基于工程实践能力培养的单片机综合系统综合训练课程研究与实践

王龙 喻文婕 雷钧 魏海波

摘 要：针对单片机类课程传统教学模式中存在着理论与实践脱离，软件与硬件衔接松散、试验箱的资源有限并且硬件固定不可改变等现象而造成学生学习过程中感到枯燥、难以将理论应用于实践、实验只能按部就班地接线实验等问题。本论文基于上述传统教学存在的问题，提出了一种“理论教学-在线仿真-反馈理论教学”的新型教学模式。通过理论教学-在线仿真来加深理论知识的理解;通过在线仿真-反馈理论教学来锻炼实践能力和巩固理论知识，将理论知识应用到实际工程中的工程实践能力，检测所学知识的掌握程度来反馈到实际教学中，构成持续改进。

关键词：单片机;工程实践能力

基金项目：基于工程实践能力培养的单片机综合训练课程研究与实践（项目编号：JY2019022）。

教育质量的核心标准是看学生是否具有创新精神和实践能力。因此，提高工科学生工程实践能力是工科院校培养创新型人才的重要途径，也是提高高等工程教育质量必须高度关注的重要问题。而单片机课程作为电气工程及其自动化专业的专业基础课程，该课程的培养模式直接决定学生们在该专业的后续专业课程学习质量。

1 课程内容与教学现状

在单片机课程教学中，单片机课程的理论知识是与单片机的硬件电路紧密联系的，即单片机系统是软件和硬件的有机体系，传统的教学方法和模式中，将理论知识和硬件电路分开，使得学生学习过程中容易感觉很课程枯燥。课程教学内容中，中断的概念、可编程定时器/计数器、串行通讯、系统扩展等教学环节，如果仅仅讲述理论知识而不讲解相对应的硬件体系，学生容易跟不上教学计划，从而产生厌恶学习单片机的心态。单片机的传统实验箱资源有限，并且笨重，学生仅仅在进行实验室才能够结构到实验箱，与理论教学衔接严重不足，实验箱的外围电路固定不可改变，学生只能按部就班地接线实验，不能够让学生创新。因此在传统的教学任务中，学生很少有机会能够将单片机的理论知识进行实践化，学生理论知识的掌握程度会逐渐降低，因此教师不能够根据学生的实践化掌握程度，来促进教学的反思和改革。

2 基于工程实践能力培养的新型教学改革方式

目前构建“基于工程实践能力培养”的单片机系统综合训练课程教学模式，把实际工程项目的全部过程融入进单片机课程的教学中，通过实际项目的实践提升了大学生的实际工程项目的分析问题能力和实际工程项目的解决问题能力，为培养创新型大学生提供了可行路径。建立“理论教学-在线仿真-反馈理论教学”的新型教学模式，在理论教学中，引入Proteus仿真软件，在理论知识教学环节中随时给学生仿真演示该知识点对应的单片机硬件电路和体系，使得学生能够将所学知识更加形象化和具体化的应用到具体电路中去。通过学生对仿真演示环节的掌握程度，检测学生对该理论知识点的掌握程度和不足，从而反馈理论教学，改成持续改进。理论教学-在线仿真来加深理论知识的理解;通过在线仿真-反馈理论教学来锻炼实践能力和巩固理论知识，将理论知识应用到实际工程中的工程实践能力，检测所学知识的掌握程度来反馈到实际教学中，構成持续改进。

2.1 基于工程实践能力培养的新型教学改革方式教学内容

教学知识点框架如图1所示，与各知识点匹配的项目如图2所示。

针对知识点二，I/O端口程序控制，与其对应的课程项目为闪烁的LED显示项目，学生要自己根据所学的知识完成该项目;针对知识点三，中断系统，与其对应的课程项目为单只数码管循环显示项目，学生要自己根据所学的知识完成该项目;针对知识点四，定时器/计数器，与其对应的课程项目为0-99计数器设计项目和交通模拟灯设计项目，学生要自己根据所学的知识完成该项目;针对知识点五，串行通信，与其对应的课程项目为竞赛抢答器设计项目，学生要自己根据所学的知识完成该项目。五个课程项目由功能需求分析、硬件电路设计、软件程序设计、仿真与调试四个步骤组成，层层递进，理论与实践环环相扣，学生必须自主通过仿真演示完成每个项目，教师根据项目的检测情况即可获悉理论教学中存在的问题，持续改进。

2.2 基于工程实践能力培养的新型教学改革方式课程考核与评价体系

课程考核评价方式由项目演讲成绩（5%）、作业成绩（10%）、项目成绩（45%）和期末成绩（40%）四个部分组成，该考核评价方式既能考核学生的实践能力、理论知识掌握能力和学习效果，具体如下：

1）项目演讲成绩（5%）：考核学生的团队合作能力。

2）作业成绩（10%）：考核学生各个理论知识点掌握能力。

3）项目成绩（45%）：理论知识应用与具体项目（硬件电路设计、软件程序设计、仿真与调试效果等）的能力。

4）期末笔试40%：课程结束后，统一举行的闭卷期末考试，考核学生理论知识点的综合掌握能力。

3 基于工程实践能力培养的新型教学改革方式课程教学效果

“基于工程实践能力培养的新型教学改革方式”教学特点强调“以学生为中心”，不仅要让学生掌握理论知识，更要让学生知道掌握的理论知识怎么应用与实际项目中，从而培养学生的工程实践能力。从实际项目的检测情况而获悉理论教学中存在的问题和不足，为后续教学的持续改进提供了可靠的保证。目前，湖北汽车工业学院，电气工程及其自动化专业2018级的学生正在执行该教学模式，学习的学习积极性和学习态度明显提高，并且学生们参加的多项基于单片机为平台的学科竞赛中，均获得不错的成绩。

4 结论

“基于工程实践能力培养的新型教学改革方式” 将传统的“理论灌输”、“以教师为中心”进行改革“以学生为中心”，增加学生的工程实践能力。增加每节课的演示仿真环节，做到让学生真正成为课堂的中心，既学习了理论知识的同时，也通过仿真环节锻炼了知识应用能力。

参考文献

[1]唐炜.基于“项目驱动”的单片机类课程实践教学改革[J].实验室研究与探索，2010，29（5）：135-137+159.

[2]冯洋.基于实践创新能力培养的单片机原理及应用课程改革与实践研究[J].高教学刊，2015（15）：93-94.