论文部分内容阅读
[摘 要] 微控制器课程的特点是软硬件结合紧密，兼顾理论和实践操作能力，根据应用型本科院校人才培养目标，培养学生的工程应用能力和实际产品开发能力。提出将“微控制器”课程进行项目化教学并引入CDIO教学模式，即将课程的知识点按照难易程度和逻辑关系，划分成不同的项目单元，进行项目化教学。并由浅入深逐步提高学生的工程实践能力，再对此项目教学模式课程的教学组织过程和考核体系进行详细探索。
[关 键 词] 微控制器;工程应用;项目化教学;实践
[中图分类号] G642 [文献标志码] A [文章编号] 2096-0603（2019）13-0078-02
目前，微控制器（或称单片机）技术广泛应用于工业控制、仪器仪表、家用电器、通信、物联网等领域。“微控制器”相关课程是培养电子、通信、物联网等专业人才的一门专业基础必修课程[1]。
应用型本科院校的目的在于培养适应社会需求的高素质应用型工程人才，要求学生具备较强的动手能力，能够利用微控制器完成系统开发等工作，并具备相应的工程应用能力，但是采用传统的“课堂+实验”的理论教学方法，脱离了学生工程应用能力的培养，无法体现应用型本科院校以培养应用型人才为目标的目标[2]。
一、课程教学现状
（一）教学模式过于单一
大部分的微控制器采用传统的课堂教学模式，即“理论+实验”进行教学开展，而微控制器是一门实践性非常强的课程，单纯理论教学比较枯燥，只有通过亲自动手设计和制作，才能更好地掌握相关知识点及课程内容。
（二）学生的学习热情不高
由于微控制器的实践应用非常广泛，大部分学科竞赛题目很多是以微控制器为核心进行设计，微控制器课程具有相当强的综合性，涉及很多理论与实践知识，包括程序设计、内部硬件及输入输出接口、软硬件联合调用等问题，让很多学生感到迷茫。课题组曾对部分具有代表性的学校共 1000 人做过调查，有大约50%的学生在学到硬件环境和输入输出接口时就没有了学习兴趣，严重影响教学质量。
（三）教学资源缺乏
由于学校专任教师各自能力不均衡，工程应用背景各自不同，教学目标、过程、进度、效果无法得到统一和保障，教学团队建设无法进行，相关教学资源和经验不能得到有效推广应用。基于网络化的教学管理模式也并不能如期发挥作用。近年来，虽然微控制器课程作为网络精品课程陆续建立起来，但使用效果却不甚理想，而且更重要的平台优势没有发挥出来[3]。
二、教学思路设计
目前，将相关课程进行项目化教学是大势所趋，而CDIO是当今高等工程教育的发展方向——构思（Conceive）、设计（Design）、实施（Implement）和运行（Operate）[4]，包括任何一个微控制器设计系统的四个步骤，通过这四个步骤进行项目化教学，以此培养学生的工程应用能力。由此可见，CDIO 教学模式强调学生的实践动手能力和协作运行能力，充分体现了教学过程中的学生主体地位和主动学习的价值。同时，CDIO 模式还强调学生应提高知识完整性及与他人的沟通能力。
（一）教学内容项目化
在“微控制器”课程教学开展过程中，針对微控制器课程主要知识点掌握不好的问题，将单片机课程进行项目化教学，全部调整到实验室内进行项目教学，把单片机相关主要知识点按照由易到难、由浅入深的逻辑原则[5]，分解整理归纳成不同项目单元，最大化地减少枯燥的理论教学，以项目设计为载体，全面培养学生的自学能力、实践能力和创新能力（项目分解如下表所示）。
项目化教学有助于学生理解和掌握微控制器的知识点，激发学生的学习兴趣。
（二）项目单元工程化
在微控制器课程教学的每一个项目单元内，按照国际流行的CDIO工程理念标准进行分解教学，使每一个项目都可以按照CDIO的四个步骤构思、设计、实施、运行来完成（见图1所示）。
最后，学生在课程考核时可以选择其中一个综合应用项目，教师只进行思路启发，在教师的指导下，让学生按照自己的思路设计和制作一个完整的系统。
