程 瑋

（廈門海洋職業(yè)技術(shù)學(xué)院海洋機(jī)電學(xué)院，福建 廈門 361100）

在《中國制造2025》的倡議下，嵌入式技術(shù)的應(yīng)用具有重大的現(xiàn)實意義，單片機(jī)課程是高校培養(yǎng)嵌入式應(yīng)用技術(shù)人才的核心課程[1]。廈門海洋職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電一體化技術(shù)專業(yè)是教育部骨干專業(yè)和福建省教育廳現(xiàn)代學(xué)徒制試點專業(yè)，單片機(jī)課程改革是本專業(yè)人才培養(yǎng)方案改革的一項重點內(nèi)容。近年來，各高校為了適應(yīng)新形勢下人才培養(yǎng)的要求，針對單片機(jī)課程改革不斷探索，取得了一定的成效。但在多年的單片機(jī)教學(xué)中，筆者發(fā)現(xiàn)僅對單片機(jī)這一單門課程進(jìn)行改革，無法有效解決對學(xué)生嵌入式技術(shù)綜合應(yīng)用能力的培養(yǎng)。結(jié)合近年來自身多年的教學(xué)科研體會及對相關(guān)專業(yè)企業(yè)的調(diào)研，提出對單片機(jī)課程內(nèi)容和教學(xué)實踐環(huán)節(jié)進(jìn)行系統(tǒng)綜合性改革，將單片機(jī)的前后置課程有機(jī)融合，構(gòu)建一個科學(xué)合理的單片機(jī)課程群。它能有效地解決學(xué)生對嵌入式知識掌握的深度和廣度。

1 單片機(jī)課程教學(xué)的現(xiàn)狀

單片機(jī)技術(shù)的應(yīng)用是幾乎所有工科學(xué)生的必修內(nèi)容，是高素質(zhì)復(fù)合技能型人才所需的全部自動控制類知識結(jié)構(gòu)的應(yīng)用平臺[2]。傳統(tǒng)的單片機(jī)教學(xué)一般從本學(xué)科體系出發(fā)，雖注重課程本身的教學(xué)單元結(jié)構(gòu)，但卻忽略了其前后課程的邏輯聯(lián)系。

雖然各高校的單片機(jī)應(yīng)用的前后置課程不完全一樣，但大體可歸納為由“電工電子技術(shù)”“C語言程序設(shè)計”“電路板設(shè)計”“傳感器檢測與技術(shù)”等組成的前置課程和“單片機(jī)技能實訓(xùn)”等后繼課程。以該院機(jī)電一體化專業(yè)為例，改革前的課程安排如表1所示。在傳統(tǒng)教學(xué)中，上述每門課程基本由不同的教師獨立授課，整體沒有實現(xiàn)無縫銜接且相對枯燥。容易導(dǎo)致課程針對性不強(qiáng)，課程之間彼此知識點銜接不暢，實踐能力培養(yǎng)不到位等問題。例如，在實際教學(xué)中由于學(xué)生對前置知識點的遺忘，授課教師經(jīng)常需要從中穿插前置課程的復(fù)習(xí)。

表1 傳統(tǒng)的單片機(jī)前后置課程的設(shè)置

大量的實踐可以使學(xué)生有效地融合在技術(shù)應(yīng)用中所需的所有知識，但在傳統(tǒng)的單片機(jī)實踐教學(xué)環(huán)節(jié)卻限制了學(xué)生的動手能力。各個高校在實踐教學(xué)中通常采用Protues仿真軟件和統(tǒng)一購買的開發(fā)板實驗箱。仿真軟件能大大簡便教學(xué)，但缺乏實踐性且仿真度有限。開發(fā)板實驗箱多采用集成電路搭建，雖然簡單易上手，卻限制了學(xué)生的動手能力，學(xué)生自由發(fā)揮的機(jī)會偏少，不能按自己的想法和特長做一些設(shè)計性、綜合性、創(chuàng)造性的實踐[3]。

