基于進(jìn)階式項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的單片機(jī)課程教學(xué)實(shí)踐*

吳雙娥，王錦榮，邱炎兒

(呂梁學(xué)院物理系,山西 離石 033000)

《華盛頓協(xié)議》對(duì)畢業(yè)生明確提出了十二條畢業(yè)要求,要求畢業(yè)生能綜合應(yīng)用知識(shí)解決實(shí)際工程復(fù)雜問(wèn)題[1]。依據(jù)我校人才培養(yǎng)方案培養(yǎng)高素質(zhì)應(yīng)用型人才,對(duì)《單片機(jī)原理及應(yīng)用》課程,目前教學(xué)中存在的學(xué)生學(xué)習(xí)理論知識(shí)后不知如何進(jìn)行項(xiàng)目設(shè)計(jì)問(wèn)題進(jìn)行教學(xué)實(shí)踐探索,該課程的特點(diǎn)是應(yīng)用性較強(qiáng),能夠有效提升學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手能力、更好地實(shí)現(xiàn)教學(xué)過(guò)程與企業(yè)用人需求對(duì)接,并促進(jìn)學(xué)生加強(qiáng)自我道德修養(yǎng),最終實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)應(yīng)用型人才,提升學(xué)生就業(yè)創(chuàng)業(yè)能力的教學(xué)目的。

文章通過(guò)對(duì)目前教學(xué)中存在的問(wèn)題展開(kāi)研究,并提出進(jìn)階式項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的單片機(jī)課程實(shí)踐教學(xué)模式,逐步提升學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力。

1 課程當(dāng)前教學(xué)狀況

《單片機(jī)原理及應(yīng)用》課程是電子信息工程專業(yè)的專業(yè)教育課程,該類課程在我校的授課對(duì)象是本科大二年級(jí)學(xué)生,學(xué)生有一定的先修課程基礎(chǔ),但課程實(shí)踐性強(qiáng),而實(shí)踐課堂與理論課堂不能較好地融合,因此目前課程教學(xué)中存在有以下問(wèn)題:第一,學(xué)生不能很好地將理論與實(shí)踐有機(jī)結(jié)合。第二,理論課堂中,學(xué)生學(xué)習(xí)目標(biāo)不明確,學(xué)習(xí)積極主動(dòng)性未能充分調(diào)動(dòng)。第三,線上線下結(jié)合過(guò)程中,學(xué)生的學(xué)習(xí)效果未得到明顯提高。因此,要提升學(xué)生綜合實(shí)踐能力,讓學(xué)生畢業(yè)后能夠更好地解決實(shí)際工程復(fù)雜問(wèn)題,提出了基于進(jìn)階式項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的單片機(jī)課程教學(xué)實(shí)踐探索。

基于進(jìn)階式項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的單片機(jī)課程教學(xué)模式將教學(xué)內(nèi)容以項(xiàng)目為單元,重整教學(xué)內(nèi)容。項(xiàng)目的設(shè)計(jì)采取進(jìn)階式項(xiàng)目:基礎(chǔ)性項(xiàng)目、提高性項(xiàng)目、拓展性項(xiàng)目,逐步提升學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力。高校要培養(yǎng)綜合素質(zhì)較高的應(yīng)用型人才,課程建設(shè)要以企業(yè)用人需求為導(dǎo)向、以實(shí)踐能力培養(yǎng)為重點(diǎn),重塑課程內(nèi)容,將實(shí)踐教學(xué)和課程思政真正融入到課堂里,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情,有效提升學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力[2]。

