基于進階式項目驅動的單片機課程教學實踐*

吳雙娥，王錦榮，邱炎兒

(呂梁學院物理系,山西 離石 033000)

《華盛頓協議》對畢業生明確提出了十二條畢業要求,要求畢業生能綜合應用知識解決實際工程復雜問題[1]。依據我校人才培養方案培養高素質應用型人才,對《單片機原理及應用》課程,目前教學中存在的學生學習理論知識后不知如何進行項目設計問題進行教學實踐探索,該課程的特點是應用性較強,能夠有效提升學生實踐動手能力、更好地實現教學過程與企業用人需求對接,并促進學生加強自我道德修養,最終實現培養應用型人才,提升學生就業創業能力的教學目的。

文章通過對目前教學中存在的問題展開研究,并提出進階式項目驅動的單片機課程實踐教學模式,逐步提升學生的自主學習能力、實踐能力、創新能力。

1 課程當前教學狀況

《單片機原理及應用》課程是電子信息工程專業的專業教育課程,該類課程在我校的授課對象是本科大二年級學生,學生有一定的先修課程基礎,但課程實踐性強,而實踐課堂與理論課堂不能較好地融合,因此目前課程教學中存在有以下問題:第一,學生不能很好地將理論與實踐有機結合。第二,理論課堂中,學生學習目標不明確,學習積極主動性未能充分調動。第三,線上線下結合過程中,學生的學習效果未得到明顯提高。因此,要提升學生綜合實踐能力,讓學生畢業后能夠更好地解決實際工程復雜問題,提出了基于進階式項目驅動的單片機課程教學實踐探索。

基于進階式項目驅動的單片機課程教學模式將教學內容以項目為單元,重整教學內容。項目的設計采取進階式項目:基礎性項目、提高性項目、拓展性項目,逐步提升學生的實踐動手能力。高校要培養綜合素質較高的應用型人才,課程建設要以企業用人需求為導向、以實踐能力培養為重點,重塑課程內容,將實踐教學和課程思政真正融入到課堂里,激發學生的學習熱情,有效提升學生的實踐動手能力[2]。

2 進階式項目實施方案

2.1 理論教學依據進階式項目重新整合

《單片機原理及應用》課程教學內容主要包括MCS-51的C語言及匯編語言程序編寫、單片機內部結構等,傳統教學中一般是以理論知識為主,為先,且實際教學中按照教材中相應內容的章節順序,并結合教學大綱、教學進度表,先進行單片機內部結構講解,之后C語言、匯編語言程序編寫。而實踐環節的進行需要軟硬件結合,由此導致課程安排上理論與實踐脫節,加上單片機內部結構所涉及的知識點抽象且難于理解、學生不能很好地將所學理論知識應用于實踐,導致實踐環節中拓展性項目、提高性項目甚至是課程設計中,一旦涉及學生自主操作部分,學生便無從下手。

理論教學及實踐教學通過項目融合,將項目融入理論課堂,為解決理論知識抽象理解難問題,理論課堂中教學內容以項目為單元,以實際工程項目導入,引出教學內容,最后再利用所授內容解決導入中項目,以使課堂教學效果呈現最佳狀態。

教學內容中項目的選取,將全國大學生電子設計競賽、藍橋杯競賽、全國大學生嵌入式芯片與系統設計競賽相關模塊融入教學內容,將學生就業和企業崗位需求相結合,以企業需求和產出為導向,將畢業要求與相應指標點清晰對應,注重科技前沿技術,結合學生感興趣方向,設計不同難度、不同考察點的項目(表1為十字路口交通燈項目的不同等級項目案例)。項目的設計按照“進階式項目導學”的理念,將項目按項目規模和涉及的能力范圍劃分為三個等級,從基礎性項目到拓展性項目[3]。根據實際教學狀況適當增加課程難度、拓展課程深度,教學項目包括基礎性項目、提高性項目、拓展性項目,由易到難循序漸進。

表1 十字路口交通燈項目內容及項目等級與畢業要求指標點崗位需求對應關系

2.2 實踐依據進階式項目難度逐一實施

2.2.1 基礎性項目

基礎性項目的內容涵蓋了課程中I/O口、定時/計數器、串行通信、外部中斷、人機接口等重點和難點內容?；A性項目中涉及基礎知識點模塊,如十字路口交通燈項目,任務要求是編程實現東西向綠燈亮若干秒,黃燈閃爍5次后紅燈亮,紅燈亮后,南北向由紅燈變為綠燈,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。如圖1所示。

圖1 十字路口交通燈(未設定通行時長)