（三）教学资源统筹化
将微控制器课程相关资源进行统筹，统一采用TI公司MCU或51单片机进行教学和实习实训，统一教材、教案、内容、考核等，修改相应人才培养方案和教学实验大纲等。
三、课程考核体系
注重项目考核，项目考核占50%，期末笔试考试占50%，在项目考核中侧重于学生实际项目的掌握能力，培养学生工程应用能力的设计和应用实践，注重实际问题的处理能力（课程考核体系如图2所示）。
微控制器应用系统除了编写用户程序外，还要进行外部接线、调试、再调试等，现场问题需要学生现场解决，合理的考核制度和标准既是督促又是点评和评判[6]。
四、结论
以工程应用能力为导向的“微控制器”课程项目化教学，将课程的所有知识体现分解成不同的项目单元进行教学。在每一个项目单元引入CDIO工程，通过四个步骤完成每一个项目单元的教学理念，以此培养学生的工程应用能力，并在结束后，改变现有的课题考核体系，加强工程应用能力的实践，弱化理论考试，结合实际工程产品进行开发和设计，培养学生的实际工程应用能力，突出应用型本科的特色，培养出更多满足企业和社会需求的微控制器应用开发人才。
参考文献：
[1]刘雪梅，章海亮.物联网技术下的单片机教学：评《单片机应用技术实例》[J].中国教育学刊，2017（8）.
[2]李小文，夏建国.应用型本科院校课程改革的若干思考[J].高等工程教育研究，2018（1）：107-110.
[3]杨芳，陈雷，张艳萍.应用型本科学生对课程现状评价的实证研究：以上海S校机械工程学院为例[J].中国职业技术教育，2018（17）：11-22.
[4]王志强，管恩京，巩秀钢，等.高校的混合式CDIO教学：以“高校单片机原理”课程为例[J].现代教育技术，2016（26）：113-119.
[5]占华林，闫娜，熊香香.“卓越工程师”标准的职业院校单片机实践课程教学改革与创新[J].职教论坛，2017（20）：79-81.
[6]梁少宁.“微控制器原理与应用”教学与考核模式改革总结[J].求知导刊，2017（19）：135-136.
编辑 冯永霞
[关 键 词] 微控制器;工程应用;项目化教学;实践
[中图分类号] G642 [文献标志码] A [文章编号] 2096-0603（2019）13-0078-02
目前，微控制器（或称单片机）技术广泛应用于工业控制、仪器仪表、家用电器、通信、物联网等领域。“微控制器”相关课程是培养电子、通信、物联网等专业人才的一门专业基础必修课程[1]。
应用型本科院校的目的在于培养适应社会需求的高素质应用型工程人才，要求学生具备较强的动手能力，能够利用微控制器完成系统开发等工作，并具备相应的工程应用能力，但是采用传统的“课堂+实验”的理论教学方法，脱离了学生工程应用能力的培养，无法体现应用型本科院校以培养应用型人才为目标的目标[2]。
一、课程教学现状
（一）教学模式过于单一
大部分的微控制器采用传统的课堂教学模式，即“理论+实验”进行教学开展，而微控制器是一门实践性非常强的课程，单纯理论教学比较枯燥，只有通过亲自动手设计和制作，才能更好地掌握相关知识点及课程内容。
（二）学生的学习热情不高
由于微控制器的实践应用非常广泛，大部分学科竞赛题目很多是以微控制器为核心进行设计，微控制器课程具有相当强的综合性，涉及很多理论与实践知识，包括程序设计、内部硬件及输入输出接口、软硬件联合调用等问题，让很多学生感到迷茫。课题组曾对部分具有代表性的学校共 1000 人做过调查，有大约50%的学生在学到硬件环境和输入输出接口时就没有了学习兴趣，严重影响教学质量。
（三）教学资源缺乏
