卓越工程师背景及任务驱动的单片机课程教改

郝海燕 张小青

[摘 要] 针对单片机传统教学模式下理论和实践教学明显脱节的现状，提出以“卓越计划”为背景，以任务驱动为导向的单片机教学改革模式，重点介绍了改革的内容、项目的选择及其实施方法。实践表明，基于任务驱动法的教学模式教学效果好，有利于提高学生的工程实践能力和创新能力。

[关键词] 单片机课程;教学模式;改革

[基金项目] 陕西省教育科学“十三五”规划课题“校企联合培养卓越工程师的实践研究”（SGH17H172）;咸阳师范学院专项科研基金项目（17XSYK009）;陕西省大学生创新训练项目（S201910722052）;咸阳师范学院教改项目（2017Y004）

[作者简介] 郝海燕（1974—），女，陕西渭南人，硕士，咸阳师范学院物理与电子工程学院讲师，研究方向：智能控制;张小青（1985—），女，湖南永州人，硕士，咸阳师范学院物理与电子工程学院讲师，研究方向：智能控制与运动控制。

[中图分类号] G642.0    [文献标识码] A    [文章编号] 1674-9324（2020）36-0187-02    [收稿日期] 2019-11-28

一、引言

近年来，我国做出了建设创新型国家，提升国家工程科技队伍的创新能力，培养大批创新型工程人才的重大战略部署。2010年6月，教育部和中国工程院正式启动了“卓越工程师教育培养计划”（简称“卓越计划”），旨在改革高等教育人才培养模式，提升学生的工程实践能力、创新能力和国际竞争力，培养大批创新能力强、综合素质高的新型工程技术人才[1]。

我院电子信息工程专业培养的是具备较强的工程实践能力和创新精神，能从事各类电子设备和信息系统的设计、制造、应用、维护和销售的高素质工程应用型人才。单片机课程作为电信专业的核心专业课，是该专业本科生知识体系的重要组成部分，在解决现实工程问题中有着较为广泛的应用。但目前在实际教学过程中仍然采用理论教学和验证性实验教学相结合的传统教学模式，教学内容抽象、枯燥，教学形式和方法单一，学生学习兴趣不浓，积极性不高，最终使得课堂教学质量达不到预期。同时，由于教学内容和具体应用联系较少，理论教学和实践教学明显脱节，很难提升学生的实践能力和创新能力，直接导致学生的工程实践能力严重不足[2]，这和“卓越计划”的培养目标是背道而驰的。为了落实“卓越计划”，进一步提升学生工程实践能力、创新能力，迫切需要对单片机原理与应用课程的教学模式进行改革，以提高学生对单片机技术的工程应用和创新能力。

二、教学改革内容

为了解决现有单片机教学存在的诸多问题，学院决定在我院2015级电子信息工程专业进行创新试点，把传统理论与实验相结合的教学模式改革为以任务驱动为核心的全新教学模式。选取内容贴近电子行业岗位需求、工学结合、理论和技能相结合的实际项目导入教学，通过项目实践内容强化过程，突出理论与实践相结合的特色。学生参与整个项目的实施，更好地达到“做中学，学中做”的教学理念，全面培养学生的实践动手能力、解决问题的能力和团队协作能力，并使学生对单片机应用系统开发的过程有更深刻的认识[3]。任务驱动教学法最根本的特点就是以任务为主线，教师为主导，学生为主体，该方法有利于激发学生的学习兴趣，培养学生分析问题、解决问题的能力，提高学生自主学习及与他人协作的能力。[4]

（一）课程内容体系结构改革

改革后的单片机课程内容采用“模块+任务”体系结构，将整门课程划分为多个模块，每一模块由多个任务组成，每一任务由任务描述、任务教学目标、任务资讯、任务实施和任务小结五个相互连贯的部分组成。

（二）教学内容组织方式改革

任务驱动教学将以往以传授知识为主的传统教学理念，转变为以解决问题、完成任务为主的多维互动式的教学理念，将再现式教学转变为探究式学习，使学生处于积极的学习状态。根据建构主义理论，对单片机课程进行教学内容组织方式改革。

