机原理》综合了硬件电路设计和软件编程等技术。学生在学习本课程的时候，一方面巩固掌握了前续基础课程，如《电子技术》和《计算机基础》等；另一方面，学会了单片机系统设计的思路和方法，为今后从事相关工作打下基础；此外，以MCS-51为基础的单片机课程也为今后的ARM、DSP学习，为《电子技术》的继续教育等夯实基础。《单片机原理》也是应用型人才培养的需要，现代理工科院校和高职院校都开设了相关课程。但是，单片机技术日新月异，而大部分高校的单片机课程教学模式却一直延续至今，没有针对技术发展、社会需求做出相应调整。单片机的传统教学方式多以课堂原理讲解为主，结合少量硬件实验，这种模式存在的问题较多。传统教学过程中未引入工程实践设计，导致学生动手能力普遍较差。由以上单片机课程的教学现状，我们可以看出，单片机课程改革势在必行，必须改革教学模式，才能适应工程教育的目的，培养学生的实践能力。
二、课程模式改革的理念、思路及实施方法
随着全世界人口、资源与环境压力的日益增大，工程与技术在创造性地解决这些问题方面正起着越来越重要的作用。已成为高等工程教育大国的中国，正以实施卓越工程师教育培养计划为突破点，加快高等工程教育改革创新。《单片机原理与应用》课程改革正是契合了工程教育改革的时机，以工程项目为导向的设计流程，为学生今后从事相关工作和继续学习铺垫了良好的基石。在工程教育的大背景下，如何巩固和加强单片机技术体系，在有限的时间内使学生在这个体系里循序渐进地学习和掌握单片机及嵌入式系统设计的过程，掌握常用EDA设计工具以及在实践过程中培养他们的创新和创造能力，是目前单片机课程亟待解决的问题。《单片机原理》课程模式改革的最终目的是建立单片机课程的工程教育体系结构，该体系结构以单片机基本原理为基础，设计开发及整合相关的硬件资源和软件资源，以及相关的教师资源，根据学生的认知过程，建立多层次、模块化、开放型、综合性的单片机工程训练教学新模式。其实施方法及内容主要为以下几方面。
1.针对机械类学生，确定单片机课程实践教学体系，开展单片机实践教学模式研究。单片机对于电子类的学生而言，是一门必修的技术基础课，主要应用在电子控制相关领域。而对于机械类的学生而言，单片机是选修课，那么如何改革当前针对机械类学生的单片机课程的教学体系，使得机械类学生能够有充足的兴趣来学习单片机，这是单片机模式改革的重要准备工作。首先拟从实际的工程项目出发，淡化理论知识。例如弱化指令系统、汇编语言程序设计、存储器及I/O口的扩展等。其次着重加强学生的实践和动手操作能力，通过课内和课外的工程项目实验来吸引学生。加强定时器操作、I/O口操作等方面的硬件设计和程序设计能力，例如花样流水灯、LED显示屏等实践项目。最后是结合机械类学生的特点及今后就业的领域，着重加强单片机在机电一体化领域的实际应用，使得学生在学习单片机课程的同时，也深入到了机电一体化的体系设计当中。
2.优化单片机实践课程体系，完善实践学习内容，对工具软件实践课程教学方法研究与探讨。针对单片机在机电一体化领域的实际应用，进行单片机实践课程的案例教学的开发。本实施方案是在上述实施的基础上，进行的细化工作。主要包括实践教学教案的编制，特别是机电一体化领域单片机实际应用的教案，以及单片机开发的工具软件实践课程的教学方法研究。在实践学习的内容方面，拟从机械类学生的特点及先前所学知识的基础上，以工程项目为导向，编制实践教学教案。初步拟定为这几项：IO口操作、中断定时操作、串口通信、键盘和显示、综合实验等。在工具软件的实践课程教学方法方面，拟引入Proteus、KeilC及Protel等EDA软件，建立单片机虚拟实验室，使得学生的学习不局限于实验室内有限的单片机实验箱。虚拟实验室的建立，使得学生的设计不局限于有限的单片机实验箱功能，进行单片机的开放性设计，锻炼实际应用和开发能力。
3.改革单片机课程考核成绩的评估机制，引入工程项目考核的机制，加强学生的实际工程设计能力。引入工程项目考核的机制，从项目规划、项目实施、项目验收等方面开展单片机课程的考核。拟改革原有的考试形式，摒弃纸面考查基础知识，而忽略实际应用能力的考试形式，而在数字虚拟实验室上开发实际的单片机工程项目。在此基础上，还可以更进一步，设计出基于Protel的电路原理图和PCB图，增强学生的实际工程应用能力。课程考核成绩主要分为三块：首先是课堂到课及课堂回答问题情况，占总成绩20%；其次是平时的5次作业情况，占总成绩的30%，这5次作业分别是I/O口操作、定时器应用、按键及LED显示、AD/DA、UART，它们是单片机课程的重点内容；最后是分组考核，3～4名学生为1组，根据一个紧密结合实际的单片机应用课题，然后开展硬件设计、程序开发和答辩等工作，这项考核占总成绩的50%。通过改革考核方法，使得学生全程参与到实践教学中来，从实践中学习，从实践中收获，调动了他们的学习积极性，从而能够取得较好的教学效果。
