王龍 喻文婕 雷鈞 魏海波

摘 要：針對單片機類課程傳統(tǒng)教學(xué)模式中存在著理論與實踐脫離，軟件與硬件銜接松散、試驗箱的資源有限并且硬件固定不可改變等現(xiàn)象而造成學(xué)生學(xué)習(xí)過程中感到枯燥、難以將理論應(yīng)用于實踐、實驗只能按部就班地接線實驗等問題。本論文基于上述傳統(tǒng)教學(xué)存在的問題，提出了一種“理論教學(xué)-在線仿真-反饋理論教學(xué)”的新型教學(xué)模式。通過理論教學(xué)-在線仿真來加深理論知識的理解;通過在線仿真-反饋理論教學(xué)來鍛煉實踐能力和鞏固理論知識，將理論知識應(yīng)用到實際工程中的工程實踐能力，檢測所學(xué)知識的掌握程度來反饋到實際教學(xué)中，構(gòu)成持續(xù)改進。

關(guān)鍵詞：單片機;工程實踐能力

基金項目：基于工程實踐能力培養(yǎng)的單片機綜合訓(xùn)練課程研究與實踐（項目編號：JY2019022）。

教育質(zhì)量的核心標(biāo)準(zhǔn)是看學(xué)生是否具有創(chuàng)新精神和實踐能力。因此，提高工科學(xué)生工程實踐能力是工科院校培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的重要途徑，也是提高高等工程教育質(zhì)量必須高度關(guān)注的重要問題。而單片機課程作為電氣工程及其自動化專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課程，該課程的培養(yǎng)模式直接決定學(xué)生們在該專業(yè)的后續(xù)專業(yè)課程學(xué)習(xí)質(zhì)量。

1 課程內(nèi)容與教學(xué)現(xiàn)狀

在單片機課程教學(xué)中，單片機課程的理論知識是與單片機的硬件電路緊密聯(lián)系的，即單片機系統(tǒng)是軟件和硬件的有機體系，傳統(tǒng)的教學(xué)方法和模式中，將理論知識和硬件電路分開，使得學(xué)生學(xué)習(xí)過程中容易感覺很課程枯燥。課程教學(xué)內(nèi)容中，中斷的概念、可編程定時器/計數(shù)器、串行通訊、系統(tǒng)擴展等教學(xué)環(huán)節(jié)，如果僅僅講述理論知識而不講解相對應(yīng)的硬件體系，學(xué)生容易跟不上教學(xué)計劃，從而產(chǎn)生厭惡學(xué)習(xí)單片機的心態(tài)。單片機的傳統(tǒng)實驗箱資源有限，并且笨重，學(xué)生僅僅在進行實驗室才能夠結(jié)構(gòu)到實驗箱，與理論教學(xué)銜接嚴(yán)重不足，實驗箱的外圍電路固定不可改變，學(xué)生只能按部就班地接線實驗，不能夠讓學(xué)生創(chuàng)新。因此在傳統(tǒng)的教學(xué)任務(wù)中，學(xué)生很少有機會能夠?qū)纹瑱C的理論知識進行實踐化，學(xué)生理論知識的掌握程度會逐漸降低，因此教師不能夠根據(jù)學(xué)生的實踐化掌握程度，來促進教學(xué)的反思和改革。

2 基于工程實踐能力培養(yǎng)的新型教學(xué)改革方式

目前構(gòu)建“基于工程實踐能力培養(yǎng)”的單片機系統(tǒng)綜合訓(xùn)練課程教學(xué)模式，把實際工程項目的全部過程融入進單片機課程的教學(xué)中，通過實際項目的實踐提升了大學(xué)生的實際工程項目的分析問題能力和實際工程項目的解決問題能力，為培養(yǎng)創(chuàng)新型大學(xué)生提供了可行路徑。建立“理論教學(xué)-在線仿真-反饋理論教學(xué)”的新型教學(xué)模式，在理論教學(xué)中，引入Proteus仿真軟件，在理論知識教學(xué)環(huán)節(jié)中隨時給學(xué)生仿真演示該知識點對應(yīng)的單片機硬件電路和體系，使得學(xué)生能夠?qū)⑺鶎W(xué)知識更加形象化和具體化的應(yīng)用到具體電路中去。通過學(xué)生對仿真演示環(huán)節(jié)的掌握程度，檢測學(xué)生對該理論知識點的掌握程度和不足，從而反饋理論教學(xué)，改成持續(xù)改進。理論教學(xué)-在線仿真來加深理論知識的理解;通過在線仿真-反饋理論教學(xué)來鍛煉實踐能力和鞏固理論知識，將理論知識應(yīng)用到實際工程中的工程實踐能力，檢測所學(xué)知識的掌握程度來反饋到實際教學(xué)中，構(gòu)成持續(xù)改進。