1.任务分解，基本知识点讲解。教师每次教学都是以一个任务目标为主线进行各教学环节的组织，对任务中需要的各相关知识点和技能点进行讲解，用多少讲多少，其他与本任务无关的知识点和技能点则在需要用到的任务中再去讲。

2.能力培养。教师在完成相关知识点和技能点的讲解后再来重点讲解具体任务的实现。在讲解过程中，学生同时在自己的计算机上用Keil和Preteus软件进行软硬件仿真验证，教师对学生在仿真过程中存在的疑问进行实时解答，培养学生自主开发项目的能力。

3.能力提升。设计“任务”时，要充分考虑学生的个体差异，设计具有一定容量、一定梯度的“任务”。在项目实施过程中，对于课堂教学任务已经掌握的学生要求其对课堂教学任务电路和程序进行局部修改，提升学生单片机应用电路和程序设计开发的能力。

（三）实践性教学设计方式改革

将实验任务提前发给学生，要求学生在课前对实验任务进行预习，在实验课堂上根据对任务的分析理解，用Proteus软件设计硬件原理图，Keil软件输入并编译源程序，等编译成功后再加载到原理图电路中，对电路进行软硬件联合仿真调试。教师对学生实验过程中的重点、难点、关键点及学生操作过程中存在的问题进行实时点评，加深学生对该任务涉及的相关知识点的理解程度。在完成基本实验任务的基础上，对实验任务进行适当修改，要求学生独立完成修改后的实验任务，逐渐培养其独立进行电路和程序设计的能力。

三、单片机课程项目设计实施过程

单片机课程项目设计是任务驱动教学过程中的关键环节，直接影响最终的教学效果，因此所选项目应紧扣教学内容，注重学生能力的培养。

项目实施初期，主要由教师给学生讲解项目所涉及的相关知识点，在帮助学生掌握相关知识点的基础上，协助学生完成总体方案的设计;项目实施中后期对具体任务的实现主要由学生自己完成，教师只需定期检查项目，不是由教师直接告诉学生应当如何去解决面临的问题，而是向学生提供解决该问题的有关线索和思路，强调发展学生的“自主学习”能力。同时，鼓励学生之间加强讨论和交流，通过不同观点的交流，加深每个学生对当前问题解决方案的理解，并进一步提高学生之间的协作能力。

四、教学效果和反思

按照“卓越计划”的教学改革思路，任务驱动这种教学模式使得大部分学生对于这门课程的应用前景有了更深的理解，更加明确了学习这门课程的目的，学习主动性明显提高，团队合作能力和实践动手能力都得到增强，相当一部分学生对课程内容和实践中的具体应用表现出浓厚兴趣，对未来就业方向和职业规划也产生积极影响。

与此同时，任务驱动教学法过程中也有一些问题需注意和改进。一是教学进度难把握。任务驱动教学法采用开放式课堂，不同小组在完成同一任务时，由于学习基础不同、学习钻研态度有差异，教师很难把握每一组的探究程度和进度，有的组能够提前完成实训任务，有的组则不了了之。在以后需指导老师加强过程指导，优化小组成员随机搭配组合等，确保每个学生的实训参与和探究效果。二是课堂管理亟待改进。由于探究性学习法的课堂形式和气氛更为“活跃”，这就要求指导老师具有较强的课堂把控能力和项目组织能力，以任务为导向，以效果为牵引，让每个学生都有具体任务，确保个体获得应有的学习效果。三是评价较困难。采取任务驱动教学法可能存在个别学生滥竽充数、搭便车，误导教师对教学效果的评估。四是对老师能力水平要求更高。任务驱动教学方法对指导老师的理论和实践能力提出更高要求，课堂上教师要能做到理论与实践两个能力都很强，既要会做，还要会归纳上升到理论高度，收放自如，需要老师加强学习和实践，课前做好充分准备。

参考文献

[1]张蓓蓓.卓越软件工程师实践能力培养模式研究[D].天津：天津大学教育学院，2013.

[2]张天飞，龙海燕，丁娇，张磊.基于项目化教学的单片机课程改革[J].物联网技术，2018（4）：119-120.

[3]湛洪然，李福，刘景文.单片机应用技术项目式教程.[M]北京：电子工业出版，2015.

[4]唐炜.基于“项目驱动”的单片机类课程實践教学改革[J].实验室研究与探索，2010，5（29）：130-132.