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1、南京大学教学改革项目立项申请书项目名称： 项目驱动教学法 在微处理器课程模块中的创新与实践 项目主持人： 孙XX 工作单位： 南京大学 通信地址： 南京大学自动化学院 邮政编码： 211167 电 话： 025-86118321 申请日期： 2011年12月 南京大学2011年 12 月项目名称项目驱动教学法在微处理器课程模块中的创新与实践起止年月2012年 1 月至2013 年 12 月项目主持人姓 名孙XX性别男出生年月1962年 04 月技术职称高级工程师现任职务微机原理及应用实验中心主任主要教学工作简历时间课程名称授课对象学时所在单位2008.022008.12毕业设计指导实验与课程设
2、计本科8人本学院05/06级所有学生16周230自动化学院2009.022009.12单片机原理及应用毕业设计指导实验与课程设计本科(数控071/072)本科10人本学院06/07级所有学生4016周220自动化学院2010.022010.12单片机原理及应用毕业设计指导实验与课程设计本科(数控81/82)本科10人本学院07/08级所有学生4016周245自动化学院2011.022011.11毕业设计指导实验与课程设计本科12人本学院08/09级所有学生16周250自动化学院主要教学研究工作时间项目名称项目来源鉴定时间获奖情况2005年微机原理及应用课程标准化建设南京大学2007年2008年
3、省级精品课程项目组主要成员姓名年龄专业技术职称职务工作单位项目中的分工签字46教授自动化学院党委书记自动化学院方案规划与协调38副教授自动化学院副院长自动化学院项目协调项目设计46高级工程师教师自动化学院微机实验中心项目设计50高级实验师教师自动化学院自动化实验中心项目设计40实验师教师自动化学院微机实验中心项目实施41副教授数控教研室主任自动化学院数控教研室项目实施43副教授教师自动化学院数控教研室项目实施36讲师教师自动化学院数控教研室项目实施改革目的和意义（限200字以内）自动化学院所设置的自动化、测控技术与仪器两个专业虽然分别属于电气信息类和仪器仪表类专业，但在各自的人才培养方案中均设
4、置了与微处理器原理及应用相关的课程，目的希望学生通过在校的知识掌握和能力培养，毕业后可以胜任微处理器系统设计与应用方面的工作。根据近几年毕业生的跟踪调查，凡参加大学生科技创新、科技竞赛，真正掌握了微处理器应用系统的设计、安装及调试的同学，他们在就业中深受用人单位的欢迎，就业岗位及工资待遇都很好。但目前学生毕业时由于种种原因，大部分人不具备微处理器应用系统的设计能力。因此如何改革微处理器课程的教学与实践方法，有效培养学生微处理器应用系统设计能力值得去探索。1、现状、存在主要问题分析、预计有哪些突破。现状、存在主要问题分析：自动化学院各专业在人才培养方案中设置了微机原理及应用、单片机原理及应用、电
5、子线路CAD实习、电子设计自动化EDA技术、嵌入式微控制器应用等多门与微处理器应用相关课程和实践环节，往往课程结束后，学生不能真正掌握微处理器应用系统的硬软件的设计、安装及调试，个别学生甚至连常用器件都不认识。分析其主要原因有以下几个方面：（1）微处理器课程模块中，虽然单片机原理及应用、微机原理及应用课程在教学计划中都安排一周的课程设计，但以往的课程设计以所配套的课程为单位，只完成对特定课程的相关知识的验证和巩固，没有知识系统化的环节，造成学生掌握知识零散，与实际脱节，难以建立关系到多课程的系统设计概念。（2）目前实验室的实验设备都是实验箱，其自身开发能力较弱，仅能完成一些简单的验证性实验。学
6、生在规定的时间内（一般两课时），按照指导书上的内容和步骤做实验，仅仅是连接指定的几条线路，编译现有的程序，运行后，看看效果，而对于每个项目具体实现方法、设计原理，往往不求甚解，很少有学生去针对实验内容，提前主动地了解元器件和分析电路图，这种被动的教学方式不利于培养学生的动手能力和综合运用知识的能力。（3）课程考核尽管由理论考核和实践考核构成，理论考核采用试卷考试形式比较公正客观，但实践环节考核难于进行，只能给出印象分，而且只要到场不管做得效果如何都会通过，因此学生重理论轻实践。（4）对于课程设计、实习等集中实践环节，一方面由于学生平时实践能力较弱，电路板制作和元件焊接过程中必然存在很多缺陷，测