2.1 基于工程實踐能力培養(yǎng)的新型教學(xué)改革方式教學(xué)內(nèi)容

教學(xué)知識點框架如圖1所示，與各知識點匹配的項目如圖2所示。

針對知識點二，I/O端口程序控制，與其對應(yīng)的課程項目為閃爍的LED顯示項目，學(xué)生要自己根據(jù)所學(xué)的知識完成該項目;針對知識點三，中斷系統(tǒng)，與其對應(yīng)的課程項目為單只數(shù)碼管循環(huán)顯示項目，學(xué)生要自己根據(jù)所學(xué)的知識完成該項目;針對知識點四，定時器/計數(shù)器，與其對應(yīng)的課程項目為0-99計數(shù)器設(shè)計項目和交通模擬燈設(shè)計項目，學(xué)生要自己根據(jù)所學(xué)的知識完成該項目;針對知識點五，串行通信，與其對應(yīng)的課程項目為競賽搶答器設(shè)計項目，學(xué)生要自己根據(jù)所學(xué)的知識完成該項目。五個課程項目由功能需求分析、硬件電路設(shè)計、軟件程序設(shè)計、仿真與調(diào)試四個步驟組成，層層遞進，理論與實踐環(huán)環(huán)相扣，學(xué)生必須自主通過仿真演示完成每個項目，教師根據(jù)項目的檢測情況即可獲悉理論教學(xué)中存在的問題，持續(xù)改進。

2.2 基于工程實踐能力培養(yǎng)的新型教學(xué)改革方式課程考核與評價體系

課程考核評價方式由項目演講成績（5%）、作業(yè)成績（10%）、項目成績（45%）和期末成績（40%）四個部分組成，該考核評價方式既能考核學(xué)生的實踐能力、理論知識掌握能力和學(xué)習(xí)效果，具體如下：

1）項目演講成績（5%）：考核學(xué)生的團隊合作能力。

2）作業(yè)成績（10%）：考核學(xué)生各個理論知識點掌握能力。

3）項目成績（45%）：理論知識應(yīng)用與具體項目（硬件電路設(shè)計、軟件程序設(shè)計、仿真與調(diào)試效果等）的能力。

4）期末筆試40%：課程結(jié)束后，統(tǒng)一舉行的閉卷期末考試，考核學(xué)生理論知識點的綜合掌握能力。

3 基于工程實踐能力培養(yǎng)的新型教學(xué)改革方式課程教學(xué)效果

“基于工程實踐能力培養(yǎng)的新型教學(xué)改革方式”教學(xué)特點強調(diào)“以學(xué)生為中心”，不僅要讓學(xué)生掌握理論知識，更要讓學(xué)生知道掌握的理論知識怎么應(yīng)用與實際項目中，從而培養(yǎng)學(xué)生的工程實踐能力。從實際項目的檢測情況而獲悉理論教學(xué)中存在的問題和不足，為后續(xù)教學(xué)的持續(xù)改進提供了可靠的保證。目前，湖北汽車工業(yè)學(xué)院，電氣工程及其自動化專業(yè)2018級的學(xué)生正在執(zhí)行該教學(xué)模式，學(xué)習(xí)的學(xué)習(xí)積極性和學(xué)習(xí)態(tài)度明顯提高，并且學(xué)生們參加的多項基于單片機為平臺的學(xué)科競賽中，均獲得不錯的成績。

4 結(jié)論

“基于工程實踐能力培養(yǎng)的新型教學(xué)改革方式” 將傳統(tǒng)的“理論灌輸”、“以教師為中心”進行改革“以學(xué)生為中心”，增加學(xué)生的工程實踐能力。增加每節(jié)課的演示仿真環(huán)節(jié)，做到讓學(xué)生真正成為課堂的中心，既學(xué)習(xí)了理論知識的同時，也通過仿真環(huán)節(jié)鍛煉了知識應(yīng)用能力。

參考文獻

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