基于卓越计划的单片机开发应用能力培养探索*

◆陈飞 李鑫 戴梅 卢振利

作者：陈飞，常熟理工学院电气与自动化工程学院副教授，主要从事计算机先进控制技术与先进检测技术等方面的教学与研究工作；李鑫、戴梅、卢振利，常熟理工学院电气与自动化工程学院（215500）。

1 前言

2010年，教育部基于国务院发布的《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010—2010年）》和《国家中长期人才发展规划纲要（2010—2020年）》的相关内容，提出了卓越工程师培养计划。该计划的主要目标是：面向工业界、面向未来、面向世界，培养造就一大批创新能力强、适应经济社会发展需要的高质量各类型工程技术人才，为建设创新型国家、实现工业化和现代化奠定坚实的人力资源基础，增强我国的核心竞争力和综合国力[1-2]。该目标要求未来的工程师能够同时兼备工程创新和工程实践能力。

图1 单片机开发能力培养主线

常熟理工学院是一所应用型本科院校，是全国卓越工程师教育培养计划高校和江苏省卓越工程师培养试点单位，自动化专业入选国家卓越工程师教育培养计划试点专业。以学生自主学习能力、创新创业能力、工程实践能力和职业素养培养为核心，围绕三项能力“PLC编程与自动化系统集成能力、单片机开发能力和测控技术应用能力”进行培养[3]。

文章主要针对自动化专业的单片机开发应用能力的培养进行详细的阐述。单片机开发应用能力培养中始终坚持“以赛促学、创新集成、校企联合”理念，采用校内培养和校外培养相结合的方式，其能力培养主线如图1所示。校内培养包含了大一、大二暑期集中训练，第五学期开设的单片机技术理实一体化课程学习，参加各类各级比赛（如全国大学生“飞思卡尔”杯智能汽车竞赛、全国大学生电子设计竞赛等），部分优秀学生参与教师的实际项目。校外培养主要是进入合作企业进行实习或在企业工程师的带领下完成与企业实际项目相关的毕业设计。

2 暑期训练，激发学生创新实践热情

为培养自动化专业学生的综合实践设计能力和创新意识，提升学生对专业的认识，快速适应高校开放式、自主学习式的教学模式，同时使实验室成为创新性人才培养和卓越工程师培训的实践基地，学院对自动化专业学生制订了暑期训练计划，训练内容包含创新实践初认识、足球机器人、飞思卡尔智能车和51单片机基础知识等，详细内容及训练目标如表1所示。通过训练使学生对创新有了了解，树立了创新意识，对如何创新有了想法，同时为创新拓宽了知识面，而不仅仅局限于当前所学课本知识。初步引入关于单片机的基础知识，使学生对单片机的应用有一初步的了解，为学生进一步深入学习奠定基础。

表1 暑假训练内容

3 改革教学模式，培养学生实践动手能力

继暑期训练后，自我学习能力强的学生在创新实验平台的高年级学长的带领下参与到各类竞赛项目中。以竞赛作引领，这部分学生如饥似渴地不断补充、再学习，已具备运用模拟电子技术、数字电子技术、传感器技术、单片机技术的软硬件开发设计能力。学院从学生个性发展的需要，培育更多优秀的学生创新训练项目和科技作品考虑，出台课程学分抵修方案：在达到规定的考核标准后，可通过以创新训练成果学分认可的方式获得单片机技术理论与实践课程的学分，至今已有32位学生通过这样的方式获得课程的学分。

单片机技术理论与实践课程在第五学期开设。传统的单片机课程教学模式是按照“硬件结构”“单片机的C51语言”“中断”“定时器”“接口应用”的体系授课，讲解中辅以一定的实例。致使学生对课程的学习感性认识不够，不知道单片机到底用来做什么[4-5]。单片机技术理论与实践是理实一体化课程，在实验室完成教学和实践，实现边学边做、边做边学。教师对课程内容进行整合，将课程划分为八个知识模块，将理论教学融入实践中，如表2所示。如知识模块2“C51语言强化训练”并非枯燥地进行编程语言教学，而是将程序设计知识融入单片机I/O口应用（流水灯、闪烁灯、花样广告灯等）、数码管控制和键盘操作实践中。学习过程中目标明确可达，且轻松有趣、形象生动，学生学习积极性高。

