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1、新版卓越工程师计划下的微机原理课程教学设计汇编 摘要：针对卓越工程师计划下培养创新能力强，适应经济社会发展需要的高素质、高质量工程技术人才的教学研究方向和要求，提出微机原理教学改革方案，阐述方案的设计与实施，即微机原理课程教学围绕一个简单的项目设计展开，教学过程使用自主研发的硬件实验平台和软件架构，课程设计以项目实例设计和实施，从而提高学生的创造能力、开发能力、*分析和解决问题能力以及协作能力。 关键词：卓越工程师计划；微机原理课程；项目设计；合作学习 1、卓越工程师计划下的微机原理课程教学研究方向和要求 “卓越工程师教育培养计划”（以下简称卓越工程师计划）的目的是培养创新能力强、适应经济社会
2、发展需要的高质量各类型工程技术人才，为国家走新型工业化发展道路、建设创新型国家和实行人才强国战略服务。202x年福建工程学院人选首批卓越工程师计划试点高校名单。 学校入选后，为卓越工程师计划制定了相应专业的培养计划，包含学校培养标准、企业学习阶段培养方案等，这些计划都在稳步实施过程中。学校卓越工程师计划的计算机科学与技术专业和通信工程专业培养实施方案中，包含了技术知识和推理能力、个人职业技能和职业道德、团队协作和交流技能、企业和社会综合运用等能力培养。实施方案的目的是希望学生能够在毕业后顺利融入企业，为企业培养合格的人才。 卓越工程师计划下，微机原理课程的改革方向是致力于培养学生在微机系统实时
3、控制等领域中的创造能力、开发能力、*分析问题和解决问题的能力以及协作能力，提高学生在微机系统工程领域中的综合素质。 2、微机原理课程教学改革方案的提出 在卓越工程师背景下，为了保证教学和企业更好地接轨，达到卓越工程师计划下的微机原理课程教学研究方向和要求，我们提出以项目开展的微机原理教学改革方案。以项目开展教学的方案需要具备一定条件，如实验平台开发、企业方案文档和具有工程实践经验的教学人员等。只有满足这些条件后，才能较好地开展以项目为基础的微机原理课程教学改革。 微机原理课程是福建工程学院的精品课程，经过多年的积累，其教学团队已具有丰富的工程实践经验并自行研发了微机原理的实验平台。这些都为实施
4、以项目为基础开展教学的方案打下基础。以项目开展的微机原理教学改革方案主要包含以下几个方面的内容。 1）整个微机原理课程的课堂教授和实验以一个项目的设计为主线。 课堂教学所选择的项目不能太难，需要考虑学生整体的接受能力。项目内容需要涵盖微机原理整个课程的知识点，需要针对该项目开发相应的硬件实验平台和软件框架。硬件实验平台涉及的内容必须考虑整体学生的操作能力。软件框架要考虑工程性，要容易阅读且便于二次开发，因此软件框架采用了模块化设计。开发语言的选取要考虑能够和硬件紧密结合的汇编语言，并通过引导帮助学生理解使用汇编语言的优越性。 2）微机原理课程设计以项目方案形式开展。 微机原理的课堂教学结束后，
5、教师会安排一次课程设计实训。在课程设计过程中，设计的项目均模仿现实小家电产品。学生在现有的实验平台和软件架构上进行产品开发，也可以在课堂项目上进行二次开发。课程设计中模仿企业要求，项目开发从需求分析开始，然后是硬件设计和软件设计，最后是操作手册的书写。整个过程均需用文档记录下来。 3）学生以合作小组形式开展学习和设计。 在教学手段上，我们还采用合作小组的形式。在企业中，团队合作能力是工程师必须具备的一种能力，因此在教学中，学生的课堂学习和程序设计也采用小组形式。课堂学习时，通过以强带弱的方式提高学生的整体知识水平，同时也培养了学生的责任心。课程设计时，模拟企业团队合作的方式将学生组成小组进行产
6、品设计。 这样通过项目带动、团队合作的方案，我们培养出符合卓越工程师计划的具有综合工程实践能力的微机控制人才。 3、方案的实施 以项目开展的微机原理教学改革方案具体实施内容包括以下几个方面。 1）课堂授课融合项目的实施过程。 微机原理授课内容采用5l单片机，需要教授的51单片机知识点有内存结构、I/0接口、外部中断、定时中断和串行中断等。为了让所有学生都能在顺利掌握微机原理课程知识点的同时具备一定的动手能力，我们在课程内容上进行改革。首先，课程团队自行开发了一个硬件实验平台，配备了最基本的实验电路如数码管、矩阵按键、DA/AD转换等，能够涵盖51单片机中的最基本内容。相应实验平台的基本硬件结构
