基于“省级卓越工程师计划”的单片机课程实践教学的改革

田 娟 陆 强 张西学 张春玲

泰山医学院信息工程学院 山东泰安 271000

为贯彻落实教育部《关于实施卓越工程师教育培养计划的若干意见》(教高〔2011〕1号)和《山东省高等教育内涵提升计划(2011-2015年)》(鲁教高字〔2011〕1号)精神，引导高等学校主动服务国家战略、区域经济社会发展和行业企业需求，调整人才培养结构，改革和创新工程教育人才培养模式，不断提高高等工程教育质量，山东省于2013年提出“省级卓越工程师教育培养计划”(以下简称“省级卓工计划”)。“省级卓工计划”主要面向工程类本科学生，着眼于提升学生的工程素养，培养学生的创新精神和实践能力，创新体制机制，改革人才培养模式，优化人才培养方案，全面推进高等工程教育改革。

单片机作为嵌入式微控制器的核心部件以其体积小、价格低、功能齐全、抗干扰性高、可靠性好、易于开发扩展等独特特点，在医疗器械、工业控制、智能仪器仪表、通信设备、家用电器、国防等领域有着广泛的应用。目前国内外的很多高等学校都开设了单片机课程。我院针对生物医学工程、医学影像学、电子信息科学与技术等本科专业也开设了单片机课程。

2013年，泰山医学院共有3个本科专业纳入山东省第一批“省级卓工计划”项目名单，生物医学工程专业位列其中。本文正是利用“省级卓工计划”的契机，对单片机课程的实践教学进行了改革。

1 目前单片机课程实践教学存在的问题

目前我院的单片机课程实践教学仅仅体现在学生进行一些基础的验证性实验和简单的设计性实验，实验环节缺少综合性实验和创新性实验，而且实验过程是利用启东达爱思计算机有限公司生产的Dais-586H+实验箱进行。由于实验箱内部硬件资源和结构固定，学生做实验只需用导线连接部分模块，输入程序即可调试观察实验结果。学生的学习过程只是机械地按照实验步骤进行，缺乏对实际电路的动手操作，无法真正理解其硬件电路原理，更谈不上硬件电路设计，不仅学习效果大打折扣，而且限制了学生的综合分析能力和创新能力的培养[1]，与“省级卓工计划”的培养目标相距甚远。因此对该课程的改革势在必行。

2 单片机课程实践教学改革的具体内容

基于“省级卓工计划”，从以下三方面对单片机课程的实践教学进行了改革。

2.1 构建新型的实践教学体系

实践教学是本科许多教学环节组成的一个重要环节链，是学生实践能力和创新能力培养的主要平台之一，是培养学生综合应用与工程实践能力的重要手段。[2]本文构建了以“实验环节+实训环节+科技竞赛”相结合的新型的实践教学体系。

2.1.1 实验环节的改革

基于“省级卓工计划”的培养目标，在固定的实验学时配置上，除了基本的验证性实验外，适当地增加设计性实验、综合性实验和创新性实验的比例，具体实施办法是采用“项目教学法”，学生可以借助于实验箱、单片机的系统开发板和Proteus仿真软件等来进行。授课教师将学生分成不同的小组，对每组给出不同的实验项目，学生根据自己的掌握程度和兴趣爱好，自由选择适合自己的实验项目。引进“项目教学法”，不仅提高了学生的兴趣和学习主动性，锻炼了学生分析问题和解决问题的能力，更是增强了学生的实践动手能力和创新能力。[3]

2.1.2 实训环节的改革

除去实验环节外，新型的单片机课程实践教学体系中增加了学生的实训环节，具体体现形式是为期1～2周的课程设计，授课教师可以和企业的工程师一起辅导学生进行。首先将学生分成不同的小组，每组布置不同的课程设计任务(选题力求理论和实践相结合，同时考虑培养学生解决工程实际问题和综合应用的能力)，然后要求学生利用图书馆、网络等一切可以利用的资源进行资料查询，根据各组的课程设计任务完成系统设计(包括硬件设计、软件设计、系统仿真及调试、实物制作和程序调试等)，最终通过实时实验对课程设计的方案进行验证。[4]

目前我院和浪潮集团培训学校、中国联合网络通信有限公司泰安市分公司以及北京中软国际教育科技有限公司等多家企业进行校企合作，使其成为我院的“实践教学基地”。这些企业拥有先进的生产设备和工艺技术，真实的工程环境以及经验丰富的工程师。学生通过实训环节，积极参与企业的项目开发，不仅可以了解企业从事实际产品开发时的流程和方法，对单片机技术的应用获得切实的认识；更重要的是学生通过和企业工程师交流沟通，有利于建立工程意识，为将来走上工作岗位打下扎实的基础。

