王啟明　丁亞飛　喻恒

摘要：為主動適應(yīng)新和引領(lǐng)新型經(jīng)濟，加快和發(fā)展和建設(shè)“新工科”，以適應(yīng)地方性應(yīng)用型本科院校人才培養(yǎng)目標的要求。在單片機工程項目研究中，引入基于學習產(chǎn)出的工程教育模式，同時引進“對分”的理念，主要進行工程項目化研究、基于產(chǎn)出的考核方式以及靈活多變的“對分”理念，在長期的實踐過程中，培養(yǎng)了大批具有創(chuàng)新精神的復合型人才，收到了良好的效果。

關(guān)鍵詞：單片機；工程項目；新工科；對分理念

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2017）22-0218-02

單片機課程是物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課，該課程需要掌握單片機基本組成、工作原理、接口電路及硬件電路的連接，建立微機系統(tǒng)的基本概念、基本理論和計算方法，掌握MCS-51系列單片機的指令系統(tǒng)，運用匯編語言編制一些簡單應(yīng)用程序。使學生應(yīng)達到分析程序、分析硬件電路、編制程序的能力、設(shè)計硬件電路、綜合分析與調(diào)試、項目綜合設(shè)計與制作的能力。眾多的教學研究人員何如何提高單片機課程教學效果有很多的研究，比如哈爾濱工業(yè)大學的張毅剛提出將Proteus虛擬仿真平臺應(yīng)用在各教學環(huán)節(jié)中，進行了課程的教學模式以及實驗教學的改革；江蘇科技大學的唐煒提出了“項目驅(qū)動”的單片機實踐教學改革，以學生為中心構(gòu)建項目團隊；北京石油化工學院的曹建樹提出了“教、學、做”一體化任務(wù)驅(qū)動型的教學模式，營造有利于學生發(fā)揮主觀能動性積極進取、充分施展和發(fā)展的寬松的實踐教學環(huán)境。眾多的教學方法只是教學環(huán)節(jié)中的一個，不能完全構(gòu)建該課程的研究架構(gòu)。

本人從事多年單片機和嵌入式工程研究和開發(fā)，把工程項目中的構(gòu)思、設(shè)計、實現(xiàn)和運作引入到教學中，同時結(jié)合“對分”理念，在單片機學習和研究中，讓學生以主動的、實踐的、課程之間有機聯(lián)系的方式學習，把學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的培養(yǎng)與提高放在首位，綜合應(yīng)用多位專家的成功經(jīng)驗，實踐了一系列的單片機工程教學模式。

1工程項目化教學研究

項目化教學是師生通過共同實施一個完整的項目工作而進行的教學活動，將理論教學融入到實踐項目當中，為學生安排特定工程項目，組織學生參加項目設(shè)計、實施，并開展項目驗收，給出評定。對學生而言，激發(fā)學生的學習動機與興趣，提高學生的學習積極性是至關(guān)重要的，采取靈活的導課方式，為學生創(chuàng)設(shè)學習情景。

項目教學法就是在老師的指導下，將一個相對獨立的項目交由學生自己處理，信息的收集、方案的設(shè)計、項目實施及最終評價，都由學生自己負責，學生通過該項目的進行，了解并把握整個過程及每一個環(huán)節(jié)中的基本要求?！绊椖拷虒W法”最顯著的特點是“以項目為主線、教師為引導、學生為主體”，理論學習以實踐為目的，工程實踐鞏固理論學習效果，兩者通過實際項目相輔相成，以學生的自主性和探索性為學習基礎(chǔ)，大大增強學生學習的主動性和創(chuàng)造性，在整個過程中，不再把教師掌握的現(xiàn)成知識技能傳遞給學生作為追求的目標，或者說不是簡單的讓學生按照教師的安排和講授去得到一個結(jié)果，而是在教師的指導下，學生去尋找得到這個結(jié)果的途徑，最終得到這個結(jié)果，并進行展示和自我評價，學習的重點在學習過程而非學習結(jié)果，他們在這個過程中鍛煉各種能力。教師已經(jīng)不是教學中的主體地位，而是成為學生學習過程中的引導者、指導者和監(jiān)督者。

