基于任务驱动的微处理器应用课程实习教学改革

汪凤林

南京工程学院自动化学院 江苏南京 211167

微处理器应用课程实习是南京工程学院自动化学院各专业重要的专业实践课。为了提高人才培养质量，自动化学院对微处理器的实践环节进行了改革，采用了目前广泛引起关注的任务驱动[1]的教学方法，以学生为中心，培养应用型人才，以实现“三个一流”为目标。自动化学院单片机课程组教师因材施教，制订了基于任务驱动的微处理器实习大纲，编写了相应的实习任务书，自主研发了与实习项目相配套的单片机开发板，以模块化形式分化课程的教学内容。

1 传统的微处理器实践环节中存在的主要问题

微处理器实践环节综合性强，难度大。传统的微处理器实践环节，学时短，只有一周的时间进行课程设计，学生只能在教师的指导下，在实验箱上搭建硬件电路，仅需简单连线即可完成实验，学生缺少对硬件电路的感性认识。由于没有经历完整的任务分析、方案设计、原理图绘制、PCB的设计、元器件的选型、购置和调试，造成学生知识零散，对微处理器设计开发的过程陌生，动手能力没有得到显著提高，学生的自信心不足。

2 任务驱动教学法在微处理器课程实习中的应用实践

教学改革后的微处理器课实习有两周的时间，采用任务驱动的教学方法。教师构建不同的实习课题，每个课题有多个不同难度的任务，并把课题分配给学生。学生在教师的指导和帮助下，以实习任务为主线，深入理解和掌握本课程内容，逐个完成具体的实习任务；任务层层递进，驱动学生直接参与微处理器应用系统开发的所有过程[2,3]。经过系统性的训练，培养学生独立从事单片机应用产品的研发能力，进一步为生产企业培养具有微处理器设计、分析、制作、调试和开发的工程实践动手能力、创新能力和综合设计能力的复合型人才；同时，任务具有趣味性和可操作性，能有效调动学生的积极性和主动性，培养学生的创新能力和团队协作能力。

2.1 实习课题的设计

目前给出的实习课题主要如下：(1)电子时钟设计；(2)交通信号灯控制器设计；(3)电子琴设计；(4)数字电压表设计；(5)自动包装流水线控制器设计；(6)步进电机控制器设计；(7)温度采集与控制设计；(8)电子密码锁设计；(9)超声波测距仪设计；(10)微风扇控制器设计。

每个实习课题都有难度不同的实习任务，具体可按照“基本的任务”“提高性的任务”和“开放性的任务”来进行设计。在任务的驱动下，学生步步深入，深刻理解微处理器应用的相关知识，全面熟悉微处理器设计、开发过程，系统掌握微处理器开发技术。

2.2 实习要求

为了充分调动学生的积极性与主动性，发挥教师的主导作用，制订了选择课题、布置任务、设计与调试、验收和实习报告撰写等不同阶段的实习要求。

设计与调试阶段的要求应包括：相关技术资料查询、总体设计及论证、通过电子线路CAD设计符合题意的电路原理图、利用网络或通过电子商城购买元器件、设计控制程序、电路的制作与调试。在这个环节，学生应根据实习任务，在教师的指导下，独立完成设计方案，根据各模块功能，采用相关知识完成各功能块的详细设计、制作与调试。指导教师根据设计、制作与调试情况评定学生的成绩。

学生完成实习任务后，由指导教师进行验收。验收过程中，教师可对学生综合应用能力和动手能力进行答辩考查。实习报告内容应包括：课题名称及要求、系统总体设计方案(画出系统硬件结构图、方案的论证与比较等内容)、系统分析与设计(硬件各功能单元原理图设计及分析、软件流程图)、编程与调试、总结等。课程实习总结报告应认真、规范、正确。

2.3 实习内容及时间分配

学生根据任务书要求，在教师的指导下，独立完成设计方案，根据各模块功能，采用相关知识完成各功能块的详细设计及调试。实习时间为两周，实习内容、时间分配以及教学目标见表1。

表1 微处理器应用课程实习时间分配和教学目标

2.4 成绩评定

为了调动学生的积极性，进行单片机系统的设计和调试，实习成绩评定根据平时、设计、调试、答辩验收、报告撰写情况综合评分，成绩评定具体细则见表2。

表2 微处理器应用课程实习成绩评定

3 教学成效

经过两年多来的教学改革与实践，基于任务驱动的微处理器实习教改已基本成熟并小有成果，成功申报了2017年南京工程学院微处理器实习教改项目，同时课程组教师自主设计了与教材相配套的单片机开发板，如图1所示。由于采用任务驱动的教学方法，学生必须亲自购买元器件、自己绘制电路板，并且进行元器件的焊接和测试。与传统的微处理实践的教学方式相对照，学生直接参与了微处理器应用开发的所有过程，实践能力明显提高，参加科技创新、大学生竞赛的学生人数显著增多，各种竞赛和毕业设计的成果质量也显著提高；同时，在任务的实施过程中，培养了学生团队合作、沟通能力和表达能力。

4 结语

基于任务驱动的微处理器应用课程实习的教学改革，构建了完整、科学的课程体系，通过任务驱动使学生直接参与微处理器开发的所有过程，激发了学生的积极性主动性，实现了高效的教学；同时，理论课教师和学生一起设计、调试，锻炼了教师的实践技能；学生具备了初步的微处理器应用系统设计开发能力和实践创新能力，就业竞争力显著增强。