2 進(jìn)階式項(xiàng)目實(shí)施方案

2.1 理論教學(xué)依據(jù)進(jìn)階式項(xiàng)目重新整合

《單片機(jī)原理及應(yīng)用》課程教學(xué)內(nèi)容主要包括MCS-51的C語(yǔ)言及匯編語(yǔ)言程序編寫、單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)等,傳統(tǒng)教學(xué)中一般是以理論知識(shí)為主,為先,且實(shí)際教學(xué)中按照教材中相應(yīng)內(nèi)容的章節(jié)順序,并結(jié)合教學(xué)大綱、教學(xué)進(jìn)度表,先進(jìn)行單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)講解,之后C語(yǔ)言、匯編語(yǔ)言程序編寫。而實(shí)踐環(huán)節(jié)的進(jìn)行需要軟硬件結(jié)合,由此導(dǎo)致課程安排上理論與實(shí)踐脫節(jié),加上單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)所涉及的知識(shí)點(diǎn)抽象且難于理解、學(xué)生不能很好地將所學(xué)理論知識(shí)應(yīng)用于實(shí)踐,導(dǎo)致實(shí)踐環(huán)節(jié)中拓展性項(xiàng)目、提高性項(xiàng)目甚至是課程設(shè)計(jì)中,一旦涉及學(xué)生自主操作部分,學(xué)生便無(wú)從下手。

理論教學(xué)及實(shí)踐教學(xué)通過(guò)項(xiàng)目融合,將項(xiàng)目融入理論課堂,為解決理論知識(shí)抽象理解難問(wèn)題,理論課堂中教學(xué)內(nèi)容以項(xiàng)目為單元,以實(shí)際工程項(xiàng)目導(dǎo)入,引出教學(xué)內(nèi)容,最后再利用所授內(nèi)容解決導(dǎo)入中項(xiàng)目,以使課堂教學(xué)效果呈現(xiàn)最佳狀態(tài)。

教學(xué)內(nèi)容中項(xiàng)目的選取,將全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽、藍(lán)橋杯競(jìng)賽、全國(guó)大學(xué)生嵌入式芯片與系統(tǒng)設(shè)計(jì)競(jìng)賽相關(guān)模塊融入教學(xué)內(nèi)容,將學(xué)生就業(yè)和企業(yè)崗位需求相結(jié)合,以企業(yè)需求和產(chǎn)出為導(dǎo)向,將畢業(yè)要求與相應(yīng)指標(biāo)點(diǎn)清晰對(duì)應(yīng),注重科技前沿技術(shù),結(jié)合學(xué)生感興趣方向,設(shè)計(jì)不同難度、不同考察點(diǎn)的項(xiàng)目(表1為十字路口交通燈項(xiàng)目的不同等級(jí)項(xiàng)目案例)。項(xiàng)目的設(shè)計(jì)按照“進(jìn)階式項(xiàng)目導(dǎo)學(xué)”的理念,將項(xiàng)目按項(xiàng)目規(guī)模和涉及的能力范圍劃分為三個(gè)等級(jí),從基礎(chǔ)性項(xiàng)目到拓展性項(xiàng)目[3]。根據(jù)實(shí)際教學(xué)狀況適當(dāng)增加課程難度、拓展課程深度,教學(xué)項(xiàng)目包括基礎(chǔ)性項(xiàng)目、提高性項(xiàng)目、拓展性項(xiàng)目,由易到難循序漸進(jìn)。

表1 十字路口交通燈項(xiàng)目?jī)?nèi)容及項(xiàng)目等級(jí)與畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)崗位需求對(duì)應(yīng)關(guān)系

2.2 實(shí)踐依據(jù)進(jìn)階式項(xiàng)目難度逐一實(shí)施

2.2.1 基礎(chǔ)性項(xiàng)目

基礎(chǔ)性項(xiàng)目的內(nèi)容涵蓋了課程中I/O口、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、串行通信、外部中斷、人機(jī)接口等重點(diǎn)和難點(diǎn)內(nèi)容。基礎(chǔ)性項(xiàng)目中涉及基礎(chǔ)知識(shí)點(diǎn)模塊,如十字路口交通燈項(xiàng)目,任務(wù)要求是編程實(shí)現(xiàn)東西向綠燈亮若干秒,黃燈閃爍5次后紅燈亮,紅燈亮后,南北向由紅燈變?yōu)榫G燈,若干秒后南北向黃燈閃爍5次后變紅燈,東西向變綠燈,如此重復(fù)。如圖1所示。

圖1 十字路口交通燈(未設(shè)定通行時(shí)長(zhǎng))