2對分理念

2014年，復旦大學社會發(fā)展與公共政策學院張學新教授結(jié)合傳統(tǒng)課堂與國外討論式課堂提出了對分課堂的概念，其核心理念為隔堂對分，把一半時間分配給教師課堂講授，另一半分配給學生以小組討論的形式進行學習。對分課堂強調(diào)先教后學，教師講授在先，學生學習在后。對分課堂的關(guān)鍵創(chuàng)新在于把講授和討論時間錯開，讓生在課后有一周時間自主安排學習，進行個性化的內(nèi)化吸收。在考核方法上強調(diào)過程性評價，并關(guān)注不同的學習需求，讓學生能夠根據(jù)其個人的學習目標確定對課程的投入。教師在課堂上，只紹基本框架、基本概念，著重講授重點、難點，并不窮盡教材內(nèi)容。學生在完成課堂學習之后，基本學生通過掌握了要學習的基本內(nèi)容，熟悉了了重點、難點，這樣就降低了課后自己學習的難度。在課后學習中，學生根據(jù)自己的節(jié)奏完成知識吸收，完成資料查閱，要給學生充分的時間準備，回到課堂上，把學生分成小組，小組內(nèi)討論自己學過的內(nèi)容，全班和教師進行深入的互動交流。這樣“對分課堂”把教學分為三個過程，分別為講授（Presentation）、內(nèi)化吸收（Assimilation）和討論（Discussion），因此對分課堂也可簡稱為PAD課堂。2013-2014第二學期，該方法實踐于復旦大學心理學系大學二年級心理學研究方法與實驗設(shè)計課程，收到了良好效果。針對于單片機課程特點、以及理工科學生學習特點，研究基于對分理念的單片機工程項目教學。

3單片機課程授課內(nèi)容

單片機課程的教學順序基本上都是單片機的基本概念、硬件結(jié)構(gòu)、指令系統(tǒng)、匯編語言、C51程序設(shè)計、中斷系統(tǒng)、定時器計數(shù)器、串行口、存儲器的擴展、A/D和D/A接口、人機接口以及應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計等幾部分重要的內(nèi)容。通過對單片機應(yīng)用產(chǎn)品開發(fā)過程研究與分析，歸納出從事單片機研發(fā)工程的基本工作任務(wù)，按照產(chǎn)品研發(fā)的工作流程設(shè)計訓練情景。每個實訓情景都是從產(chǎn)品的技術(shù)要求出發(fā)，按照技術(shù)資料查閱、熟悉器件性能、確定硬件電路性能測試、性能指標等步驟實施。本課重點講授單片機存儲器體系結(jié)構(gòu)、指令系統(tǒng)與編程技術(shù)、中斷系統(tǒng)及應(yīng)用、定時器及應(yīng)用、外圍設(shè)備與單片機的接口技術(shù)，單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計。

4基于學習產(chǎn)出的單片機工程研究

按照單片機課程的學習內(nèi)容，選取五個項目，這五個項目非別為基于單片機的電話撥號系統(tǒng)的設(shè)計、競賽搶答器的設(shè)計、雙機實時通信系統(tǒng)的設(shè)計、基于單片機的溫度檢測控制系統(tǒng)的設(shè)計、智能小車的設(shè)計。這些項目除了涵蓋單片機的基礎(chǔ)知識外，還有傳感器、電機、繼電器、液晶顯示等大量應(yīng)用性知識。以溫度檢測控制項目為例，講述如何進行基于學習產(chǎn)出的單片機工程項目研究。endprint

