◆陳飛 李鑫 戴梅 盧振利

作者：陳飛，常熟理工學院電氣與自動化工程學院副教授，主要從事計算機先進控制技術(shù)與先進檢測技術(shù)等方面的教學與研究工作；李鑫、戴梅、盧振利，常熟理工學院電氣與自動化工程學院（215500）。

1 前言

2010年，教育部基于國務(wù)院發(fā)布的《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010—2010年）》和《國家中長期人才發(fā)展規(guī)劃綱要（2010—2020年）》的相關(guān)內(nèi)容，提出了卓越工程師培養(yǎng)計劃。該計劃的主要目標是：面向工業(yè)界、面向未來、面向世界，培養(yǎng)造就一大批創(chuàng)新能力強、適應(yīng)經(jīng)濟社會發(fā)展需要的高質(zhì)量各類型工程技術(shù)人才，為建設(shè)創(chuàng)新型國家、實現(xiàn)工業(yè)化和現(xiàn)代化奠定堅實的人力資源基礎(chǔ)，增強我國的核心競爭力和綜合國力[1-2]。該目標要求未來的工程師能夠同時兼?zhèn)涔こ虅?chuàng)新和工程實踐能力。

圖1 單片機開發(fā)能力培養(yǎng)主線

常熟理工學院是一所應(yīng)用型本科院校，是全國卓越工程師教育培養(yǎng)計劃高校和江蘇省卓越工程師培養(yǎng)試點單位，自動化專業(yè)入選國家卓越工程師教育培養(yǎng)計劃試點專業(yè)。以學生自主學習能力、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力、工程實踐能力和職業(yè)素養(yǎng)培養(yǎng)為核心，圍繞三項能力“PLC編程與自動化系統(tǒng)集成能力、單片機開發(fā)能力和測控技術(shù)應(yīng)用能力”進行培養(yǎng)[3]。

文章主要針對自動化專業(yè)的單片機開發(fā)應(yīng)用能力的培養(yǎng)進行詳細的闡述。單片機開發(fā)應(yīng)用能力培養(yǎng)中始終堅持“以賽促學、創(chuàng)新集成、校企聯(lián)合”理念，采用校內(nèi)培養(yǎng)和校外培養(yǎng)相結(jié)合的方式，其能力培養(yǎng)主線如圖1所示。校內(nèi)培養(yǎng)包含了大一、大二暑期集中訓練，第五學期開設(shè)的單片機技術(shù)理實一體化課程學習，參加各類各級比賽（如全國大學生“飛思卡爾”杯智能汽車競賽、全國大學生電子設(shè)計競賽等），部分優(yōu)秀學生參與教師的實際項目。校外培養(yǎng)主要是進入合作企業(yè)進行實習或在企業(yè)工程師的帶領(lǐng)下完成與企業(yè)實際項目相關(guān)的畢業(yè)設(shè)計。

2 暑期訓練，激發(fā)學生創(chuàng)新實踐熱情

為培養(yǎng)自動化專業(yè)學生的綜合實踐設(shè)計能力和創(chuàng)新意識，提升學生對專業(yè)的認識，快速適應(yīng)高校開放式、自主學習式的教學模式，同時使實驗室成為創(chuàng)新性人才培養(yǎng)和卓越工程師培訓的實踐基地，學院對自動化專業(yè)學生制訂了暑期訓練計劃，訓練內(nèi)容包含創(chuàng)新實踐初認識、足球機器人、飛思卡爾智能車和51單片機基礎(chǔ)知識等，詳細內(nèi)容及訓練目標如表1所示。通過訓練使學生對創(chuàng)新有了了解，樹立了創(chuàng)新意識，對如何創(chuàng)新有了想法，同時為創(chuàng)新拓寬了知識面，而不僅僅局限于當前所學課本知識。初步引入關(guān)于單片機的基礎(chǔ)知識，使學生對單片機的應(yīng)用有一初步的了解，為學生進一步深入學習奠定基礎(chǔ)。

