袁越陽

（湖南城市學(xué)院 機(jī)械與電氣工程學(xué)院，湖南 益陽 413099）

0 引言

相對于傳統(tǒng)以技能為主的工科人才，新工科背景下新產(chǎn)業(yè)和新經(jīng)濟(jì)需要的是實(shí)踐能力強(qiáng)、創(chuàng)新能力強(qiáng)的科學(xué)技術(shù)人才[1-2]。以微控制器控制單元核心的嵌入式系統(tǒng)，是推動(dòng)新工科專業(yè)發(fā)展和提高科技含量的專業(yè)課程之一[3-5]。自20 世紀(jì)80 年代以來，嵌入式單片機(jī)技術(shù)在我國各個(gè)控制領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，已成為大部分高學(xué)生的必修課，這為我國近些年來的科學(xué)技術(shù)的發(fā)展培養(yǎng)了大量人才。為了更好地支撐我國快速發(fā)展的新經(jīng)濟(jì)，培養(yǎng)新型創(chuàng)新人才，新工科背景下的智能制造時(shí)代要求我國高等工程教育有必要進(jìn)行全面和深刻改革和創(chuàng)新。在培育工程人才的過程中，新工科要求教學(xué)和學(xué)習(xí)更注重新素養(yǎng)、空間感、關(guān)聯(lián)力、想象力、宏思維和批評性思維等方面的能力的培育[6-7]。

在嵌入式單片機(jī)教學(xué)方面，傳統(tǒng)的教學(xué)主要是以課堂講授、課后習(xí)題為主，以教師按教材授課和學(xué)生聽課為主[8-10]。采用傳統(tǒng)的教學(xué)方法最大的弊端在于難以激發(fā)學(xué)生的主動(dòng)性、創(chuàng)造性，難以提高學(xué)生的綜合實(shí)踐能力。本文基于對嵌入式單片機(jī)人才培養(yǎng)質(zhì)量的要求，為培養(yǎng)適應(yīng)于新工科專業(yè)需求的應(yīng)用型人才，將嵌入式單片機(jī)課程教學(xué)內(nèi)容與企業(yè)實(shí)際項(xiàng)目開發(fā)需求相結(jié)合，探索分析讓“學(xué)生在實(shí)踐中學(xué)習(xí)，在學(xué)習(xí)中實(shí)踐”的教學(xué)模式。

1 校企教研合作模式設(shè)計(jì)

校企合作教學(xué)模式以市場對創(chuàng)新實(shí)踐人才的需要為導(dǎo)向，從用人單位的需求出發(fā)，著力于培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力，讓學(xué)生在理論與實(shí)踐、科學(xué)與技術(shù)、專業(yè)與職業(yè)等方面能得到較為全面的發(fā)展[11-14]。校企教研合作教學(xué)模式更注重于理論與實(shí)踐相結(jié)合，能力與演練相結(jié)合，問題與解決問題相結(jié)合。就嵌入式單片機(jī)的課程教學(xué)而言，將能充分展示嵌入式單片機(jī)的課程特色，克服和改善傳統(tǒng)教學(xué)方法上的不足，使學(xué)生在嵌入式單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)上打下扎實(shí)的專業(yè)基礎(chǔ)、良好的專業(yè)素質(zhì)和一定的實(shí)踐創(chuàng)新能力。如圖1 所示，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)教學(xué)和項(xiàng)目研究的校企教研合作模式。

圖1 校企合作教學(xué)模式

首先，以教學(xué)大綱和教學(xué)要求為出發(fā)點(diǎn)，設(shè)計(jì)符合大綱的教學(xué)內(nèi)容。同時(shí)，根據(jù)項(xiàng)目需求結(jié)合教學(xué)內(nèi)容，選定合適的項(xiàng)目，保證項(xiàng)目與教學(xué)內(nèi)容相匹配。然后，對課程內(nèi)容和項(xiàng)目進(jìn)行評估審核，主要包括技術(shù)上的可行性、項(xiàng)目中需要解決的問題及所針對的知識點(diǎn)、教學(xué)內(nèi)容與項(xiàng)目問題模塊化、教學(xué)和項(xiàng)目進(jìn)展的時(shí)間節(jié)點(diǎn)等。再后，“課堂教學(xué)與實(shí)踐”和“項(xiàng)目開發(fā)與設(shè)計(jì)”兩者齊頭并進(jìn)，項(xiàng)目開發(fā)設(shè)計(jì)內(nèi)容和教學(xué)實(shí)踐內(nèi)容交叉跟進(jìn)。當(dāng)學(xué)習(xí)任務(wù)完成時(shí)，項(xiàng)目開發(fā)設(shè)計(jì)的產(chǎn)品的基本功能也已實(shí)現(xiàn)。最后，對項(xiàng)目和教學(xué)進(jìn)行考核。項(xiàng)目方面的考核主要是測試驗(yàn)證所實(shí)現(xiàn)的功能是否滿足項(xiàng)目需求，是否存在嚴(yán)重、較嚴(yán)重的問題。教學(xué)方面的考核主要是對學(xué)生進(jìn)行考查、考試和總結(jié)其學(xué)習(xí)過程。

2 教學(xué)方案設(shè)計(jì)

