宋 躍， 胡必武， 雷瑞庭

(東莞理工學(xué)院 電子工程與智能化學(xué)院, 廣東 東莞 523808)

0 引 言

2015年我校進(jìn)入廣東省高水平理工科大學(xué)建設(shè)行列，2016年電子信息工程、通信工程等專業(yè)進(jìn)入一本招生，辦學(xué)規(guī)格見長，高水平應(yīng)用型人才的培養(yǎng)日顯迫切，“單片機與接口技術(shù)”作為“微機原理及應(yīng)用”“單片機及接口技術(shù)”合二為一的電類學(xué)科基礎(chǔ)課程，在具有很強的基礎(chǔ)原理性的同時，更強調(diào)工程實踐性，在2010年廣東省精品課程和2013年廣東省資源共享課程“單片機與接口技術(shù)”的轉(zhuǎn)型升級建設(shè)中，與企業(yè)一起，開展了對課程教學(xué)的改革與創(chuàng)新。

1 課程性質(zhì)與教學(xué)定位

二合一課程始于2010年，80學(xué)時(含實驗16學(xué)時)，在卓越工程師班開設(shè)課程設(shè)計1周。

目前，應(yīng)用型電類專業(yè)學(xué)生在項目設(shè)計、創(chuàng)新競賽、見工就業(yè)中，單片機是一門必不可少的專業(yè)技能，更是后續(xù)諸多高新技術(shù)的基礎(chǔ)，在二合一課程中，如何讓學(xué)生既要學(xué)好微機基礎(chǔ)理論，滿足本科教育可持續(xù)發(fā)展的要求[1，2],又要掌握先進(jìn)的單片機仿真開發(fā)等實用技術(shù)，為此二合一課程教學(xué)設(shè)計為：以51TM單片機為中心，圍繞單片機教學(xué)需要，適時推出相應(yīng)所需的微機基礎(chǔ)理論，著重突出單片機技術(shù)的先進(jìn)性、工程性、實用性，最后以比較法教學(xué)，簡單介紹80X86CPU與PC機，從而實現(xiàn)合二為一。

2 課程改革規(guī)劃

2.1 教學(xué)理念的轉(zhuǎn)變

教學(xué)理念是人們對教學(xué)和學(xué)習(xí)活動內(nèi)在規(guī)律認(rèn)識的集中表現(xiàn)，是資源共享課程建設(shè)的信念和指導(dǎo)思想[3]。教學(xué)理念轉(zhuǎn)變是教學(xué)改革的基礎(chǔ)，轉(zhuǎn)變的核心是以“教”為主轉(zhuǎn)向以“學(xué)”為主，“成果導(dǎo)向” “以生為本、以學(xué)為主”的教學(xué)理念應(yīng)貫穿整個教學(xué)改革和課程建設(shè)的全過程。

2.2 知識結(jié)構(gòu)體系優(yōu)化與設(shè)計

教學(xué)內(nèi)容是資源共享課程建設(shè)的核心，轉(zhuǎn)型升級在更新教學(xué)理念的同時，還應(yīng)有新的教學(xué)內(nèi)容，并融入新的教學(xué)成果[2]。

從應(yīng)用型大學(xué)定專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)出發(fā)，以O(shè)BE(Outcomes-based Education)為導(dǎo)向，制定二合一課程標(biāo)準(zhǔn)，確立如表1所示的知識-能力-素質(zhì)目標(biāo)要求，以“使用集成電路、設(shè)計集成電路、優(yōu)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)”的核心專業(yè)能力培養(yǎng)為中心，突出“實用+先進(jìn)+工程”的教學(xué)目標(biāo)。