表1 暑假訓練內(nèi)容

3 改革教學模式，培養(yǎng)學生實踐動手能力

繼暑期訓練后，自我學習能力強的學生在創(chuàng)新實驗平臺的高年級學長的帶領(lǐng)下參與到各類競賽項目中。以競賽作引領(lǐng)，這部分學生如饑似渴地不斷補充、再學習，已具備運用模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)、傳感器技術(shù)、單片機技術(shù)的軟硬件開發(fā)設(shè)計能力。學院從學生個性發(fā)展的需要，培育更多優(yōu)秀的學生創(chuàng)新訓練項目和科技作品考慮，出臺課程學分抵修方案：在達到規(guī)定的考核標準后，可通過以創(chuàng)新訓練成果學分認可的方式獲得單片機技術(shù)理論與實踐課程的學分，至今已有32位學生通過這樣的方式獲得課程的學分。

單片機技術(shù)理論與實踐課程在第五學期開設(shè)。傳統(tǒng)的單片機課程教學模式是按照“硬件結(jié)構(gòu)”“單片機的C51語言”“中斷”“定時器”“接口應(yīng)用”的體系授課，講解中輔以一定的實例。致使學生對課程的學習感性認識不夠，不知道單片機到底用來做什么[4-5]。單片機技術(shù)理論與實踐是理實一體化課程，在實驗室完成教學和實踐，實現(xiàn)邊學邊做、邊做邊學。教師對課程內(nèi)容進行整合，將課程劃分為八個知識模塊，將理論教學融入實踐中，如表2所示。如知識模塊2“C51語言強化訓練”并非枯燥地進行編程語言教學，而是將程序設(shè)計知識融入單片機I/O口應(yīng)用（流水燈、閃爍燈、花樣廣告燈等）、數(shù)碼管控制和鍵盤操作實踐中。學習過程中目標明確可達，且輕松有趣、形象生動，學生學習積極性高。

4 以賽促學、服務(wù)學院，提升實踐動手和創(chuàng)新能力

學院積極貫徹落實國家的卓越計劃，提供廣泛的開放實驗平臺，配以優(yōu)秀的師資力量，鼓勵學生積極參與校內(nèi)、校外學科競賽，堅持“以賽促學”，強化培養(yǎng)學生的工程能力和創(chuàng)新能力。自動化專業(yè)學生得益于入學后的暑假訓練，使其能更好地投入到工程應(yīng)用能力鍛煉中，更早地接觸專業(yè)知識，已經(jīng)在各類大型科技競賽中嶄露頭角，在中國機器人大賽暨RoboCup公開賽中獲得機器人武術(shù)擂臺賽非標準平臺無差別項目（1V1）一等獎，機器人醫(yī)療工程規(guī)定動作賽一等獎和機器人醫(yī)療工程規(guī)定動作賽優(yōu)勝獎；在全國大學生智能汽車競賽中取得華東賽兩項一等獎和一項二等獎，并在總決賽中獲得全國二等獎的優(yōu)異成績；在全國大學生電子設(shè)計競賽取得兩項一等獎、三項二等獎的好成績[6]。通過參加比賽，不僅調(diào)動了學生學習積極性、主動性，培養(yǎng)學生的專業(yè)意識、創(chuàng)新精神，同時促進學生學會做人，學會溝通相處，學會團隊合作，提升了凝聚力。

在比賽和創(chuàng)新教育實踐中涌現(xiàn)的大量較高水平的學生科技作品和成果，對學生非常有說服力，激發(fā)了學生的學習興趣、自信心和主動性。通過高年級學生對低年級學生的幫、教、帶，使他們能快速融入于創(chuàng)新實踐中，同時使創(chuàng)新教育納入正軌，形成良性循環(huán)。隨著學生單片機開發(fā)應(yīng)用水平的提高及學校對自制實驗設(shè)備的支持，大學生創(chuàng)新實驗平臺指導教師帶領(lǐng)學生進行單片機實驗箱設(shè)計和制作，從實驗箱原理圖設(shè)計、印刷電路制作到器件選型焊接、調(diào)試，完成既能滿足實驗要求，又能滿足課程設(shè)計畢業(yè)設(shè)計需要的通用性實驗設(shè)備，目前已有50套投入使用中，受到學生的好評。同時學生承擔并完成了自動控制原理實驗設(shè)備、智能儀器實驗室設(shè)備的改造和維修。在這一過程中，學生的單片機開發(fā)應(yīng)用能力得到全面的培養(yǎng)和鍛煉。

