卓越工程師背景及任務(wù)驅(qū)動的單片機課程教改

郝海燕 張小青

[摘 要] 針對單片機傳統(tǒng)教學(xué)模式下理論和實踐教學(xué)明顯脫節(jié)的現(xiàn)狀，提出以“卓越計劃”為背景，以任務(wù)驅(qū)動為導(dǎo)向的單片機教學(xué)改革模式，重點介紹了改革的內(nèi)容、項目的選擇及其實施方法。實踐表明，基于任務(wù)驅(qū)動法的教學(xué)模式教學(xué)效果好，有利于提高學(xué)生的工程實踐能力和創(chuàng)新能力。

[關(guān)鍵詞] 單片機課程;教學(xué)模式;改革

[基金項目] 陜西省教育科學(xué)“十三五”規(guī)劃課題“校企聯(lián)合培養(yǎng)卓越工程師的實踐研究”（SGH17H172）;咸陽師范學(xué)院專項科研基金項目（17XSYK009）;陜西省大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項目（S201910722052）;咸陽師范學(xué)院教改項目（2017Y004）

[作者簡介] 郝海燕（1974—），女，陜西渭南人，碩士，咸陽師范學(xué)院物理與電子工程學(xué)院講師，研究方向：智能控制;張小青（1985—），女，湖南永州人，碩士，咸陽師范學(xué)院物理與電子工程學(xué)院講師，研究方向：智能控制與運動控制。

[中圖分類號] G642.0 ? ?[文獻標識碼] A ? ?[文章編號] 1674-9324（2020）36-0187-02 ? ?[收稿日期] 2019-11-28

一、引言

近年來，我國做出了建設(shè)創(chuàng)新型國家，提升國家工程科技隊伍的創(chuàng)新能力，培養(yǎng)大批創(chuàng)新型工程人才的重大戰(zhàn)略部署。2010年6月，教育部和中國工程院正式啟動了“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”（簡稱“卓越計劃”），旨在改革高等教育人才培養(yǎng)模式，提升學(xué)生的工程實踐能力、創(chuàng)新能力和國際競爭力，培養(yǎng)大批創(chuàng)新能力強、綜合素質(zhì)高的新型工程技術(shù)人才[1]。

我院電子信息工程專業(yè)培養(yǎng)的是具備較強的工程實踐能力和創(chuàng)新精神，能從事各類電子設(shè)備和信息系統(tǒng)的設(shè)計、制造、應(yīng)用、維護和銷售的高素質(zhì)工程應(yīng)用型人才。單片機課程作為電信專業(yè)的核心專業(yè)課，是該專業(yè)本科生知識體系的重要組成部分，在解決現(xiàn)實工程問題中有著較為廣泛的應(yīng)用。但目前在實際教學(xué)過程中仍然采用理論教學(xué)和驗證性實驗教學(xué)相結(jié)合的傳統(tǒng)教學(xué)模式，教學(xué)內(nèi)容抽象、枯燥，教學(xué)形式和方法單一，學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不濃，積極性不高，最終使得課堂教學(xué)質(zhì)量達不到預(yù)期。同時，由于教學(xué)內(nèi)容和具體應(yīng)用聯(lián)系較少，理論教學(xué)和實踐教學(xué)明顯脫節(jié)，很難提升學(xué)生的實踐能力和創(chuàng)新能力，直接導(dǎo)致學(xué)生的工程實踐能力嚴重不足[2]，這和“卓越計劃”的培養(yǎng)目標是背道而馳的。為了落實“卓越計劃”，進一步提升學(xué)生工程實踐能力、創(chuàng)新能力，迫切需要對單片機原理與應(yīng)用課程的教學(xué)模式進行改革，以提高學(xué)生對單片機技術(shù)的工程應(yīng)用和創(chuàng)新能力。