表1 課程目標(biāo)設(shè)計

二合一課程教學(xué)中，不僅要處理經(jīng)典與現(xiàn)代、理論與實踐的關(guān)系[3-4]，還要協(xié)調(diào)基礎(chǔ)與工程的平衡,既要求學(xué)生掌握一定的微機理論，突出本科基礎(chǔ)教育的特點[1]，同時又要具有51TM機的開發(fā)應(yīng)用能力。為此以知識點為基礎(chǔ)，從課程目標(biāo)和資源共享課程面向社會的要求出發(fā)，分為普適和特殊(面向卓越班、創(chuàng)新競賽類等)二類不同階段的學(xué)習(xí)目標(biāo)[4-5]：

(1) 普適階段目標(biāo)。① 理解微機內(nèi)部結(jié)構(gòu)，熟悉51TM單片機基本資源;② 能夠在μVision、Proteus仿真軟件環(huán)境下搭建硬件、編寫軟件，完成小任務(wù)調(diào)試;③ 理解時序原理、接口分析方法，熟悉匯編和C51編程;④ 熟悉常用接口，掌握小系統(tǒng)設(shè)計過程和方法;⑤ 對教學(xué)實驗和課程設(shè)計，完成選題-設(shè)計-仿真-調(diào)試的全過程。

(2) 特殊階段目標(biāo)。① 理解微機基本原理，熟悉51TM系統(tǒng)資源，熟練接口設(shè)計方法。② 熟練μVision、Proteus設(shè)計與調(diào)試，熟悉匯編和C51編程。③ 通過項目訓(xùn)練，掌握系統(tǒng)設(shè)計與調(diào)試方法。④ 對小系統(tǒng)完成設(shè)計-仿真-調(diào)試-制作的全過程。

圍繞課程目標(biāo)，改革單片機傳統(tǒng)的知識編排，將課程劃分為硬件、指令、編程、接口、開發(fā)及其他共6個模塊，有利于講解重點、難點，營造自學(xué)習(xí)空間，同時便于將難點分散在不同的模塊上即不同的學(xué)習(xí)階段上，合理分配教學(xué)任務(wù)，實現(xiàn)實驗結(jié)果環(huán)環(huán)相扣，激發(fā)學(xué)生興趣，變被動學(xué)習(xí)為主動學(xué)習(xí)。

2.3 層次化實驗實踐

為實現(xiàn)能力目標(biāo)達(dá)成，在實驗實踐教學(xué)中，設(shè)計“基礎(chǔ)實驗+實訓(xùn)提高+課外創(chuàng)新+工程應(yīng)用” 層次化的實驗實踐引導(dǎo)，普適階段以完成基礎(chǔ)實驗為主，通過實訓(xùn)逐步實現(xiàn)課程基礎(chǔ)實踐能力的培養(yǎng)。

在特殊階段，通過學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)、學(xué)科專業(yè)競賽、科研項目訓(xùn)練，在培養(yǎng)工程實踐能力的同時，以學(xué)生為主體開展知識產(chǎn)權(quán)申請、論文撰寫基本能力的訓(xùn)練，同時將組織交往能力、項目合作能力的培養(yǎng)貫穿在項目訓(xùn)練的全過程，實現(xiàn)工程實踐、論文撰寫、研究合作、國際交往等綜合能力的培養(yǎng)達(dá)成，繼而全面提高綜合素質(zhì)。

2.4 與社會聯(lián)合開展課程建設(shè)

加強與國內(nèi)外本行業(yè)的龍頭企業(yè)、研發(fā)機構(gòu)合作，與行業(yè)專家一起，開展基于企業(yè)項目的課程設(shè)計和畢業(yè)設(shè)計，聯(lián)合指導(dǎo)創(chuàng)新競賽，開展融入行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的項目化教學(xué)案例開發(fā)，將案例教學(xué)寫入教學(xué)大綱，以教學(xué)文件的形式納入課堂教學(xué)。

3 課程改革的實施及效果

如圖1所示是課程目標(biāo)實現(xiàn)和專業(yè)核心能力培養(yǎng)的達(dá)成圖。

圖1 課程目標(biāo)的達(dá)成過程

3.1 教學(xué)內(nèi)容改革

與傳統(tǒng)課程相比，從增加新技術(shù)新器件、軟件仿真與匯編C51交叉融入教學(xué)、開辟自學(xué)習(xí)空間等環(huán)節(jié)入手，二合一課程對課程內(nèi)容做了如下改革：