表2 單片機技術(shù)理論與實踐課程知識模塊及實踐內(nèi)容

5 企業(yè)鍛煉，提升學生工程實踐能力

在卓越計劃實施過程，學校對實驗室、實訓基地和工程實踐中心進行建設(shè)，引進企業(yè)實際中所用的部分設(shè)備，力求與實際工業(yè)環(huán)境相符合，但依然在不同程度上與企業(yè)存在脫節(jié)現(xiàn)象，使得缺乏校企合作的工科畢業(yè)生不能夠馬上適應(yīng)企業(yè)的工作。校企合作將使學生有機會了解、熟悉和掌握企業(yè)最先進的生產(chǎn)設(shè)備和制造技術(shù)，畢業(yè)后成為受到普遍歡迎的“上手快”的工程人才[7]。

學院與行業(yè)企業(yè)深度合作共建大學生校外實踐教育基地，共同設(shè)計確定工程實踐能力的規(guī)格要求，明確課程的要求和任務(wù)，在第七學期中將學生分方向派往合作企業(yè)進行實習，接受企業(yè)工程師的培訓，輔助工程師完成相關(guān)工作，并在企業(yè)工程師帶領(lǐng)和指導下完成畢業(yè)設(shè)計任務(wù)。如學生在常熟某電器股份有限公司完成冰箱壓縮機機芯組裝智能定位傳輸系統(tǒng)的設(shè)計、基于單片機的自動售貨機閘門機構(gòu)控制系統(tǒng)設(shè)計、基于單片機的純水機控制系統(tǒng)開發(fā)、基于單片機的水流即熱式PID控制系統(tǒng)設(shè)計等，課題來源于產(chǎn)品開發(fā)中的一部分。這不僅強化了學生對單片機應(yīng)用開發(fā)能力的培養(yǎng)，同時使學生接觸到企業(yè)的先進生產(chǎn)設(shè)備和技術(shù)，清楚地認識到作為研發(fā)工程師除將系統(tǒng)設(shè)計出來，同時必須時刻關(guān)注成本、生產(chǎn)工藝、用戶需求、測試環(huán)境、配套廠家工藝水平等，必須做事謹慎細致，考慮問題全面。

6 結(jié)語

單片機技術(shù)開發(fā)能力培養(yǎng)模式不僅應(yīng)用于自動化專業(yè)學生的培養(yǎng)，同時覆蓋到學院各個專業(yè)學生，學生的受益面廣。通過暑期訓練使學生拓寬知識面、基礎(chǔ)扎實，通過競賽、服務(wù)學院、自我再學習使單片機技術(shù)開發(fā)能力得以進階，通過在合作企業(yè)進行實習、完成畢業(yè)設(shè)計使自己得以全面提升。這種“入門+提高+實踐”的模式不僅受到學生、教師的歡迎，也得到企業(yè)的認可和支持；不僅使學生各方面的能力得到鍛煉，同時實現(xiàn)學校和企業(yè)雙贏，推動學校教學改革，擴大社會對學校培養(yǎng)人才的認可度，企業(yè)在付出不太多的情況下獲得適用人才?！?/p>

[1]林健.“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”通用標準研制[J].高等工程教育,2010(4):21-29.

[2]崔勇,袁海文,王秋生,等.卓越工程師培養(yǎng)目標下的單片機教學改革探討[J].中國電力教育,2013(5):80-81.

[3]先進自動化與測控技術(shù)工程實踐教育中心驗收專題網(wǎng)站[EB/OL].http://autolab.cslg.cn/yanshou/yanshoubiao2.html.

[4]陳飛,顧啟民,王偉.基于Proteus和Keil的項目教學法在單片機教學中的應(yīng)用[J].實驗科學與技術(shù),2013(5):48-52.

[5]黃蓮花,李光明.應(yīng)用導向型教學模式在單片機課程中的實施[J].裝備制造技術(shù),2011(7):197-199.

[6]創(chuàng)新之光 再續(xù)輝煌:電氣與自動化工程學院學生暑期參加科技競賽側(cè)記[EB/OL].http://news.cslg.cn/ReadNews.asp?NewsID=60497.

[7]林健.校企全程合作培養(yǎng)卓越工程師[J].高等工程教育研究,2012(3):7-23.