以工程项目及卓越工程师培养目标为导向，结合工科机械类的本科学生的实际特点，加强了课程和工程项目实践的紧密联系性，通过优化教学内容，以模块化、系统化的结构进行《单片机原理》课程的授课，能够让理工科学生特别是机械类学生在掌握单片机课程的基本理论和基本技能基础上，综合运用所学知识，实际开发一些单片机应用系统，提高教学效果。加强学生的动手能力、遇到问题时的思考能力、系统化设计的能力；改革课程的考核方式，更接近于工作实践，加强学生间的协调合作能力。弥补机械类学生在电子技术和单片机控制方面的不足，培养机电一体化的思想观念，并为他们今后的工作和学习打下良好的基础。以上具体方案，经过两年的教学实践及学生反应，效果良好。
参考文献：
[1]许超，吴新杰.任务驱动式实践教学在单片机课程中的应用[J].渤海大学学报（自然科学版），2011，32（2）：180-183.
[2]张毅刚，胡瑞强.基于Proteus的单片机课程的教学改革与实践能力培养[J].教育教学论坛，2012，（5）：149-150.
[3]黄云峰，程启明，刘刚，等.“MCS-51单片机原理”课程实验教学的现状及改革[J]，2011，（19）：124-125.
[4]趙冬梅.工学结合教学法在单片机课程中的应用[J].教育教学论坛，2011，（24）：34-35.
[5]时铭显.面向21世纪的美国工程教育改革[J].中国大学教学，2002，（10）：38-40.
关键词：教学模式改革；机械；工程教育
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2013）04-0072-02
一、《单片机原理》教学现状
《单片机原理》课程是电子类、机械类、控制类等专业的一门专业基础课，是在学生掌握了基础的电子技术类和计算机应用类课程之后，为加强对学生应用能力的培养而开设的体现电子技术、计算机技术综合应用的一门课程。本课程的目的和任务是使学生获得单片机应用系统设计的基本理论、基本知识与基本技能，为学生毕业走向工作岗位后从事机电一体化相关研究及开发打下良好的基础。《单片机原理》综合了硬件电路设计和软件编程等技术。学生在学习本课程的时候，一方面巩固掌握了前续基础课程，如《电子技术》和《计算机基础》等；另一方面，学会了单片机系统设计的思路和方法，为今后从事相关工作打下基础；此外，以MCS-51为基础的单片机课程也为今后的ARM、DSP学习，为《电子技术》的继续教育等夯实基础。《单片机原理》也是应用型人才培养的需要，现代理工科院校和高职院校都开设了相关课程。但是，单片机技术日新月异，而大部分高校的单片机课程教学模式却一直延续至今，没有针对技术发展、社会需求做出相应调整。单片机的传统教学方式多以课堂原理讲解为主，结合少量硬件实验，这种模式存在的问题较多。传统教学过程中未引入工程实践设计，导致学生动手能力普遍较差。由以上单片机课程的教学现状，我们可以看出，单片机课程改革势在必行，必须改革教学模式，才能适应工程教育的目的，培养学生的实践能力。
二、课程模式改革的理念、思路及实施方法
随着全世界人口、资源与环境压力的日益增大，工程与技术在创造性地解决这些问题方面正起着越来越重要的作用。已成为高等工程教育大国的中国，正以实施卓越工程师教育培养计划为突破点，加快高等工程教育改革创新。《单片机原理与应用》课程改革正是契合了工程教育改革的时机，以工程项目为导向的设计流程，为学生今后从事相关工作和继续学习铺垫了良好的基石。在工程教育的大背景下，如何巩固和加强单片机技术体系，在有限的时间内使学生在这个体系里循序渐进地学习和掌握单片机及嵌入式系统设计的过程，掌握常用EDA设计工具以及在实践过程中培养他们的创新和创造能力，是目前单片机课程亟待解决的问题。《单片机原理》课程模式改革的最终目的是建立单片机课程的工程教育体系结构，该体系结构以单片机基本原理为基础，设计开发及整合相关的硬件资源和软件资源，以及相关的教师资源，根据学生的认知过程，建立多层次、模块化、开放型、综合性的单片机工程训练教学新模式。其实施方法及内容主要为以下几方面。