(1) 匯編與C51編程、軟件仿真有機融合。在課程教學(xué)初期，匯編與C51采取對照編程模式，同時將Proteus、Keil C軟件仿真與編程融為一體。

(2) 增加串行擴展等新技術(shù)，弱化并行擴展，強化最小系統(tǒng)。重點放在單片機最小系統(tǒng)，增加I2C、SPI、LCD、Flash器件內(nèi)容，并通過實例講解AT24C02、DS1302等串行接口器件和模擬時序編程方法。

(3) 強化開發(fā)與仿真軟件的課外訓(xùn)練。將最新軟件工具和儀器(如編程器、模擬仿真軟件、硬件仿真器)適當(dāng)?shù)厝谟诮虒W(xué)中，以期末實驗考核計入課程總成績，強化軟件的實踐訓(xùn)練。

(4) 增加最新單片機技術(shù)介紹。將國際上最新的單片機(如宏晶STC15系列)和其他非51單片機作簡單介紹(如32位Cortex MCU系列STM32F1/F3 /L0等)，讓學(xué)生課后去查閱相關(guān)資料，鼓勵學(xué)生在各種訓(xùn)練中予以使用，特別是支持在應(yīng)用編程IAP、在線調(diào)試 ICD的機型。

(5) 側(cè)重共性基礎(chǔ)技術(shù)，實施“有所為、有所不為”。對單片機的內(nèi)部資源著重講解常用的知識點，如重講定時計數(shù)器方式1和2，串口方式0和1等，8155方式0和1等，節(jié)省教學(xué)資源，營造學(xué)生自主學(xué)習(xí)空間。

3.2 二合一教學(xué)資料

為滿足二合一的教學(xué)需要，圍繞層次化實驗實踐和核心專業(yè)能力培養(yǎng)，主編出版《單片微機原理與接口技術(shù)》教材，教材使用5年多，經(jīng)過4次修改，滿足教學(xué)需要。在第2版中，更加突出“實用+先進(jìn)+工程”編寫目標(biāo)，注重軟件仿真與硬件實驗的結(jié)合，較多的工程案例資料導(dǎo)入教材，C51與匯編編程交叉融入教學(xué)案例，對典型案例同時提供匯編與C51對應(yīng)的源程序，在介紹仿真軟件μVision4、Proteus8使用的同時，教材(含習(xí)題)中針對常用知識點還穿插有實用仿真案例，為學(xué)生單片機實驗實踐提供實用的參考范例。

實驗教學(xué)中，在課程網(wǎng)站上建有實驗指導(dǎo)欄目，有針對多款實驗裝置編寫適合基礎(chǔ)能力培養(yǎng)的課內(nèi)和課外的系列實驗指導(dǎo)資料，有針對特殊階段學(xué)習(xí)的課程設(shè)計指導(dǎo)和選題任務(wù)書等。

3.3 案例教學(xué)

以項目化為主線，融入企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，聯(lián)合企業(yè)開展案例設(shè)計，將理論教學(xué)、實踐環(huán)節(jié)串聯(lián)在一起，在引導(dǎo)學(xué)生理解案例整體設(shè)計思想與方法的同時，更要關(guān)注案例中系統(tǒng)設(shè)計與具體知識點的關(guān)聯(lián)和實現(xiàn)。

(1) 企業(yè)項目(如深圳誠創(chuàng)立、東莞創(chuàng)銳、東莞新興鋼具等)、科研項目、創(chuàng)新競賽成果到工程案例的提煉：案例中展示的元素主要有案例背景、成果、系統(tǒng)設(shè)計及關(guān)鍵知識點的硬軟件具體描述等，教學(xué)中對簡單的設(shè)計進(jìn)行現(xiàn)場講解、演示，復(fù)雜的設(shè)計則制成視頻錄像或?qū)⒃O(shè)計文件掛在網(wǎng)站。