由于学校专任教师各自能力不均衡，工程应用背景各自不同，教学目标、过程、进度、效果无法得到统一和保障，教学团队建设无法进行，相关教学资源和经验不能得到有效推广应用。基于网络化的教学管理模式也并不能如期发挥作用。近年来，虽然微控制器课程作为网络精品课程陆续建立起来，但使用效果却不甚理想，而且更重要的平台优势没有发挥出来[3]。
二、教学思路设计
目前，将相关课程进行项目化教学是大势所趋，而CDIO是当今高等工程教育的发展方向——构思（Conceive）、设计（Design）、实施（Implement）和运行（Operate）[4]，包括任何一个微控制器设计系统的四个步骤，通过这四个步骤进行项目化教学，以此培养学生的工程应用能力。由此可见，CDIO 教学模式强调学生的实践动手能力和协作运行能力，充分体现了教学过程中的学生主体地位和主动学习的价值。同时，CDIO 模式还强调学生应提高知识完整性及与他人的沟通能力。
（一）教学内容项目化
在“微控制器”课程教学开展过程中，針对微控制器课程主要知识点掌握不好的问题，将单片机课程进行项目化教学，全部调整到实验室内进行项目教学，把单片机相关主要知识点按照由易到难、由浅入深的逻辑原则[5]，分解整理归纳成不同项目单元，最大化地减少枯燥的理论教学，以项目设计为载体，全面培养学生的自学能力、实践能力和创新能力（项目分解如下表所示）。
项目化教学有助于学生理解和掌握微控制器的知识点，激发学生的学习兴趣。
（二）项目单元工程化
在微控制器课程教学的每一个项目单元内，按照国际流行的CDIO工程理念标准进行分解教学，使每一个项目都可以按照CDIO的四个步骤构思、设计、实施、运行来完成（见图1所示）。
最后，学生在课程考核时可以选择其中一个综合应用项目，教师只进行思路启发，在教师的指导下，让学生按照自己的思路设计和制作一个完整的系统。
（三）教学资源统筹化
将微控制器课程相关资源进行统筹，统一采用TI公司MCU或51单片机进行教学和实习实训，统一教材、教案、内容、考核等，修改相应人才培养方案和教学实验大纲等。
三、课程考核体系
注重项目考核，项目考核占50%，期末笔试考试占50%，在项目考核中侧重于学生实际项目的掌握能力，培养学生工程应用能力的设计和应用实践，注重实际问题的处理能力（课程考核体系如图2所示）。
微控制器应用系统除了编写用户程序外，还要进行外部接线、调试、再调试等，现场问题需要学生现场解决，合理的考核制度和标准既是督促又是点评和评判[6]。
四、结论
以工程应用能力为导向的“微控制器”课程项目化教学，将课程的所有知识体现分解成不同的项目单元进行教学。在每一个项目单元引入CDIO工程，通过四个步骤完成每一个项目单元的教学理念，以此培养学生的工程应用能力，并在结束后，改变现有的课题考核体系，加强工程应用能力的实践，弱化理论考试，结合实际工程产品进行开发和设计，培养学生的实际工程应用能力，突出应用型本科的特色，培养出更多满足企业和社会需求的微控制器应用开发人才。
参考文献：
[1]刘雪梅，章海亮.物联网技术下的单片机教学：评《单片机应用技术实例》[J].中国教育学刊，2017（8）.
[2]李小文，夏建国.应用型本科院校课程改革的若干思考[J].高等工程教育研究，2018（1）：107-110.
[3]杨芳，陈雷，张艳萍.应用型本科学生对课程现状评价的实证研究：以上海S校机械工程学院为例[J].中国职业技术教育，2018（17）：11-22.
[4]王志强，管恩京，巩秀钢，等.高校的混合式CDIO教学：以“高校单片机原理”课程为例[J].现代教育技术，2016（26）：113-119.
[5]占华林，闫娜，熊香香.“卓越工程师”标准的职业院校单片机实践课程教学改革与创新[J].职教论坛，2017（20）：79-81.
[6]梁少宁.“微控制器原理与应用”教学与考核模式改革总结[J].求知导刊，2017（19）：135-136.
编辑 冯永霞