基礎性項目要求由學生課前完成,以學生獨立運行例程為主,學生根據“學習通”推送的視頻資料,自行安裝keil軟件、proteus軟件,熟悉程序設計流程、proteus仿真操作步驟和結果調試的整個過程,使得學生對單片機運行電路的硬件框架、軟件流程有一定了解,并在視頻學習中邊學習邊操作錄制基礎性項目操作視頻,很好地完成基礎性項目并上傳視頻作業。幫助學生較好地理解理論知識,明確學習目標。

2.2.2 提高性項目

提高性項目的設計基于keil軟件和proteus仿真軟件,是在基礎性項目基礎上提升難度,如在基礎性項目十字路口交通燈基礎上增加東西向、南北向通行時間,設定通行時間為20 s。根據項目設計的任務及功能要求,教師要提前完成各項指標設計,進行現場演示,并從具體的電路搭建、仿真、程序編寫調試等流程進行系統講解,隨后由學生分工合作搭建電路、編寫程序、仿真調試,實現系統相應功能。

提高性項目借助“學習通”中“分組任務”實施,在分組任務的實施過程中,學生既能發揮自己的長處,也能培養團隊的合作精神,在完成項目過程中互幫互助,提升各自的工程素養能力[4]。分組合作中可以激發學生提出有價值的觀點,并凝練創新點。

2.2.3 拓展性項目

拓展性項目設計要求學生在提高性項目的基礎上拓展功能。如在提高性項目十字路口交通燈基礎上,增加數碼管顯示通行倒計時,如圖2所示,顯示東西向、南北向通行時長20 s倒計時。教師要結合任務內容,引導學生探究式與個性化學習、實現創新。

圖2 十字路口交通燈(數碼管顯示通行時長)

拓展性項目分組時,要求學生承擔不同模塊的任務,確保學生在拓展性項目的設計中能夠熟悉各個環節的具體操作流程,進而提高學生的軟硬件設計能力。教師在引導學生完成任務的各個環節中,要注重提高學生應用理論知識解決實際問題的意識,使其善于總結其規律和技巧,提升學生的主體地位。例如十字路口交通燈設定通行時長等,促使學生主動查閱文獻,制定設計方案,引導學生獨立思考、自主學習新知識、新技術,并把所學知識應用到實踐中,培養學生解決復雜問題的綜合能力和高級思維[5]。

提高性項目和拓展性項目安排在課堂進行。拓展性項目實施中,學生能夠根據教師“學習通”發布的具體項目任務及實驗最終效果演示,學生自由組合成立學習小組較好地完成拓展功能,給出硬件電路圖、編寫程序、在proteus中仿真調試后燒錄至開發板運行。拓展性項目學生能夠在提高性項目基礎上,進行功能拓展及創新。

3 考核方式

在課程考核評價中堅持能力導向,具體落實《深化新時代教育評價改革總體方案》中提出的“改進結果評價,強化過程評價,探索增值評價,健全綜合評價”的原則要求[6],以及《關于加快建設高水平本科教育全面提高人才培養能力的意見》提出的“加強考試管理,嚴格過程考核,加大過程考核成績在課程成績中的比重,健全能力與知識并重的多元化學業考核評價體系[7]”要求的措施方法與實施機制。

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r60%和期末測試40%?？己嗽u價細則如下:平時包括基礎性項目20%、提高性項目部20%、拓展性項目15%、理論課堂5%。

基礎性項目包括學習通發布視頻的觀看情況5%、項目功能的實現情況10%、小組邊操作邊講解上傳的視頻作業5%;提高性項目包括小組制定的設計方案10%(硬件電路圖、proteus中仿真效果)、項目功能的實現情況10%;拓展性項目包括小組的融洽度5%(分工合作形式體現)、問卷調查5%、項目功能的實現情況5%;理論課堂5%(小組參與討論的活躍度)。

不同等級項目完成后,教師依據不同等級項目考核點如表2所示,對項目進行考核,考核結果表明學生能夠100%完成基礎性項目,拓展性項目的完成情況能夠達到90%,而提高性項目的完成情況能夠達到80%。依據課程單項教學目標達成情況及課程總體教學目標達成情況對課程質量評價并持續改進。

表2 十字路口交通燈項目不同等級項目的考核方式

4 結論

本文針對《單片機原理及應用》課程目前教學中存在的問題展開研究,提出進階式項目驅動的《單片機原理及應用》課程實踐教學模式。依據學生的接受能力循序漸進,通過本次教學改革實踐,學生在完成項目的過程中,對工程的認知能力和動手實踐能力得到有效提升,極大提高了學生的自主學習能力、單片機系統的設計與開發能力。實踐證明教學改革取得了積極成效,學生的企業崗位適應能力、實踐能力得到鍛煉。但仍需要對教改方案經過多輪實施、持續改進。