(2) 課程群案例開發(fā)：近2年在省級“嵌入式測控技術(shù)課程群”項目建設(shè)中，深度與深圳東莞多家龍頭企業(yè)(如東莞龍昌、東莞博思等)、研發(fā)機構(gòu)(如深圳信盈達(dá)等)合作，以最新成果為素材，基于行業(yè)背景，開展單片機與嵌入式系統(tǒng)的案例開發(fā)。

目前，在課程網(wǎng)站-設(shè)計案例欄目里有近120個不同案例供學(xué)生參考學(xué)習(xí)，其中工程案例13個。

3.4 構(gòu)建課程訓(xùn)練體系，實現(xiàn)工程應(yīng)用能力達(dá)成

在近年新進(jìn)二合一課程實驗設(shè)備的基礎(chǔ)上，近4年在學(xué)科建設(shè)中，新置單片機開發(fā)與應(yīng)用的高端儀器與設(shè)備近200套(臺)40個品種，共投入人民幣近300萬元，基本形成單片機開發(fā)高新技術(shù)平臺。

近8年來，自行研制單片機3大系列(即入門興趣、接口技術(shù)和綜合開發(fā)系列)16種板(共3代)共計400余套的單片機實驗板，已17個學(xué)期免費發(fā)放到學(xué)生每個宿舍、創(chuàng)新小組、創(chuàng)新基地，供學(xué)生無償用于課外學(xué)習(xí)，全部的技術(shù)文檔已在網(wǎng)站共享，為課外實訓(xùn)提高和基礎(chǔ)訓(xùn)練提供條件，實現(xiàn)實驗課內(nèi)課外的結(jié)合。

利用各種單片機開發(fā)板，在創(chuàng)新基地、創(chuàng)新中心通過教師科研、創(chuàng)新競賽項目實現(xiàn)基本設(shè)計和制作能力的訓(xùn)練，實現(xiàn)如圖2所示的從基礎(chǔ)實驗到工程應(yīng)用能力的過渡。

圖2 層次化實踐能力培養(yǎng)達(dá)成圖

教師按學(xué)術(shù)方向組建近10個創(chuàng)新競賽指導(dǎo)群，擴建“大學(xué)生創(chuàng)新中心”近400 m2， 與企業(yè)共建了“創(chuàng)新基地”( 東莞創(chuàng)銳、東莞博思、東莞拓?fù)?，通過東莞龍昌(基于東莞理工的國家工程實踐教育中心)、東莞博思(課程合作企業(yè))、深圳信盈達(dá)等企業(yè)開展項目的聯(lián)合指導(dǎo)，為學(xué)生打造了課外科技訓(xùn)練平臺，實現(xiàn)實踐校內(nèi)校外的結(jié)合。

課程結(jié)束后，引導(dǎo)學(xué)生開展ARM、FPGA、LINUX等先進(jìn)技術(shù)的學(xué)習(xí)和綜合應(yīng)用，在 “創(chuàng)新中心”“創(chuàng)新基地”成立的各種創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)、競賽小組、科研小組，利用課余特別是假期，在指導(dǎo)群教師的指導(dǎo)下結(jié)合項目進(jìn)行綜合實踐，逐步實現(xiàn)工程應(yīng)用能力的培養(yǎng)達(dá)成。

3.5 改革實驗教學(xué)，強化基礎(chǔ)實驗?zāi)芰τ?xùn)練

(1) 課程內(nèi)實驗50% 為必做，由任課教師和實驗老師指導(dǎo)在課內(nèi)完成，另50% 為選做實驗，由指導(dǎo)老師提供選題，課內(nèi)學(xué)時由實驗老師指導(dǎo)，課外開放時間由實驗助理(學(xué)生)指導(dǎo)，期末進(jìn)行實驗考核，主要是考核學(xué)生對選做實驗的熟悉程度，占課程總成績的10%，以此強化實驗?zāi)芰Φ呐囵B(yǎng)[6-10]。