7、如图1所示。 其次，在软件设计上进行模块化搭建。在实验平台提供基本硬件的基础上设计一个小项目多功能时钟实例，包含显示、调校、键盘、AD转换等功能，每个功能均采用模块化设计。同时，为了配合51芯片结构的描述，我们采用汇编语言增强学生对硬件底层结构的理解。最后，将该实例中的功能进行拆分并融合到教学内容中进行讲解。项目软件主流程如图2所示，实例模块和课程知识点的对照见表1。通过这样的方式，学生在学习过程中逐步融入到工程设计的理念中，让理论和实践紧密结合。 在实验方面，同样围绕多功能时钟展开。这里多强调工程实践性，如按键抖动的软硬件处理、复位时间、实时时钟的精确时间处理等。例如，在自行开发的实验平台上
8、设置点触式按键进行外部中断调校时，由于没有采用硬件消抖，导致学生在设计过程中使用中断服务程序中的软件延时进行按键消抖。教师结合学生的设计思路并对其进行分析，引出中断的目的是提高CPU效率，而采用在中断服务程序中加延时的方法明显降低了CPU的效率；还有复位延时的处理，让学生明白一个电路整体复位成功是指整个电路复位就绪，而不单指MCU复位就绪。一个个的实验分析，让学生把握了软硬件消抖的工程使用场合。实验内容设置见表2。 课程教学中利用Proteus进行仿真，从而提高学生的理解水平，提供原理图让学生做实验预习时先进行仿真预测，然后进行上机实践。通过预测和实测的对比，学生能更加理解工程实践的含义。 除
9、了期末考试外，还实行实验考核，主要针对开展的实验和小项目的软硬件设计进行考核，其中包含很多基础知识的考核，如译码电路的识别、软件模块的阅读等内容。实验考核将记录到个人平时考核成绩中。通过实验考核，教师能够清楚地了解学生对整个课程实践的掌握程度，为后续的课程设计打下基础。 2）合作小组教学手段的实施。 在教学手段上，模拟企业小组项目开发模式，将学生分组，同时也模拟开发团队的项目阶段总结方式对每节课进行课程总结。小组成员在课堂学习中都有自己的任务，完成任务的情况将记录到个人平时考核成绩中。小组成员在开始组队时自愿申请，同时为了鼓励能力强的学生带队，我们规定只有组长才有评优的权利，这样可以激发能力强
10、学生的积极性。组长在课程学习过程中的责任和义务是督促和帮助小组成员。小组成员必须*或在组长的帮助下完成每节课的总结和思考题。组长通常固定不变，小组成员的角色轮换扮演。课程学习小组成员角色任务模型如图3所示。 在学习过程中，教师通过观察可以将小组进行拆分并重新分组，很好地防止了互助流于形式的情况。稳固的三角关系既带动能力弱学生的学习积极性，又锻炼能力强学生的沟通交流能力，提高了成绩的公平性，最重要的是培养了学生的团队责任心，为学生毕业后进入企业更好地进行团队协作和交流打下基础。 3）以产品开发过程开展课程设计。 微机原理课程设计主要以小组形式开展项目设计。项目可以由小组成员根据生活中的小家电产品
11、（如热水器的控制器、门禁、保险箱等）提出产品方案，经教师审核通过后进行项目设计。这样，不同的小组可以根据自身的能力和兴趣进行项目开发，即使是能力较弱的小组也可以在教学原有项目的基础上进行二次开发，从而全面提高学生的软硬件动手水平，保证让每一个学生都参与设计，提高了学生的自信心，从而激发学习热情。设计过程中，模拟企业项目要求实施，如需求分析、方案选择、功能模块的划分乃至设计过程中变量的命名规则，同时小组要明确分工，每天进行文档总结。最后进行课程设计答辩，可以按小组进行，课程设计成绩先由小组组长根据小组成员的表现给出小组成员的个人成绩，再结合答辩成绩进行综合评定，项目中所写的需求分析报告、设计文档、总结文档以及考勤等均可作为综合评定的依据。 通过课程设计的锻炼，学生既掌握了生活中小家电产品的设计过程，又提高了动手能力和团队协作沟通能力。这些能力的培养均符合卓越工程师计划的要求。 4、结语 学校加入卓越工程师计划后，微机原理课程的上述改革方案在通信专业、电子技术专业和计算机专业中实施开展，一直得到学生的好评，毕业生的动手能力也得到了企业认可。下一步我们的工作是要对实验平台进行扩展，如增加无线通信等，让学生在课程设计中能够得到更好的拓展和锻炼，同时更加贴切实际生活产品的设计。