4 以赛促学、服务学院，提升实践动手和创新能力

学院积极贯彻落实国家的卓越计划，提供广泛的开放实验平台，配以优秀的师资力量，鼓励学生积极参与校内、校外学科竞赛，坚持“以赛促学”，强化培养学生的工程能力和创新能力。自动化专业学生得益于入学后的暑假训练，使其能更好地投入到工程应用能力锻炼中，更早地接触专业知识，已经在各类大型科技竞赛中崭露头角，在中国机器人大赛暨RoboCup公开赛中获得机器人武术擂台赛非标准平台无差别项目（1V1）一等奖，机器人医疗工程规定动作赛一等奖和机器人医疗工程规定动作赛优胜奖；在全国大学生智能汽车竞赛中取得华东赛两项一等奖和一项二等奖，并在总决赛中获得全国二等奖的优异成绩；在全国大学生电子设计竞赛取得两项一等奖、三项二等奖的好成绩[6]。通过参加比赛，不仅调动了学生学习积极性、主动性，培养学生的专业意识、创新精神，同时促进学生学会做人，学会沟通相处，学会团队合作，提升了凝聚力。

在比赛和创新教育实践中涌现的大量较高水平的学生科技作品和成果，对学生非常有说服力，激发了学生的学习兴趣、自信心和主动性。通过高年级学生对低年级学生的帮、教、带，使他们能快速融入于创新实践中，同时使创新教育纳入正轨，形成良性循环。随着学生单片机开发应用水平的提高及学校对自制实验设备的支持，大学生创新实验平台指导教师带领学生进行单片机实验箱设计和制作，从实验箱原理图设计、印刷电路制作到器件选型焊接、调试，完成既能满足实验要求，又能满足课程设计毕业设计需要的通用性实验设备，目前已有50套投入使用中，受到学生的好评。同时学生承担并完成了自动控制原理实验设备、智能仪器实验室设备的改造和维修。在这一过程中，学生的单片机开发应用能力得到全面的培养和锻炼。

表2 单片机技术理论与实践课程知识模块及实践内容

5 企业锻炼，提升学生工程实践能力

在卓越计划实施过程，学校对实验室、实训基地和工程实践中心进行建设，引进企业实际中所用的部分设备，力求与实际工业环境相符合，但依然在不同程度上与企业存在脱节现象，使得缺乏校企合作的工科毕业生不能够马上适应企业的工作。校企合作将使学生有机会了解、熟悉和掌握企业最先进的生产设备和制造技术，毕业后成为受到普遍欢迎的“上手快”的工程人才[7]。

学院与行业企业深度合作共建大学生校外实践教育基地，共同设计确定工程实践能力的规格要求，明确课程的要求和任务，在第七学期中将学生分方向派往合作企业进行实习，接受企业工程师的培训，辅助工程师完成相关工作，并在企业工程师带领和指导下完成毕业设计任务。如学生在常熟某电器股份有限公司完成冰箱压缩机机芯组装智能定位传输系统的设计、基于单片机的自动售货机闸门机构控制系统设计、基于单片机的纯水机控制系统开发、基于单片机的水流即热式PID控制系统设计等，课题来源于产品开发中的一部分。这不仅强化了学生对单片机应用开发能力的培养，同时使学生接触到企业的先进生产设备和技术，清楚地认识到作为研发工程师除将系统设计出来，同时必须时刻关注成本、生产工艺、用户需求、测试环境、配套厂家工艺水平等，必须做事谨慎细致，考虑问题全面。

6 结语

单片机技术开发能力培养模式不仅应用于自动化专业学生的培养，同时覆盖到学院各个专业学生，学生的受益面广。通过暑期训练使学生拓宽知识面、基础扎实，通过竞赛、服务学院、自我再学习使单片机技术开发能力得以进阶，通过在合作企业进行实习、完成毕业设计使自己得以全面提升。这种“入门+提高+实践”的模式不仅受到学生、教师的欢迎，也得到企业的认可和支持；不仅使学生各方面的能力得到锻炼，同时实现学校和企业双赢，推动学校教学改革，扩大社会对学校培养人才的认可度，企业在付出不太多的情况下获得适用人才。■

[1]林健.“卓越工程师教育培养计划”通用标准研制[J].高等工程教育,2010(4):21-29.

[2]崔勇,袁海文,王秋生,等.卓越工程师培养目标下的单片机教学改革探讨[J].中国电力教育,2013(5):80-81.

[3]先进自动化与测控技术工程实践教育中心验收专题网站[EB/OL].http://autolab.cslg.cn/yanshou/yanshoubiao2.html.

[4]陈飞,顾启民,王伟.基于Proteus和Keil的项目教学法在单片机教学中的应用[J].实验科学与技术,2013(5):48-52.

[5]黄莲花,李光明.应用导向型教学模式在单片机课程中的实施[J].装备制造技术,2011(7):197-199.

[6]创新之光 再续辉煌:电气与自动化工程学院学生暑期参加科技竞赛侧记[EB/OL].http://news.cslg.cn/ReadNews.asp?NewsID=60497.

[7]林健.校企全程合作培养卓越工程师[J].高等工程教育研究,2012(3):7-23.