4.1工程項目化研究

選取工業(yè)化的產(chǎn)品汽車環(huán)境檢測器，該器件可以用于車內(nèi)環(huán)境的監(jiān)測，具有監(jiān)測車內(nèi)溫濕度、二氧化碳、一氧化碳、pm2.5、甲醛等空氣質(zhì)量檢測的功能。利用溫濕度傳感器、甲醛傳感器、一氧化碳傳感器和二氧化碳傳感器、pm2.5傳感器，通過單片機及采集系統(tǒng)，能夠?qū)崟r監(jiān)測和控制車內(nèi)當前空氣質(zhì)量情況，顯示當前空氣質(zhì)量參數(shù)，當車內(nèi)空氣污染嚴重，能夠啟動防護措施，必要時系統(tǒng)將及時提示或語音報警，改善汽車室內(nèi)空氣質(zhì)量，保障車內(nèi)人員的生命健康和安全。

4.2總體結(jié)構(gòu)設(shè)計

該系統(tǒng)中，為了簡化設(shè)計步驟，我們在項目中選擇溫度控制部分作為教學項目。單片機上連接溫度傳感器，溫度傳感器檢測當前的溫度，并把所測得的溫度發(fā)送到單片機上，同時溫度在屏幕上，當溫度高于設(shè)定溫度（30℃）時，直流電機帶動風扇開轉(zhuǎn)動，起到降溫的作用；當溫度低于設(shè)定溫度（30℃）時，直流電機停止轉(zhuǎn)動，即風扇停止轉(zhuǎn)動；當溫度高于設(shè)定溫度（37℃）時，啟動報警裝置。該系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)圖1所示。

4.3主要模塊設(shè)計

按照工程化設(shè)計要求，該系統(tǒng)要劃分為6個主要模塊，有單片機核心板模塊、溫度檢測模塊、溫度控制模塊、蜂鳴器報警模塊、按鍵模塊及LCD顯示模塊。

1）主控制器模塊

采用單片機作為系統(tǒng)控制器，因為它的體積小、質(zhì)量輕、價格便宜、性價比高、功耗低、可靠性強，該模塊選用STC系列單片機STC12C5A60S2作為主控核心模塊。該單片機自身帶有中斷、定時器、計數(shù)器、串口傳送等功能，可以只是C51技術(shù)編程，方便開發(fā)設(shè)計。

2）溫度檢測模塊

溫度檢測模塊采用DSl8820數(shù)字溫度傳感器，該傳感器是美國DALLAS公司生產(chǎn)的數(shù)字溫度傳感器，具有體積小、硬件開銷低、抗干擾能力強、精度高的特點。獨特的一線接口，只需要一條口線通信多點能力，簡化了分布式溫度傳感應(yīng)用，無需外部元件，可用數(shù)據(jù)總線供電，電壓范圍為3.0v至5.5v，無需備用電源，測量溫度范圍為-55℃至+125℃。范圍內(nèi)精度為±0.00625℃，溫度傳感器可編程的分辨率為9～12位，溫度轉(zhuǎn)換為12位數(shù)字格式最大值為750毫秒。應(yīng)用范圍包括恒溫控制、工業(yè)系統(tǒng)、消費電子產(chǎn)品溫度計、或任何熱敏感系統(tǒng)。適合該系統(tǒng)的應(yīng)用。

3）溫度控制模塊

溫度控制主要采用直流電機帶動風扇轉(zhuǎn)動。直流電機是指能將直流電能轉(zhuǎn)換成機械能（直流電動機）或?qū)C械能轉(zhuǎn)換成直流電能（直流發(fā)電機）的旋轉(zhuǎn)電機。它是能實現(xiàn)直流電能和機械能互相轉(zhuǎn)換的電機。當它作電動機運行時是直流電動機，將電能轉(zhuǎn)換為機械能；作發(fā)電機運行時是直流發(fā)電機，將機械能轉(zhuǎn)換為電能。在該系統(tǒng)中，可以通過控制電機的正反轉(zhuǎn)起到控制溫度的作用，使用高低電平占空比控制電機的轉(zhuǎn)速，從而達到溫度控制和溫度控制速度的作用。