二、教學(xué)改革內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有單片機教學(xué)存在的諸多問題，學(xué)院決定在我院2015級電子信息工程專業(yè)進行創(chuàng)新試點，把傳統(tǒng)理論與實驗相結(jié)合的教學(xué)模式改革為以任務(wù)驅(qū)動為核心的全新教學(xué)模式。選取內(nèi)容貼近電子行業(yè)崗位需求、工學(xué)結(jié)合、理論和技能相結(jié)合的實際項目導(dǎo)入教學(xué)，通過項目實踐內(nèi)容強化過程，突出理論與實踐相結(jié)合的特色。學(xué)生參與整個項目的實施，更好地達到“做中學(xué)，學(xué)中做”的教學(xué)理念，全面培養(yǎng)學(xué)生的實踐動手能力、解決問題的能力和團隊協(xié)作能力，并使學(xué)生對單片機應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)的過程有更深刻的認識[3]。任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法最根本的特點就是以任務(wù)為主線，教師為主導(dǎo)，學(xué)生為主體，該方法有利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題的能力，提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)及與他人協(xié)作的能力。[4]

（一）課程內(nèi)容體系結(jié)構(gòu)改革

改革后的單片機課程內(nèi)容采用“模塊+任務(wù)”體系結(jié)構(gòu)，將整門課程劃分為多個模塊，每一模塊由多個任務(wù)組成，每一任務(wù)由任務(wù)描述、任務(wù)教學(xué)目標、任務(wù)資訊、任務(wù)實施和任務(wù)小結(jié)五個相互連貫的部分組成。

（二）教學(xué)內(nèi)容組織方式改革

任務(wù)驅(qū)動教學(xué)將以往以傳授知識為主的傳統(tǒng)教學(xué)理念，轉(zhuǎn)變?yōu)橐越鉀Q問題、完成任務(wù)為主的多維互動式的教學(xué)理念，將再現(xiàn)式教學(xué)轉(zhuǎn)變?yōu)樘骄渴綄W(xué)習(xí)，使學(xué)生處于積極的學(xué)習(xí)狀態(tài)。根據(jù)建構(gòu)主義理論，對單片機課程進行教學(xué)內(nèi)容組織方式改革。

1.任務(wù)分解，基本知識點講解。教師每次教學(xué)都是以一個任務(wù)目標為主線進行各教學(xué)環(huán)節(jié)的組織，對任務(wù)中需要的各相關(guān)知識點和技能點進行講解，用多少講多少，其他與本任務(wù)無關(guān)的知識點和技能點則在需要用到的任務(wù)中再去講。

2.能力培養(yǎng)。教師在完成相關(guān)知識點和技能點的講解后再來重點講解具體任務(wù)的實現(xiàn)。在講解過程中，學(xué)生同時在自己的計算機上用Keil和Preteus軟件進行軟硬件仿真驗證，教師對學(xué)生在仿真過程中存在的疑問進行實時解答，培養(yǎng)學(xué)生自主開發(fā)項目的能力。

3.能力提升。設(shè)計“任務(wù)”時，要充分考慮學(xué)生的個體差異，設(shè)計具有一定容量、一定梯度的“任務(wù)”。在項目實施過程中，對于課堂教學(xué)任務(wù)已經(jīng)掌握的學(xué)生要求其對課堂教學(xué)任務(wù)電路和程序進行局部修改，提升學(xué)生單片機應(yīng)用電路和程序設(shè)計開發(fā)的能力。

（三）實踐性教學(xué)設(shè)計方式改革

將實驗任務(wù)提前發(fā)給學(xué)生，要求學(xué)生在課前對實驗任務(wù)進行預(yù)習(xí)，在實驗課堂上根據(jù)對任務(wù)的分析理解，用Proteus軟件設(shè)計硬件原理圖，Keil軟件輸入并編譯源程序，等編譯成功后再加載到原理圖電路中，對電路進行軟硬件聯(lián)合仿真調(diào)試。教師對學(xué)生實驗過程中的重點、難點、關(guān)鍵點及學(xué)生操作過程中存在的問題進行實時點評，加深學(xué)生對該任務(wù)涉及的相關(guān)知識點的理解程度。在完成基本實驗任務(wù)的基礎(chǔ)上，對實驗任務(wù)進行適當(dāng)修改，要求學(xué)生獨立完成修改后的實驗任務(wù)，逐漸培養(yǎng)其獨立進行電路和程序設(shè)計的能力。

