基于工程教育理念的单片机课程设计改革与实践＊

牟淑杰，邓书平，张大伟，车 焕

（营口理工学院，辽宁 营口 115014）

“单片机原理与应用”课程是自动化类、控制类工科专业的专业必修课，是一门工程实践性很强的课程，单片机课程设计是学生在学习了“单片机原理与应用”课程之后必修的实践性教学环节。通过课程设计教学环节，使学生了解单片机系统开发调试的一般步骤，掌握软硬件的设计方法及系统调试方法，具备初步的开发单片机应用系统的能力。使学生能够根据设计任务要求及工程需要选择合理的技术路线进行方案设计，选择合理的电子元器件并进行工程估算，能准确、规范地运用工程语言描述设计思路和方法，从而实现锻炼学生的工程意识，开发学生的创新思维，提高学生的综合应用能力和实践能力的目标。传统的单片机课程设计方法已无法达成该教学目标。因此，将工程教育理念引入到单片机课程设计中，按照工程项目设计的研发周期，通过设计、仿真、制作、调试等环节使学生以主动的、实践的方式开展单片机课程设计是十分必要的。

1 改革目标

将工程教育理念融入单片机课程设计中，按照工程项目设计的研发周期完成课程设计，以锻炼学生的工程意识，开发学生的创新思维，提高学生的综合应用和实践能力为目标，制订课程设计标准。

通过课程设计改革，规范课程设计管理过程，包括选题、查阅资料和确定设计方案、系统仿真设计、系统硬件设计、撰写课程设计报告等，为从事单片机系统开发工作奠定基础，创新和完善课程设计考评体系。

2 单片机课程设计主要教学环节

工程教育背景下单片机课程设计主要教学环节包括课设前期准备的教学大纲、教学环节质量标准和评分依据，包括用于过程监督的教师指导记录和设计过程原始资料，还包括用于成果验收的答辩记录、设计报告、课设总结等。课程设计主要教学环节质量标准的指标分解表如表1所示。

表1 课程设计主要教学环节质量标准的指标分解表

3 课程设计实施

合教学大纲要求，同时要确保在课程设计的时间内可以完成，所以选题不宜过大、过难；②要考虑学生的能力差异，题目要有难度区分；③在拟定课程设计题目时，既可以是教

3.1 选题

课程设计选题时应考虑以下几点：①要考虑选题是否符师依据教学教学大纲要求和实际工程项目设计需要拟题，也可以是学生根据自己兴趣爱好和掌握知识的情况拟题，无论采用哪种拟题方式，都要经过师生双方研究讨论，通过指导教师审核后才能使用。

3.2 分组

由于课程设计项目具有一定的综合性，学生可以两三人自由组队，同一班级不得有相同选题。每队中选举一名组长，由组长负责组员间分工协作，各组学生根据各自的能力分别承担系统分析、方案确定、软件设计、系统仿真、硬件设计、系统调试、撰写报告等工作，通过分工协作的方式来调动学生的学习积极性，增强学生自信心，培养学生的团队协作能力。

3.3 课程设计的实施过程

课程设计的实施过程采用以学生为主体、教师辅助的指导形式。通过课程设计教学环节，让学生全程参与单片机控制系统的整个开发过程，使学生借助各种信息资源查询所需资料，获取收集问题、分析问题、解决问题所需的知识和方法，从而提高解决工程实际问题的能力，同时培养学生的语言表达能力、创新意识和团队合作精神。课程设计指导主要包括以下五个方面。

基本理论和设计方法指导。指导教师集中讲解单片机项目开发相关理论、项目设计步骤和模块化设计方法，并做好分类指导准备。学生应根据所选项目需求，深入研究项目功能，学习相关器件的使用和设计方法。

查阅资料和确定设计方案。指导学生通过校图书馆书籍资料、电子图书资料、论文期刊资料和互联网等查阅与项目相关的资料，并能根据项目需求整理资料，提出设计方案。确定方案时指导教师要给予指导，进行修订后，最后确定方案。

系统仿真设计。学生采用Proteus仿真软件对项目电路进行仿设计真。通过仿真设计学生可以实时发现设计中存在的问题，并能方便地对项目功能模块和电路设计进行修改和优化，最终确定最优的项目方案，为实际硬件设计做准备。

系统硬件设计。学生根据项目方案及仿真效果选择元器件，绘制原理图，生成PCB图，在试验板上进行功能测试，实践能力较强的学生可以制作电路板、完成元器件焊接，最后进行系统调试和运行。

撰写课程设计报告。设计报告应包括项目设计方案、相关理论知识、系统软件设计（软件流程图）、硬件设计（硬件原理图）、系统仿真调试（记录和数据分析）以及课程设计总结。要求学生按照统一格式撰写设计报告，并准备答辩。

4 建立单片机课程设计考评体系

4.1 考评体系的构建思路

构建课程设计考评体系应考虑以下几个因素：①考核评价要与课程目标一致。对目标中的知识、能力和素质进行检验与评价。②考核评价要贯穿课程设计教学全过程。每个教学环节都应有相应的考核环节，合理采用终结性考核评价和过程性考核评价。③考核评价内容和方式多元化。多元化考核内容应包括基本理论和知识、综合应用能力、实践创新能力、协作能力、科技论文写作能力、语言表达能力等，多元化考核评价方式应包括教师评价、讲评，学生自评、互评等。考核中注重学生的学习态度、学习主动性、综合素质等，这样更能客观地反映学生的真实能力和水平。

4.2 考核评价环节、考核内容的设立

在设立核评价环节和考核内容时，应将每个小组的整体表现及个人表现纳入学生成绩评定中，单片机课程设计考评体系设立了平时表现、课程设计报告、课程设计内容和答辩四个考核环节，各考核环节的考核内容、考核方式、权值如表2所示。

表2 各考核环节的考核内容、考核方式、权值

4.3 成绩评定方法

课程设计总评成绩=平时表现成绩×10%+课程设计报告成绩×20%+课程设计内容成绩×40%+答辩成绩×30%。

按上述考核评价方法计算出的课程设计成绩，按百分制计量，而最终成绩则采用五级分制：优秀（90～100分）、良好（80～89分）、中等（70～79分）、及格（60～69分）、不及格（59分及以下）。

5 结论

工程教育专业认证背景下课程设计教学环节改革对于自动化类专业的建设具有重要意义。设计合理的课程主要教学环节质量标准，建立科学的课程设计考评体系，注重过程指导及考核，坚持持续改进是实现工程教育专业认证“学生中心、成果导向和持续改进”3个基本理念的有效方法。通过课程设计教学环节全面改革，以点带面优化课程体系，全面达成“毕业要求”。