嵌入式單片機(jī)原理機(jī)應(yīng)用是湖南城市學(xué)院學(xué)院機(jī)械電子工程專業(yè)的必修專業(yè)課程之一，該課程以80C51 單片機(jī)為學(xué)習(xí)對象，教學(xué)內(nèi)容、難點(diǎn)重點(diǎn)及安排如表1 所示，主要包括單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和原理、程序設(shè)計(jì)、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、串口通信、系統(tǒng)拓展、模數(shù)/數(shù)模轉(zhuǎn)換、系統(tǒng)設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)等，共安排48 課時(shí)，每周4 個(gè)課時(shí)來完成課程教學(xué)。

表1 教學(xué)內(nèi)容、重點(diǎn)與難點(diǎn)及課時(shí)安排

根據(jù)課程教學(xué)大綱要求，學(xué)校與湖南明康中錦醫(yī)療科技發(fā)展有限公司合作，將公司的一款無創(chuàng)呼吸機(jī)的控制系統(tǒng)開發(fā)項(xiàng)目用來開展教學(xué)活動(dòng)。項(xiàng)目所需求的功能及對應(yīng)嵌入式單片機(jī)課程知識點(diǎn)如表2 所示。項(xiàng)目主要需實(shí)現(xiàn)的功能包括：1 按鍵及旋鈕輸入功能，2 屏幕顯示功能，3 報(bào)警功能，4 電機(jī)（風(fēng)機(jī)）控制，5 實(shí)時(shí)時(shí)鐘，6 氣流流量和壓力控制，7 數(shù)據(jù)存儲，8 接口通信功能。

表2 項(xiàng)目需求的功能及對應(yīng)的單片機(jī)課程教學(xué)內(nèi)容

建立功能模塊 1 至 8 與表 1 中第 2 至 9 項(xiàng)的教學(xué)內(nèi)容的對應(yīng)關(guān)系，學(xué)生可以根據(jù)自身的興趣和愛好，選擇適合自己的模塊來進(jìn)行學(xué)習(xí)和開發(fā)，避免48 個(gè)授課時(shí)間的不足，方便學(xué)生在有限的存儲空間（如89C51 片內(nèi)程序存儲空間只有4K Bytes）內(nèi)完成相應(yīng)的功能模塊。

3 分析與討論

校企教研合作的教學(xué)模式充分發(fā)揮了學(xué)校與企業(yè)在人才培養(yǎng)方面各自的優(yōu)勢，一方面把實(shí)踐導(dǎo)入教學(xué)，另一方面把理論用于實(shí)踐。根據(jù)教學(xué)大綱要求，該門課程共有48 課時(shí)，每周4 個(gè)課時(shí)，大約3 個(gè)月后能實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目所需求的基本功能。而對于企業(yè)而言，開發(fā)一個(gè)類似這樣的項(xiàng)目至少是1 年的開發(fā)周期。當(dāng)學(xué)生在大綱安排的時(shí)間內(nèi)掌握了基本的開發(fā)設(shè)計(jì)方法和步驟，完成了初步的程序設(shè)計(jì)之后，還有充分的時(shí)間繼續(xù)基于項(xiàng)目開發(fā)的學(xué)習(xí)和實(shí)踐，特別是那些對項(xiàng)目感興趣的學(xué)生，還可以進(jìn)一步與企業(yè)深入合作，以便更為深入的學(xué)習(xí)。

在技術(shù)合作過程中，主要存在控制芯片選型和硬件電路共享等方面的問題。如合作企業(yè)所選控制器為AT91SAM9G45，而學(xué)校教案所定控制芯片是具有普遍代表性的MCS8051。針對此類問題，不妨從如下幾方面來考慮解決問題的方案：

第一在電路設(shè)計(jì)方面，采用模塊化電路，每個(gè)電路模塊通過的輸入輸出口與其它模塊連接。

第二在程序開發(fā)語言方面，采用通用性和移植性強(qiáng)的C 或C++語言，對關(guān)鍵參數(shù)和數(shù)據(jù)多采用宏定義。

第三規(guī)范設(shè)計(jì)過程及輸出，便于移植、理解和修改。在電路設(shè)計(jì)和軟件開發(fā)上，制定和執(zhí)行統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，如圖2 所示InitalProcess(void)程序。

圖2 程序編寫格式模板

4 結(jié)語

根據(jù)嵌入式單片機(jī)教學(xué)大綱和企業(yè)項(xiàng)目需求要求，分析了新工科背景下校企教研合作在嵌入式單片機(jī)課程方面的教學(xué)模型。新工科背景下校企合作教學(xué)模式，在內(nèi)容上能滿足課程教學(xué)大綱的要求和企業(yè)項(xiàng)目開發(fā)需求，使得以課堂傳授知識為主的學(xué)校教育與直接獲取實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)、實(shí)踐能力為主的企業(yè)產(chǎn)品研發(fā)有機(jī)地結(jié)合在一起，將是“產(chǎn)、學(xué)、研、做”在教學(xué)中的具體體現(xiàn)。對新工科背景下校企教研合作模式的分析是接下來具體實(shí)施該模式的重要基礎(chǔ)和準(zhǔn)備工作。