2 單片機(jī)課程群教學(xué)改革研究與實踐

根據(jù)上述現(xiàn)狀分析，筆者提出以一個貫穿整個高職三年學(xué)制的單片機(jī)課程群概念。本次改革將傳統(tǒng)單片機(jī)前后置課程有機(jī)融合成單片機(jī)課程群，通過四個學(xué)期逐級梯次教學(xué)，將知識由淺入深講解，逐漸增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和專注力，培養(yǎng)自我動手分析問題、解決問題的能力，最終把學(xué)生培養(yǎng)成企業(yè)所需求的，有較強(qiáng)自我學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)造力，在嵌入式硬、軟件技術(shù)應(yīng)用有設(shè)計功底的人才。

2.1 課程改革的介紹

改革后的課程群分為“單片機(jī)入門項目”“單片機(jī)應(yīng)用項目”“單片機(jī)高級應(yīng)用項目”三個部分，期間插入“雙創(chuàng)興趣小組”“電子線路板設(shè)計”兩門輔助課。課程群關(guān)聯(lián)如圖1所示，課程設(shè)置的具體內(nèi)容如表2所示，具體介紹如下。

圖1 單片機(jī)課程群關(guān)聯(lián)圖

表2 改革后的課程群教學(xué)一覽表

1）系列課程1：“單片機(jī)入門項目”。作為單片機(jī)課程群的第一門課程，主要安排講授C語言程序中的數(shù)據(jù)類型、基本運(yùn)算、順序結(jié)構(gòu)和循環(huán)結(jié)構(gòu)，以及常規(guī)的電子元件的應(yīng)用（電阻、電容、二極管、三極管、LED燈、按鍵等）。通過Protues仿真軟件模擬單片機(jī)最簡單的應(yīng)用（I/O口控制，單任務(wù)），對LED燈的點亮，閃爍、跑馬燈等。

2）系列課程2：“單片機(jī)應(yīng)用項目”。本課程主要安排多個單片機(jī)應(yīng)用小項目，采用Protues仿真軟件和開發(fā)實驗箱，融入電工電子知識和C語言的數(shù)組、函數(shù)等知識和單片機(jī)多任務(wù)操作系統(tǒng)的思路實現(xiàn)按鍵控制、多位數(shù)碼管顯示、定時器、計數(shù)器、直流電機(jī)控制、蜂鳴器控制等項目。

3）系列課程3：“電子線路板設(shè)計”。本課程除按常規(guī)講授原理圖和PCB圖外，增加一個單片機(jī)基本外圍電路的設(shè)計項目（包括單片機(jī)最小系統(tǒng)、LED流水燈、按鍵、蜂鳴器、繼電器、四位數(shù)碼管顯示、EEPROM、并預(yù)留液晶、紅外接收、和多個I/0和AD轉(zhuǎn)換等接口）?？紤]到成本和時間，分為4人一組設(shè)計，待教師檢查無誤后發(fā)廠家生產(chǎn)打樣（約一周可收到樣板），最終每位同學(xué)2塊PCB板，同時每組學(xué)生制作BOM單，并采購元器件。為下學(xué)期“單片機(jī)高級應(yīng)用項目”課程做硬件準(zhǔn)備。

4）系列課程4：“單片機(jī)高級應(yīng)用項目”。本課程首先安排12～16課時鍛煉學(xué)生電烙鐵、萬用表等工具的使用，并把“電子線路板設(shè)計”課程的PCB板及元件焊接組裝起來。由學(xué)生自主選擇幾個常規(guī)項目，比如溫度顯示控制、直流電機(jī)控制、射頻遙控、光照度檢測、紅外遙控、倒車?yán)走_(dá)等。整個課程模擬學(xué)生開發(fā)一個嵌入式應(yīng)用產(chǎn)品設(shè)計項目。在這個過程中，學(xué)生將會系統(tǒng)地感受到整個嵌入式應(yīng)用產(chǎn)品的設(shè)計開發(fā)流程和工序，為畢業(yè)后進(jìn)入企業(yè)打下一定的基礎(chǔ)。