1.针对机械类学生，确定单片机课程实践教学体系，开展单片机实践教学模式研究。单片机对于电子类的学生而言，是一门必修的技术基础课，主要应用在电子控制相关领域。而对于机械类的学生而言，单片机是选修课，那么如何改革当前针对机械类学生的单片机课程的教学体系，使得机械类学生能够有充足的兴趣来学习单片机，这是单片机模式改革的重要准备工作。首先拟从实际的工程项目出发，淡化理论知识。例如弱化指令系统、汇编语言程序设计、存储器及I/O口的扩展等。其次着重加强学生的实践和动手操作能力，通过课内和课外的工程项目实验来吸引学生。加强定时器操作、I/O口操作等方面的硬件设计和程序设计能力，例如花样流水灯、LED显示屏等实践项目。最后是结合机械类学生的特点及今后就业的领域，着重加强单片机在机电一体化领域的实际应用，使得学生在学习单片机课程的同时，也深入到了机电一体化的体系设计当中。
2.优化单片机实践课程体系，完善实践学习内容，对工具软件实践课程教学方法研究与探讨。针对单片机在机电一体化领域的实际应用，进行单片机实践课程的案例教学的开发。本实施方案是在上述实施的基础上，进行的细化工作。主要包括实践教学教案的编制，特别是机电一体化领域单片机实际应用的教案，以及单片机开发的工具软件实践课程的教学方法研究。在实践学习的内容方面，拟从机械类学生的特点及先前所学知识的基础上，以工程项目为导向，编制实践教学教案。初步拟定为这几项：IO口操作、中断定时操作、串口通信、键盘和显示、综合实验等。在工具软件的实践课程教学方法方面，拟引入Proteus、KeilC及Protel等EDA软件，建立单片机虚拟实验室，使得学生的学习不局限于实验室内有限的单片机实验箱。虚拟实验室的建立，使得学生的设计不局限于有限的单片机实验箱功能，进行单片机的开放性设计，锻炼实际应用和开发能力。
3.改革单片机课程考核成绩的评估机制，引入工程项目考核的机制，加强学生的实际工程设计能力。引入工程项目考核的机制，从项目规划、项目实施、项目验收等方面开展单片机课程的考核。拟改革原有的考试形式，摒弃纸面考查基础知识，而忽略实际应用能力的考试形式，而在数字虚拟实验室上开发实际的单片机工程项目。在此基础上，还可以更进一步，设计出基于Protel的电路原理图和PCB图，增强学生的实际工程应用能力。课程考核成绩主要分为三块：首先是课堂到课及课堂回答问题情况，占总成绩20%；其次是平时的5次作业情况，占总成绩的30%，这5次作业分别是I/O口操作、定时器应用、按键及LED显示、AD/DA、UART，它们是单片机课程的重点内容；最后是分组考核，3～4名学生为1组，根据一个紧密结合实际的单片机应用课题，然后开展硬件设计、程序开发和答辩等工作，这项考核占总成绩的50%。通过改革考核方法，使得学生全程参与到实践教学中来，从实践中学习，从实践中收获，调动了他们的学习积极性，从而能够取得较好的教学效果。
以工程项目及卓越工程师培养目标为导向，结合工科机械类的本科学生的实际特点，加强了课程和工程项目实践的紧密联系性，通过优化教学内容，以模块化、系统化的结构进行《单片机原理》课程的授课，能够让理工科学生特别是机械类学生在掌握单片机课程的基本理论和基本技能基础上，综合运用所学知识，实际开发一些单片机应用系统，提高教学效果。加强学生的动手能力、遇到问题时的思考能力、系统化设计的能力；改革课程的考核方式，更接近于工作实践，加强学生间的协调合作能力。弥补机械类学生在电子技术和单片机控制方面的不足，培养机电一体化的思想观念，并为他们今后的工作和学习打下良好的基础。以上具体方案，经过两年的教学实践及学生反应，效果良好。
参考文献：
[1]许超，吴新杰.任务驱动式实践教学在单片机课程中的应用[J].渤海大学学报（自然科学版），2011，32（2）：180-183.
[2]张毅刚，胡瑞强.基于Proteus的单片机课程的教学改革与实践能力培养[J].教育教学论坛，2012，（5）：149-150.
[3]黄云峰，程启明，刘刚，等.“MCS-51单片机原理”课程实验教学的现状及改革[J]，2011，（19）：124-125.
[4]趙冬梅.工学结合教学法在单片机课程中的应用[J].教育教学论坛，2011，（24）：34-35.
[5]时铭显.面向21世纪的美国工程教育改革[J].中国大学教学，2002，（10）：38-40.