面向工程强化实践的“单片机”课程改革与探索

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1、面向工程强化实践的“单片机”课程改革与探索　　摘要：“单片机原理及应用”是机械类等专业必须掌握的一门重要专业基础课，其教学效果直接影响单片机系统设计开发人才的培养质量。针对“单片机原理及应用”课程自身的特点及传统教学模式存在的弊端，从课程人才培养目标、课程体系、教学内容、教学方法和手段等环节进行了改革与探索并运用在教学实践活动中，取得了明显的效果。　　关键词：单片机原理及应用；教学改革；CDIO工程教育理念　　作者简介：王金波（1976-），女，黑龙江依兰人，黑龙江科技学院机械工程学院，副教授；姜华（1976-

2、），男，满族，辽宁凤城人，黑龙江科技学院电信学院，工程师。（黑龙江哈尔滨150027）　　基金项目：本文系黑龙江科技学院教学研究项目“基于CDIO理念的单片机课程教学模式改革与实践”的研究成果。　　中图分类号：G642.0文献标识码：A文章编号：1007-0079（2013）07-0077-03　　“单片机原理及应用”9是机械、计算机及自动化等专业一门重要专业基础课，该课程多基础、多理论、实践性较强，在教学过程中必须软件硬件结合，强调培养学生利用已学单片机知识解决实际工程问题的能力。但是传统的教学模式存在课程内

3、容设置不合理、教学方法单一、重理论轻实践、理论教学与实践教学脱节等诸多问题，再加上课程内容较抽象，没有直观的教学仪器和设备，学生很容易产生厌烦心理、放弃学习，无法达到预期的教学效果，严重影响了人才培养质量。本文旨在运用CDIO工程教育理念，采用先进的教学方法和手段，切实改善“单片机原理及应用”课程的教学效果，提高人才培养质量，为企业培养“留得下、用得上、出得去”的单片机系统设计及开发人才。　　一、传统教学模式存在的主要问题　　现阶段，在具体的教学过程中，不但学生普遍感到难学，授课教师也存在许多困惑。问题的症结主

4、要表现在以下几点：　　1.课程内容设置不合理　　具体的授课内容是以单片机的结构与原理为主线，先介绍单片机的硬件结构，其次是指令、软件编程，然后是单片机系统扩展和各种外围器件的应用，最后列举一至两个实例。然而，当教师讲到单片机抽象的内部结构、七种寻址方式以及烦杂的111条指令时，大部分学生就已经望而生畏了，渐渐失去了学习的兴趣和信心。实际上，此时课程的核心部分，如软、硬件开发的技巧学生还没有开始学，他们甚至对一个单片机系统开发的全过程都不了解。试想，如此这般的教学效果与课程的教学目标是相背离的，完全抹杀了学生的学

5、习兴趣，同时，对于学生的自信心会造成极大地摧残，同时，为学生以后的学习设下障碍，进而使培养单片机系统开发的技术人才终将成为一句空话。　　2.学生存在差异，教学方法单一9　　自1999年我国高校扩招以来，高等教育规模迅速扩大。然而，扩招使得学生综合素质下降，对专业知识的理解和掌握存在较大差异；尤其是学生的学习质量出现严重滑坡，主要表现在：学习氛围不浓、学习态度不端正、学习方法不科学。[1]同时，教师在授课过程中无视学生个体之间的差异，对学生施以相同的教学方法，主要以单一的灌输为主，无法激发学生的学习兴趣，学生的求

6、知欲、主动学习意识严重缺乏，课堂教学效果很差。　　3.实验设备不足，理论教学与实践教学脱节　　课程总学时为48学时，其中理论教学44学时，实验环节设置2个实验总计4学时，理论教学与实践环节是脱离的。教学采用的实验设备是实验箱，但只有六个，且部分箱子已经损坏，学生无法进行电路的设计与搭接，只是简单地连线，所以对于硬件设计无法进行锻炼；电脑也只有三台是好使的，学生对软件编程更是无法涉猎。实际上，两个实验就是演示性的实验，学生只是看下效果，同时，没有设置课程设计环节，仅在下学期的期末设置一周（5天）工程实训，而且在后

7、续课程里没有与“单片机原理及应用”这门课相关的课程。据不完全统计，机电专业学生毕业设计有近一半用到单片机相关知识，同时毕业生有近30%从事单片机系统设计相关的工作。由此不难看出，这种实践条件根本就无法培养学生的实践动手能力，严重影响了学生的毕业与就业。　　4.教师队伍年轻化9　　目前，本课程教师大部分是学校到学校的理论型、学术型青年教师；同时，由于教学任务繁重，教师缺乏机会和渠道接触实际的工程项目；对于本学科的前沿知识匮乏；独立承担及完成单片机开发的科研项目能力比较弱。因此，在具体教学过程中，教师理论联系实际的

8、能力一般，很难调动学生学习的积极性，学生的理论与实践脱节，实际动手能力、分析问题、解决问题的能力较差，极大地影响了人才培养质量。[2]　　二、CDIO工程教育理念　　CDIO（Conceive-Design-Implement-Operate）是由美国麻省理工学院、瑞典哥德堡查尔姆斯技术学院、瑞典皇家技术学院和瑞典林雪平大学等4所工程技术大学发起的一项工程教育改革计划，以产品生命周期上