5）系列課程5：“雙創(chuàng)興趣小組”。此課程屬于課外興趣小組，由有興趣的同學(xué)選修，作為課后輔助教學(xué)，鼓勵學(xué)生多查資料、多想、多動手、多學(xué)習(xí)。教師指導(dǎo)安排做實際設(shè)計項目，加深鞏固理論知識，提高實踐水平。課程為學(xué)生的學(xué)習(xí)提供技術(shù)、材料、智力的支撐，鍛煉學(xué)生的分析和解決故障的能力。亦可為參加各類職業(yè)技能大賽挖掘種子選手。

2.2 課程改革的實踐

教學(xué)改革同時也是對教師能力的改革，這也正是國務(wù)院在2019年印發(fā)《國家職業(yè)教育改革實施方案》的文件精神中對教師能力的要求的體現(xiàn)。改革后的單片機(jī)系列課程群要求授課教師有豐富的實際嵌入式產(chǎn)品的開發(fā)應(yīng)用經(jīng)驗。從項目獲取和評估預(yù)算，制定初步的技術(shù)開發(fā)方案，原理圖和PCB圖的設(shè)計，BOM單的制定，元器件采購，PCB板打樣，焊接電路板裝配樣機(jī)，樣機(jī)調(diào)試、定型、編寫技術(shù)生產(chǎn)文檔，實際工程環(huán)境的電磁兼容等每一步流程，教師均需熟悉掌握[4]。改革后的課程體系同時對教師的課程融合能力及整個課程群把控能力的要求也大大提高。

在具體課程教學(xué)實施的過程中，為了保證整個課程群銜接的連貫性和強(qiáng)實踐性，改革初期可采用每個年級由一名具有豐富企業(yè)實踐經(jīng)驗的教師承包整個課程群。教師可以根據(jù)學(xué)生對知識掌握的實際情況做出部分承上啟下內(nèi)容的調(diào)整。特別是2020年新冠疫情“停課不停學(xué)”的特殊情況下，本課程群改革的教學(xué)方式體現(xiàn)出一定的優(yōu)勢。由于師生間不能直接面對面，也缺乏實踐設(shè)備，網(wǎng)課的實際效果會受到各種外界因素的干擾而大打折扣。如果此時教師還依照原有的教學(xué)進(jìn)度和計劃顯然不切實際。此時需要降低難度，放慢進(jìn)度，但又將導(dǎo)致授課的課程并沒達(dá)到后續(xù)課程的要求，造成課程彼此間脫節(jié)[5]。由于本次改革是由單個教師承擔(dān)整個課程群的課程，教師可較為自由地安排教學(xué)進(jìn)度，使課程間的知識緊密銜接。學(xué)生上課較為輕松，知識點也不會出現(xiàn)斷層。

3 結(jié)論

“單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)”是一門實踐性、綜合性很強(qiáng)的課程，所涉及的知識很廣。筆者在深刻理會現(xiàn)代學(xué)徒制在我國現(xiàn)代職業(yè)教育的重要作用和內(nèi)涵下，分析當(dāng)前各高校單片機(jī)課程教學(xué)的現(xiàn)狀，通過五年的教學(xué)改革實踐，不斷反思總結(jié)，提出一種新型的單片機(jī)系列課程群的教學(xué)模式。形成了一套合理有效的單片機(jī)課程教學(xué)方式，實現(xiàn)了課程內(nèi)容與行業(yè)企業(yè)需求對接，教學(xué)過程與生產(chǎn)過程對接，提高了人才培養(yǎng)質(zhì)量。發(fā)現(xiàn)通過此工學(xué)一體化課程群的培養(yǎng)，學(xué)生學(xué)習(xí)的目的性、主動性、知識獲取能力等方面都獲得大幅提高。學(xué)生飽滿的成就感體現(xiàn)在相對于傳統(tǒng)的單片機(jī)課程學(xué)習(xí)，更容易掌握知識點和要點，更熟悉整個技術(shù)開發(fā)應(yīng)用流程。改革后的課程群能有效融合各相關(guān)課程，對學(xué)生的基礎(chǔ)理論、工程項目應(yīng)用能力、創(chuàng)新精神和團(tuán)隊精神有很好的幫助。學(xué)生就業(yè)后能快速進(jìn)入工作角色，大大縮短了初次入職在企業(yè)的培訓(xùn)期。