三、單片機課程項目設(shè)計實施過程

單片機課程項目設(shè)計是任務(wù)驅(qū)動教學(xué)過程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，直接影響最終的教學(xué)效果，因此所選項目應(yīng)緊扣教學(xué)內(nèi)容，注重學(xué)生能力的培養(yǎng)。

項目實施初期，主要由教師給學(xué)生講解項目所涉及的相關(guān)知識點，在幫助學(xué)生掌握相關(guān)知識點的基礎(chǔ)上，協(xié)助學(xué)生完成總體方案的設(shè)計;項目實施中后期對具體任務(wù)的實現(xiàn)主要由學(xué)生自己完成，教師只需定期檢查項目，不是由教師直接告訴學(xué)生應(yīng)當(dāng)如何去解決面臨的問題，而是向?qū)W生提供解決該問題的有關(guān)線索和思路，強調(diào)發(fā)展學(xué)生的“自主學(xué)習(xí)”能力。同時，鼓勵學(xué)生之間加強討論和交流，通過不同觀點的交流，加深每個學(xué)生對當(dāng)前問題解決方案的理解，并進一步提高學(xué)生之間的協(xié)作能力。

四、教學(xué)效果和反思

按照“卓越計劃”的教學(xué)改革思路，任務(wù)驅(qū)動這種教學(xué)模式使得大部分學(xué)生對于這門課程的應(yīng)用前景有了更深的理解，更加明確了學(xué)習(xí)這門課程的目的，學(xué)習(xí)主動性明顯提高，團隊合作能力和實踐動手能力都得到增強，相當(dāng)一部分學(xué)生對課程內(nèi)容和實踐中的具體應(yīng)用表現(xiàn)出濃厚興趣，對未來就業(yè)方向和職業(yè)規(guī)劃也產(chǎn)生積極影響。

與此同時，任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法過程中也有一些問題需注意和改進。一是教學(xué)進度難把握。任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法采用開放式課堂，不同小組在完成同一任務(wù)時，由于學(xué)習(xí)基礎(chǔ)不同、學(xué)習(xí)鉆研態(tài)度有差異，教師很難把握每一組的探究程度和進度，有的組能夠提前完成實訓(xùn)任務(wù)，有的組則不了了之。在以后需指導(dǎo)老師加強過程指導(dǎo)，優(yōu)化小組成員隨機搭配組合等，確保每個學(xué)生的實訓(xùn)參與和探究效果。二是課堂管理亟待改進。由于探究性學(xué)習(xí)法的課堂形式和氣氛更為“活躍”，這就要求指導(dǎo)老師具有較強的課堂把控能力和項目組織能力，以任務(wù)為導(dǎo)向，以效果為牽引，讓每個學(xué)生都有具體任務(wù)，確保個體獲得應(yīng)有的學(xué)習(xí)效果。三是評價較困難。采取任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法可能存在個別學(xué)生濫竽充數(shù)、搭便車，誤導(dǎo)教師對教學(xué)效果的評估。四是對老師能力水平要求更高。任務(wù)驅(qū)動教學(xué)方法對指導(dǎo)老師的理論和實踐能力提出更高要求，課堂上教師要能做到理論與實踐兩個能力都很強，既要會做，還要會歸納上升到理論高度，收放自如，需要老師加強學(xué)習(xí)和實踐，課前做好充分準備。

參考文獻

[1]張蓓蓓.卓越軟件工程師實踐能力培養(yǎng)模式研究[D].天津：天津大學(xué)教育學(xué)院，2013.

[2]張?zhí)祜w，龍海燕，丁嬌，張磊.基于項目化教學(xué)的單片機課程改革[J].物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，2018（4）：119-120.

[3]湛洪然，李福，劉景文.單片機應(yīng)用技術(shù)項目式教程.[M]北京：電子工業(yè)出版，2015.

[4]唐煒.基于“項目驅(qū)動”的單片機類課程實踐教學(xué)改革[J].實驗室研究與探索，2010，5（29）：130-132.