2.1.3 鼓励学生参加科技竞赛

目前，国家级、省级、市级的学生科技竞赛比较多，如全国大学生机械创新设计大赛、山东省大学生机电产品创新设计竞赛、“挑战杯”山东省大学生创业计划竞赛和泰安市大学生科技创新行动计划等。基于“省级卓工计划”的培养目标，授课教师在教学过程中应引导并鼓励学生发挥自己的创造性思维，结合所学知识积极参加相关的科技竞赛，通过竞赛不仅提高学生学习单片机的兴趣，开阔视野，更能提高学生综合应用所学知识的能力，更好地培养学生的分析问题能力和实践动手能力。

2.2 转换传统的师生角色

目前，我院单片机课程的实践教学依然遵循“教师为主、学生为辅”的传统模式，强调教师的主导地位，教师按照实验指导书(不仅提供实验步骤、程序流程图，还会提供参考程序)给学生布置实验任务，学生只是被动、机械的根据实验步骤进行连线、程序装载、运行等。这种传统的师生角色不利于发挥学生的主观积极性，更不利于学生动手能力和创新能力的培养。因此如何转换传统的师生角色是本文实践教学改革的重点之一。

基于“省级卓工计划”，本文构建的新型实践教学体系中将传统的师生角色转换为“学生为主、教师为辅”的模式。无论是实验环节、实训环节或者科技竞赛环节，学生都是主动的项目实施者，而授课教师只是起一个辅助的作用。例如，在讲述单片机的多种输入/输出方式时(有程序传送方式、中断方式和DMA方式)，会将学生分成不同的小组，对每组给出不同的实验项目，学生根据自己的掌握程度和兴趣爱好，自由选择适合自己的实验项目。选择好之后，我们要求学生借助于网络、图书馆等广泛查阅资料，运用已有理论知识发挥创造性思维，学会从不同的角度、选用不同电路和编程方法进行项目实施。这对学生提出了更高的要求，学生在实施过程中遇到问题时，不再盲目的求助于指导教师，而是在指导教师的启发、引导下自行处理。师生角色的转换，不仅锻炼了学生的分析问题和解决问题的能力，更是提高了学生的实践动手能力和创新能力。

2.3 摒弃落后的实践考核机制

目前我院的实践考核机制非常落后，采用单一的“实验报告”形式。学生完成实验任务或者课程设计后交上实验报告就算大功告成。这种考核方式无法避免抄袭现象，无法调动学生的积极性和主动性，不能全面、客观、公正地反映学生的真实情况。

本文的实践教学改革摒弃了落后的实践考核机制，引进了“实验报告+现场演示+现场答辩”的考核机制，其中实验报告仅占考核成绩的20%，现场演示和现场答辩各占考核成绩的40%。比如在进行单片机的汇编语言程序设计时，我们现场给学生布置不同的任务，要求学生根据理论课上掌握的指令系统，借助于计算机的伟福编辑器现场编写源程序，现场调试，运行成功后现场演示，授课教师在整个过程中随机提问，学生当场回答。最终授课教师根据学生的调试结果和回答问题等情况，给出“现场演示和现场答辩”成绩。实验报告要求学生课下完成，包括实验目的、实验步骤、编程思路、流程图、程序清单、实验心得等内容，据此给出实验报告成绩。因为每名学生的实验任务不同，避免了学生实验报告的抄袭现象。

改革后的这种考核方式弱化了实验报告的比重，强调学生的“现场演示和现场答辩”。对于每个实验项目，不仅要求学生会操作，更要学生明白为什么这样操作，真正做到了“全面、公平、公正”地反映学生的实际动手能力、分析解决问题能力和创新能力，从而真正检验学生的学习情况和课程教学效果。

3 结束语

为了适应经济社会的快速发展，基于“省级卓工计划”的培养目标，针对我院开设的单片机原理及应用课程实践教学的现状和存在的一些问题，从构建新型的实践教学体系、转换传统的师生角色以及摒弃落后的实践考核机制三方面出发，对单片机课程的实践教学进行了改革。经过初步的尝试，不仅激发了学生学习单片机的积极性和主动性，更重要的是培养了学生的实践动手能力和创造性思维能力，学生多次在国家级、省级、市级的学生科技竞赛中获奖。如参加全国大学生机械创新设计大赛，荣获二等奖1项；参加第十届山东省大学生机电产品创新设计竞赛，荣获一等奖1项、二等奖2项；参加第八届“挑战杯”山东省大学生创业计划竞赛，荣获二等奖1项、三等奖1项。除此之外，我院授课教师还多次鼓励学生参加“泰安市大学生科技创新行动计划”，均取得了令人可喜的成绩。

[1]杨盛,陈星.“单片机应用技术”课程教学改革与实践[J].中国电力教育,2013(2):118-119.

[2]张春燕.电气信息类“卓越工程师”人才培养模式研究与实践[J].中国电力教育,2013(5):12-13.

[3]王京港,张翠平.基于项目驱动及Proteus仿真的单片机教学改革探索[J].中国电力教育,2013(22):138-139.

[4]李春兰,艾海提·赛买提.“单片机技术”课程实践教学研究[J].中国电力教育,2013(23):98-98.

[5]郭兆正,尹作友,于鹏.PROTEUS在单片机案例教学中的应用[J].长春师范学院学报:自然科学版,2013,32(1):54-56.