基礎(chǔ)性項(xiàng)目要求由學(xué)生課前完成,以學(xué)生獨(dú)立運(yùn)行例程為主,學(xué)生根據(jù)“學(xué)習(xí)通”推送的視頻資料,自行安裝keil軟件、proteus軟件,熟悉程序設(shè)計(jì)流程、proteus仿真操作步驟和結(jié)果調(diào)試的整個(gè)過(guò)程,使得學(xué)生對(duì)單片機(jī)運(yùn)行電路的硬件框架、軟件流程有一定了解,并在視頻學(xué)習(xí)中邊學(xué)習(xí)邊操作錄制基礎(chǔ)性項(xiàng)目操作視頻,很好地完成基礎(chǔ)性項(xiàng)目并上傳視頻作業(yè)。幫助學(xué)生較好地理解理論知識(shí),明確學(xué)習(xí)目標(biāo)。

2.2.2 提高性項(xiàng)目

提高性項(xiàng)目的設(shè)計(jì)基于keil軟件和proteus仿真軟件,是在基礎(chǔ)性項(xiàng)目基礎(chǔ)上提升難度,如在基礎(chǔ)性項(xiàng)目十字路口交通燈基礎(chǔ)上增加?xùn)|西向、南北向通行時(shí)間,設(shè)定通行時(shí)間為20 s。根據(jù)項(xiàng)目設(shè)計(jì)的任務(wù)及功能要求,教師要提前完成各項(xiàng)指標(biāo)設(shè)計(jì),進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)演示,并從具體的電路搭建、仿真、程序編寫調(diào)試等流程進(jìn)行系統(tǒng)講解,隨后由學(xué)生分工合作搭建電路、編寫程序、仿真調(diào)試,實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)相應(yīng)功能。

提高性項(xiàng)目借助“學(xué)習(xí)通”中“分組任務(wù)”實(shí)施,在分組任務(wù)的實(shí)施過(guò)程中,學(xué)生既能發(fā)揮自己的長(zhǎng)處,也能培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)的合作精神,在完成項(xiàng)目過(guò)程中互幫互助,提升各自的工程素養(yǎng)能力[4]。分組合作中可以激發(fā)學(xué)生提出有價(jià)值的觀點(diǎn),并凝練創(chuàng)新點(diǎn)。

2.2.3 拓展性項(xiàng)目

拓展性項(xiàng)目設(shè)計(jì)要求學(xué)生在提高性項(xiàng)目的基礎(chǔ)上拓展功能。如在提高性項(xiàng)目十字路口交通燈基礎(chǔ)上,增加數(shù)碼管顯示通行倒計(jì)時(shí),如圖2所示,顯示東西向、南北向通行時(shí)長(zhǎng)20 s倒計(jì)時(shí)。教師要結(jié)合任務(wù)內(nèi)容,引導(dǎo)學(xué)生探究式與個(gè)性化學(xué)習(xí)、實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新。

圖2 十字路口交通燈(數(shù)碼管顯示通行時(shí)長(zhǎng))

拓展性項(xiàng)目分組時(shí),要求學(xué)生承擔(dān)不同模塊的任務(wù),確保學(xué)生在拓展性項(xiàng)目的設(shè)計(jì)中能夠熟悉各個(gè)環(huán)節(jié)的具體操作流程,進(jìn)而提高學(xué)生的軟硬件設(shè)計(jì)能力。教師在引導(dǎo)學(xué)生完成任務(wù)的各個(gè)環(huán)節(jié)中,要注重提高學(xué)生應(yīng)用理論知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的意識(shí),使其善于總結(jié)其規(guī)律和技巧,提升學(xué)生的主體地位。例如十字路口交通燈設(shè)定通行時(shí)長(zhǎng)等,促使學(xué)生主動(dòng)查閱文獻(xiàn),制定設(shè)計(jì)方案,引導(dǎo)學(xué)生獨(dú)立思考、自主學(xué)習(xí)新知識(shí)、新技術(shù),并把所學(xué)知識(shí)應(yīng)用到實(shí)踐中,培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜問(wèn)題的綜合能力和高級(jí)思維[5]。