(2) 對課內(nèi)實驗教學(xué)的內(nèi)容與形式進(jìn)行改革，減少演示驗證性實驗，開設(shè)基于OBE的小綜合設(shè)計實驗2個、大綜合設(shè)計性實驗1個，同時研制基于OBE的單片機的實訓(xùn)裝置服務(wù)課外訓(xùn)練。

4 響應(yīng)教學(xué)改革的課程開放資源

為響應(yīng)6個知識模塊而建設(shè)的14個課程資源類型(見表2)，基于精品課程建設(shè)，以基本課程文件(課程標(biāo)準(zhǔn)、課程大綱等)、視頻(80節(jié))、多媒體課件(系列PPT)、實驗指導(dǎo)、課外實踐(含有單片機3大系列板、單片機實驗箱技術(shù)改造、仿PC機單片機實驗板的資源說明、電路圖、實驗程序等技術(shù)文檔)、習(xí)題試卷庫等構(gòu)成基本資源，對應(yīng)單片機4大基礎(chǔ)知識模塊學(xué)習(xí)訓(xùn)練，基本實現(xiàn)課內(nèi)課外的結(jié)合，精讀教材與參考教材、文獻(xiàn)、擴充讀物的結(jié)合。

表2 課程知識與資源類型建設(shè)

圍繞工程能力培養(yǎng)和素質(zhì)提升環(huán)節(jié)，開展了拓展資源建設(shè)，突出課程的工程實踐特點，為轉(zhuǎn)型升級資源建設(shè)的重點，基于案例開發(fā)和聯(lián)合指導(dǎo)實現(xiàn)校內(nèi)校外、課程教材與實際設(shè)計素材的結(jié)合，資源類型除行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、作業(yè)系統(tǒng)與在線考試(源自網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺)、器件資料、技術(shù)開發(fā)等欄目外，還設(shè)計有案例欄目(含工程案例、設(shè)計競賽案例、企業(yè)案例等共計120多個)、 應(yīng)用資源庫(近60個文檔)、學(xué)生單片機成果庫(含競賽獲獎、公開論文、知識產(chǎn)權(quán)70余項)等，通過網(wǎng)絡(luò)資源的開發(fā)、集成和梳理，實現(xiàn)理論教學(xué)與工程實踐的有機結(jié)合[11-15]。

2014年3月全面實施在線答疑、布置和批改作業(yè)、在線考試/測試、發(fā)布資訊等網(wǎng)絡(luò)教學(xué)，同時建有300多題的試題庫，運用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺，突破時空限制，增大教學(xué)信息量，建立教與學(xué)的交互平臺。

5 結(jié) 語

近年來基于課程建設(shè)和實踐創(chuàng)新指導(dǎo)，在單片機和實踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)方面取得較好的成果，2014年獲省級教學(xué)成果獎1項，學(xué)生擁有知識產(chǎn)權(quán)9項，其中國家發(fā)明專利2項，學(xué)生以第一作者公開發(fā)表科研論文14篇，其中中文核心8篇，ISTP收錄2篇，參加學(xué)科專業(yè)競賽獲國家級1項，省級一等3項，二等17項等。

但在實踐中，仍感到有很多不足，例如：

(1) 案例中融入的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)表征不夠明顯，OBE大綜合實驗或課程設(shè)計成果導(dǎo)向不足，社會資源的吸納有待繼續(xù)努力。

(2) 與歐美、港臺等高校相比，在教學(xué)思想和教學(xué)模式上還有較大差距，如臺北科技大學(xué)工程類課程必須在企業(yè)做大作業(yè)實習(xí)、做“黑手”等，所以在教育理念與思想、教學(xué)模式等方面還有較大的研究與改革空間。

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