4）顯示模塊

該系統(tǒng)采用四位一體八段數(shù)碼管，由于正常的溫度為一10℃至+100℃，整數(shù)部分采用三位即可，其中個位需要單獨編碼，讓其適中顯示H段的點，這樣就可以作為整數(shù)和小數(shù)的分割部分，小數(shù)點始終顯示，小數(shù)使用一位數(shù)碼管，顯示一位小數(shù)，四位二進制數(shù)有16個狀態(tài)，轉(zhuǎn)換為十進制數(shù)，共有十個狀態(tài)，需要轉(zhuǎn)換。

4.4對分理念的實施

按照對分課堂的原理，被分成8各小組，每小組自然地就坐在一起，以小組的形式進行討論、學習、實踐?！皩Ψ终n堂”講求課堂內(nèi)容的改變，課堂上主要布置開發(fā)該項目的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計、模塊的劃分，課下學生自己查閱資料，利用實驗室器材或者購置硬件配置，以小組為單位設(shè)計硬件電路，根據(jù)模塊的劃分，每個小組成員完成自己模塊的內(nèi)容，包括理論知識的查閱，硬件電路的原理和開發(fā)時序，程序的編寫、調(diào)試等等?！皩Ψ终n堂”要求隔堂討論，中間給學生準備足夠充足的實踐進行研究、學習、開發(fā)、調(diào)試，討論安排在隔堂，同學們安排在實訓實驗室，小組內(nèi)部討論在開發(fā)中遇到的問題、解決的辦法，小組之間進行交流，老師對學生的設(shè)計進行評價，指出他們設(shè)計的優(yōu)劣，但是這樣的討論和老師的總結(jié)要占用大概一般的實踐課程時間，必定會造成實踐時間的減少，我們采用的辦法是開展第二課堂和開放實驗室的形式進行彌補，更好的實驗課程對分辦法還在研究中，以期待用更好的措施辦法組織實踐教學。從中可以看出，利用理論提供的知識進行實踐，實踐加強理論知識的理解和掌握，理論實踐相輔相成，加入“對分課堂”的新鮮形式，更加能夠增強學生的學習興趣，提高學習效率。

4.5基于產(chǎn)出的考核方式

傳統(tǒng)的考試通常采用較為機械的形式，一般有實驗成績、平時成績、期末試卷等部分組成，期末試卷往往占比較高的比重，比如70%，學生成績的好壞基本直接取決于試卷的成績，與學生的臨場發(fā)揮有很大關(guān)系，偶然性比較高，這樣的考核機制不能完全評價學生的綜合素質(zhì)，甚至有很大的差別。

在基于產(chǎn)出的考核方式中，圍繞確保學生獲得在未來生活中獲得實質(zhì)性成功的經(jīng)驗作為考核標準，圍繞這個標準，一切有利于這個標準的行為和結(jié)果定義為正，一切有悖于這個標準的行為和結(jié)果定于為負。采用多元化的考核方法，增加項目考核方式，分為構(gòu)思、設(shè)計、實現(xiàn)運作，通過這種基于學習產(chǎn)出的考核方式，更加注重過程，能夠反映學習過程中對工程項目的投入和最終的學習質(zhì)量，對學生的評價更加客觀。

5結(jié)論

將實際項目開發(fā)應(yīng)用于單片機教學，運用項目化的教學理念組織實踐內(nèi)容，對培養(yǎng)學生實踐能力、創(chuàng)新能力和新產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)能力的提高起到重要的作用，同時，采用“對分”理念，靈活的課堂組織形式，從授課內(nèi)容、項目化教學方法、基于學習產(chǎn)出的評價機制，到學生學習興趣和創(chuàng)新意識的提高，取得了明顯的成績。在創(chuàng)建適應(yīng)“新工科”人才培養(yǎng)的背景下，地方型應(yīng)用本科院校有大量類似理論結(jié)合時間的應(yīng)用型課程，希望對這樣的課程在教學過程中提供一點教學的思路，以培養(yǎng)出更多符合社會需求的復合型“新工科”人才。endprint