新工科背景下校企教研合作教学模式分析——以嵌入式单片机原理及应用课程教学为例

袁越阳

（湖南城市学院 机械与电气工程学院，湖南 益阳 413099）

0 引言

相对于传统以技能为主的工科人才，新工科背景下新产业和新经济需要的是实践能力强、创新能力强的科学技术人才[1-2]。以微控制器控制单元核心的嵌入式系统，是推动新工科专业发展和提高科技含量的专业课程之一[3-5]。自20 世纪80 年代以来，嵌入式单片机技术在我国各个控制领域得到了广泛应用，已成为大部分高学生的必修课，这为我国近些年来的科学技术的发展培养了大量人才。为了更好地支撑我国快速发展的新经济，培养新型创新人才，新工科背景下的智能制造时代要求我国高等工程教育有必要进行全面和深刻改革和创新。在培育工程人才的过程中，新工科要求教学和学习更注重新素养、空间感、关联力、想象力、宏思维和批评性思维等方面的能力的培育[6-7]。

在嵌入式单片机教学方面，传统的教学主要是以课堂讲授、课后习题为主，以教师按教材授课和学生听课为主[8-10]。采用传统的教学方法最大的弊端在于难以激发学生的主动性、创造性，难以提高学生的综合实践能力。本文基于对嵌入式单片机人才培养质量的要求，为培养适应于新工科专业需求的应用型人才，将嵌入式单片机课程教学内容与企业实际项目开发需求相结合，探索分析让“学生在实践中学习，在学习中实践”的教学模式。

1 校企教研合作模式设计

校企合作教学模式以市场对创新实践人才的需要为导向，从用人单位的需求出发，着力于培养学生的工程实践能力和创新能力，让学生在理论与实践、科学与技术、专业与职业等方面能得到较为全面的发展[11-14]。校企教研合作教学模式更注重于理论与实践相结合，能力与演练相结合，问题与解决问题相结合。就嵌入式单片机的课程教学而言，将能充分展示嵌入式单片机的课程特色，克服和改善传统教学方法上的不足，使学生在嵌入式单片机应用技术上打下扎实的专业基础、良好的专业素质和一定的实践创新能力。如图1 所示，设计实现教学和项目研究的校企教研合作模式。

图1 校企合作教学模式

首先，以教学大纲和教学要求为出发点，设计符合大纲的教学内容。同时，根据项目需求结合教学内容，选定合适的项目，保证项目与教学内容相匹配。然后，对课程内容和项目进行评估审核，主要包括技术上的可行性、项目中需要解决的问题及所针对的知识点、教学内容与项目问题模块化、教学和项目进展的时间节点等。再后，“课堂教学与实践”和“项目开发与设计”两者齐头并进，项目开发设计内容和教学实践内容交叉跟进。当学习任务完成时，项目开发设计的产品的基本功能也已实现。最后，对项目和教学进行考核。项目方面的考核主要是测试验证所实现的功能是否满足项目需求，是否存在严重、较严重的问题。教学方面的考核主要是对学生进行考查、考试和总结其学习过程。

2 教学方案设计

嵌入式单片机原理机应用是湖南城市学院学院机械电子工程专业的必修专业课程之一，该课程以80C51 单片机为学习对象，教学内容、难点重点及安排如表1 所示，主要包括单片机的结构和原理、程序设计、定时器、计数器、串口通信、系统拓展、模数/数模转换、系统设计和实验等，共安排48 课时，每周4 个课时来完成课程教学。

表1 教学内容、重点与难点及课时安排

根据课程教学大纲要求，学校与湖南明康中锦医疗科技发展有限公司合作，将公司的一款无创呼吸机的控制系统开发项目用来开展教学活动。项目所需求的功能及对应嵌入式单片机课程知识点如表2 所示。项目主要需实现的功能包括：1 按键及旋钮输入功能，2 屏幕显示功能，3 报警功能，4 电机（风机）控制，5 实时时钟，6 气流流量和压力控制，7 数据存储，8 接口通信功能。

表2 项目需求的功能及对应的单片机课程教学内容

建立功能模块 1 至 8 与表 1 中第 2 至 9 项的教学内容的对应关系，学生可以根据自身的兴趣和爱好，选择适合自己的模块来进行学习和开发，避免48 个授课时间的不足，方便学生在有限的存储空间（如89C51 片内程序存储空间只有4K Bytes）内完成相应的功能模块。

3 分析与讨论

校企教研合作的教学模式充分发挥了学校与企业在人才培养方面各自的优势，一方面把实践导入教学，另一方面把理论用于实践。根据教学大纲要求，该门课程共有48 课时，每周4 个课时，大约3 个月后能实现项目所需求的基本功能。而对于企业而言，开发一个类似这样的项目至少是1 年的开发周期。当学生在大纲安排的时间内掌握了基本的开发设计方法和步骤，完成了初步的程序设计之后，还有充分的时间继续基于项目开发的学习和实践，特别是那些对项目感兴趣的学生，还可以进一步与企业深入合作，以便更为深入的学习。

在技术合作过程中，主要存在控制芯片选型和硬件电路共享等方面的问题。如合作企业所选控制器为AT91SAM9G45，而学校教案所定控制芯片是具有普遍代表性的MCS8051。针对此类问题，不妨从如下几方面来考虑解决问题的方案：

第一在电路设计方面，采用模块化电路，每个电路模块通过的输入输出口与其它模块连接。

第二在程序开发语言方面，采用通用性和移植性强的C 或C++语言，对关键参数和数据多采用宏定义。

第三规范设计过程及输出，便于移植、理解和修改。在电路设计和软件开发上，制定和执行统一的标准，如图2 所示InitalProcess(void)程序。

图2 程序编写格式模板

4 结语

根据嵌入式单片机教学大纲和企业项目需求要求，分析了新工科背景下校企教研合作在嵌入式单片机课程方面的教学模型。新工科背景下校企合作教学模式，在内容上能满足课程教学大纲的要求和企业项目开发需求，使得以课堂传授知识为主的学校教育与直接获取实战经验、实践能力为主的企业产品研发有机地结合在一起，将是“产、学、研、做”在教学中的具体体现。对新工科背景下校企教研合作模式的分析是接下来具体实施该模式的重要基础和准备工作。