提高性項(xiàng)目和拓展性項(xiàng)目安排在課堂進(jìn)行。拓展性項(xiàng)目實(shí)施中,學(xué)生能夠根據(jù)教師“學(xué)習(xí)通”發(fā)布的具體項(xiàng)目任務(wù)及實(shí)驗(yàn)最終效果演示,學(xué)生自由組合成立學(xué)習(xí)小組較好地完成拓展功能,給出硬件電路圖、編寫程序、在proteus中仿真調(diào)試后燒錄至開(kāi)發(fā)板運(yùn)行。拓展性項(xiàng)目學(xué)生能夠在提高性項(xiàng)目基礎(chǔ)上,進(jìn)行功能拓展及創(chuàng)新。

3 考核方式

在課程考核評(píng)價(jià)中堅(jiān)持能力導(dǎo)向,具體落實(shí)《深化新時(shí)代教育評(píng)價(jià)改革總體方案》中提出的“改進(jìn)結(jié)果評(píng)價(jià),強(qiáng)化過(guò)程評(píng)價(jià),探索增值評(píng)價(jià),健全綜合評(píng)價(jià)”的原則要求[6],以及《關(guān)于加快建設(shè)高水平本科教育全面提高人才培養(yǎng)能力的意見(jiàn)》提出的“加強(qiáng)考試管理,嚴(yán)格過(guò)程考核,加大過(guò)程考核成績(jī)?cè)谡n程成績(jī)中的比重,健全能力與知識(shí)并重的多元化學(xué)業(yè)考核評(píng)價(jià)體系[7]”要求的措施方法與實(shí)施機(jī)制。

該課程滿分100分,考核模式采取多維多角度考核?？己瞬糠职ㄆ綍r(shí)60%和期末測(cè)試40%?？己嗽u(píng)價(jià)細(xì)則如下:平時(shí)包括基礎(chǔ)性項(xiàng)目20%、提高性項(xiàng)目部20%、拓展性項(xiàng)目15%、理論課堂5%。

基礎(chǔ)性項(xiàng)目包括學(xué)習(xí)通發(fā)布視頻的觀看情況5%、項(xiàng)目功能的實(shí)現(xiàn)情況10%、小組邊操作邊講解上傳的視頻作業(yè)5%;提高性項(xiàng)目包括小組制定的設(shè)計(jì)方案10%(硬件電路圖、proteus中仿真效果)、項(xiàng)目功能的實(shí)現(xiàn)情況10%;拓展性項(xiàng)目包括小組的融洽度5%(分工合作形式體現(xiàn))、問(wèn)卷調(diào)查5%、項(xiàng)目功能的實(shí)現(xiàn)情況5%;理論課堂5%(小組參與討論的活躍度)。

不同等級(jí)項(xiàng)目完成后,教師依據(jù)不同等級(jí)項(xiàng)目考核點(diǎn)如表2所示,對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行考核,考核結(jié)果表明學(xué)生能夠100%完成基礎(chǔ)性項(xiàng)目,拓展性項(xiàng)目的完成情況能夠達(dá)到90%,而提高性項(xiàng)目的完成情況能夠達(dá)到80%。依據(jù)課程單項(xiàng)教學(xué)目標(biāo)達(dá)成情況及課程總體教學(xué)目標(biāo)達(dá)成情況對(duì)課程質(zhì)量評(píng)價(jià)并持續(xù)改進(jìn)。

表2 十字路口交通燈項(xiàng)目不同等級(jí)項(xiàng)目的考核方式

4 結(jié)論

本文針對(duì)《單片機(jī)原理及應(yīng)用》課程目前教學(xué)中存在的問(wèn)題展開(kāi)研究,提出進(jìn)階式項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的《單片機(jī)原理及應(yīng)用》課程實(shí)踐教學(xué)模式。依據(jù)學(xué)生的接受能力循序漸進(jìn),通過(guò)本次教學(xué)改革實(shí)踐,學(xué)生在完成項(xiàng)目的過(guò)程中,對(duì)工程的認(rèn)知能力和動(dòng)手實(shí)踐能力得到有效提升,極大提高了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、單片機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)能力。實(shí)踐證明教學(xué)改革取得了積極成效,學(xué)生的企業(yè)崗位適應(yīng)能力、實(shí)踐能力得到鍛煉。但仍需要對(duì)教改方案經(jīng)過(guò)多輪實(shí)施、持續(xù)改進(jìn)。