以能力为导向的单片机综合实践课程改革设计

巫肇彬，李福章，张守峰，潘盛辉，张玉薇

（1.广西科技大学 自动化学院，广西柳州 545006；2.广西科技大学 电子工程学院，广西柳州 545006）

随着电子技术的快速发展，智能化技术越来越普及。单片机因功能强、成本低、易扩展等特点，被广泛应用于汽车电子、智能家居、医用设备等诸多领域。因此，有必要加强单片机课程教学的改革，以提高从业人员对单片机的应用能力。此外，作为工程实践性较强的单片机课程，基于以学习产出为目标的OBE 教育理念[1-2]，践行新工科工程教育改革的新方向[3-6]，构建切实可行的单片机实践课程教学体系，是培养具有工程能力的单片机应用人才亟待解决的关键问题[7]。

目前，单片机课程以理论教学为主，以验证性的实验为辅，此类模式并未突出单片机实践课程的属性，教学效果并不理想[8-10]。随着各种实践课程教学的持续改革以及工程人才培养的标准化[11-13]，单片机课程教学也要强化实践环节的开展[14-15]。传统单片机综合实践课程教学内容陈旧，实践方法落后，并不能达到使学生熟练掌握单片机应用能力的目的。因此，需要采取有效措施来解决这一问题。

本文主要从单片机综合实践方面来探讨单片机课程的实践教学方法，以期通过教学模式的改革，提高学生学习的积极性和创造性，让学生加深对单片机基础理论的理解并能够熟练应用。

1 改革目标

以能力为导向的单片机综合实践课程改革，强调在教师的引导下，学生围绕具体能力要求，通过对实践教学资源的加工与应用，进行自主探究性设计和互动协作的实践，掌握单片机的应用技能，达到工程设计能力提升的目的。在实现能力要求的同时，教师注重培养学生实践能力和团队协作能力，突出以用促学、学以致用以及学用互动思想，促进学生知识、能力、素质的全面发展。

2 改革内容与方案

2.1 构建实践教学知识体系，建立设计指导手册、实践案例库、综合设计题库等实践教学资源

本课程面向对象主要为电子类专业的学生，进行单片机综合实践时，学生已经学习过单片机原理及应用、单片机原理及应用实验等课程，具有一定的基础。同时，考虑课程学时有限，教师需要兼顾课程知识的基础性和前沿性、理论性和应用性。在教材《新概念51 单片机C 语言教程——入门、提高、开发、拓展全攻略（第2 版）》的基础上，教师扩展能反映单片机综合应用设计的最新应用、理论与应用相结合的课程实践教学资源。

（1）编写基于Proteus 和Keil 的课程实践设计指导手册。指导手册既包括以掌握基础知识为主的验证性实验，又包括解决具体单片机系统工程问题以提升学生知识综合应用能力的设计性和综合性实验，还包括解决社会实际问题的工程性案例。教师借助指导手册，一方面可增加学生课后训练环节，增强学生实训实践能力，提高学生对知识的应用能力；另一方面可为有效开展能力导向的实践活动提供较好的电路设计及编程指导。

（2）参考其他教材和资料，结合课程体系和单片机系统的应用领域，开展实践教学案例库建设。实践教学案例库涵盖单片机系统应用中常见的特色案例，包含实践过程中系统建模、分析、电路设计、编程等综合知识。

（3）结合课程知识体系，把反映嵌入式系统最新发展及应用，且与现有课程知识较好衔接的前沿知识，融入多领域的应用背景，形成综合设计专题库，体现知识的扩展性、延伸性、交叉性和工程综合应用性。

2.2 设置实践能力要求

（1）教师结合单片机综合设计课程实践体系与能力导向教学法，分析学生创新能力培养过程中知识积累阶段、理论应用阶段和创新实践阶段目标的特点，各阶段对知识、能力和素质的要求，以及各阶段之间的关系。

（2）根据上述特点，教师利用教学案例、专题和课题，进企业调研，邀请企业工程师进校进行相关岗位能力要求的讲解，注重能力导向，从不同角度、不同难易程度设计不同的能力要求，如图1 所示：

图1 不同能力要求示意图

2.3 研究制定多元能力导向的实践教学实施模式

学院分析不同能力要求的教学模式对学生学习思维和能力培养的作用；基于校企合作协同育人基地，引入电子工程师、嵌入式工程师、PCB 工程师等企业岗位要求，邀请企业工程师到校座谈交流，结合能力要求、学生的认知程度与能力基础，参照嵌入式系统开发流程，制定有效、可行、多元的能力导向实践教学实施模式，如图2 所示：首先，通过视频或者实物向学生讲解与单片机应用相关的科研项目、竞赛或者毕业设计作品，激发学生学习兴趣；其次，对学生基础能力进行初步摸底，对学生进行简单的测试，并根据学生能力进行分组；再次，根据摸底情况，为基础能力不同的学生分配不同的题目，提出不同的能力要求；最后，引导学生进行课题设计，逐渐增加难度，充分培养学生的动手实践能力。

图2 教学实施模式

2.4 制定融入学科创新竞赛要求和企业岗位要求的能力导向评价体系

教师通过分析在不同能力导向下的教学模式，发现学生能力培养的影响因素，引入学科创新竞赛要求、评分标准，细化综合设计中方案、硬件、软件、系统调试等方面的评分细则，结合企业的单片机工程师等工作岗位要求，将各方面因素合理统筹，纳入评价体系，制定多元化的评价体系，激发学生的创新思维和创新意识。

为了提高学生的团队合作能力，在项目小组中，每个小组成员负责不同的功能模块，最后进行项目整合。课题完成时，教师要求学生提交完整的仿真电路、制作的硬件实物以及实践设计论文等内容，并参照学科竞赛评分标准，按企业岗位要求进行评分。对每组成员进行单独答辩提问，对每名学生的能力单独给出评价。

3 结语

以能力为导向的单片机综合实践课程改革设计，构建实践教学知识体系，建立设计手册、实践案例库、综合设计题库等实践教学资源，制定实践能力要求，设计多元能力导向的实践教学实施模式以及融入学科创新竞赛要求和企业岗位要求的多元评价体系，提高了单片机综合实践课程的教学质量，强化了学生工程实践能力的培养，为学生开展其他工程实践课程的学习奠定了良好的基础，对其他实践类课程的改革起到一定示范作用。