7、试时可能导致电路板或元件损坏，造成物质和时间的浪费。另一方面电路板制作和元件购买需要较大经费投入，因此这一环节目前主要在实验箱上进行，用几个基本实验单元结合起来，硬件上只需少量连线，以编程调试为主，完成课设或实习任务。学生不能经历原理设计、PCB板设计、元器件购置、元器件安装及调试的全过程。课程结束后，不少同学往往连单元电路与微处理器的关系都不清楚。 （5）上课教师对实践教学参与较少，个别教师不重视、不愿意参与实践教学，也严重影响学生的创新实践能力培养。预计突破：为了提高学生的微处理器应用系统的设计水平，提升学生创新实践能力，必须对现有的教学与实践模式进行改革，力争实现四大突破。（1）将课堂教
8、学与实验教学进行融合，以项目的形式进行知识的讲授和实验的操作，让学生从简单的子项目开始边学边做，通过项目的实施改变理论知识与实践相脱节的局面；（2）改变理论课教师仅进行理论知识的讲授，而很少参与实验环节指导的现象，上课教师与实验室指导教师全程参与项目的课内、课外指导；（3）在项目的设计和选取中，注意从简单到复杂，单一性到综合性项目的逐步递进，既符合学生探求知识的认识规律，又提高学习兴趣，从根本上转变学生不重视实践教学的思想。（4）采用项目驱动式的教学方法，使得每个学生都可以带着项目（课题）学理论，做实验，同时在项目的实现过程中加深理论知识的理解的掌握，提高应用能力，很大程度提高学生对于参加大学
9、生创新项目和科技竞赛的信心和劲头。2、本项改革的目标、内容以及要解决的关键问题。改革的目标：我校培养高级应用型专门人才，要实施“学以致用”校训，使学生真正掌握微处理器应用系统的设计、安装、调试，就要将课堂理论教学与实验室的实践教学紧密结合。采用项目驱动式方法，按照分阶段、递进式的教学改革思路，构建“阶梯式”的微处理器应用系统设计项目，创新微处理器应用系统设计教学与实践方案，其体系结构为三层：基础层为基于单片机原理及应用课程的理论教学与实验教学融合，通过理论和实验环节完成一个子项目子程序的编写（如数码管显示、键盘驱动、A/D转换等）；应用层则基于单片机原理及应用、电子线路CAD课程设计与实习的无
10、缝连接，完成一个子项目的电路图设计、画图、制板、安装调试等；创新层为学生综合嵌入式微控制器原理及应用、EDA技术，参与大学生创新实践项目或者科技竞赛（电子设计大赛、机器人大赛等），将前两个阶段的子项目进行综合和创新，完成一个基于微处理器的小型的控制系统或者应用系统设计。通过三层阶梯式的训练，由子项目中子模块的程序设计到子项目的电路设计与安装调试，最终学生能够根据不同的控制对象选择适合的微处理器及控制方案进行控制系统的设计、制板、器件选购、安装、调试，项目由简单到复杂，由单一到综合，学生经过这三个阶段项目的实施，综合创新能力、科技开发能力应该有较大程度地提升。具体研究内容：（1）基础层：这一阶段
11、主要特点是将课堂教学移到实验室，教师讲授一部分知识，学生实验一部分，边学边做，淡化实验个数概念。通过实践来强化微处理器的基础知识，掌握微处理器的软硬件资源及工作原理。实验内容就是项目中的一个个知识点、子模块或者是子程序。（2）应用层：在单片机原理及应用课程实验训练的基础上，学生带着在实验环节中实现的一个个子模块或者子程序进入集中实践环节。教学安排上将电子线路CAD实习与单片机原理及应用课程设计整合到一起，引入项目训练，让学生在此完成一个项目的综合设计，即从单片机应用系统的原理图设计，PCB图设计、器件选购与安装、系统的调试与实物制作。使实践训练与工程实际接轨, 启发学生多向思维和设计思路，充分
12、发挥学生的主观能动性，激发学生的创造灵感和创新欲望。（3）创新层：通过基础层与应用层的微控制器应用系统设计子项目设计与调试的全过程训练，学生已具备微控制器应用系统的设计、制作和调试能力。在这一阶段，要求学生进行综合性的项目设计。通过学生自制作品，参加学校举办的微处理器应用系统的创新比赛，也可以参加全国电子设计大赛。通过大赛来检验学习效果，检验实践创新能力，完成综合项目的设计、制作与调试。在创新层的项目法实施过程中，做到“以学生为主”，从文献查阅、方案制定、可行性分析、设计、仿真、实验调试、总结等方面组织学生独立开展工作，充分发挥学生的主动性和积极性，分析解决实际设计与调试过程中遇到的问题，培养
13、创新意识和能力。培养以创新为灵魂，以实践为基础的科学精神和严谨的科学态度，不断提高自主学习、团结协作和组织实施能力。需要解决的关键问题：（1）解决原有的微处理器课程模块内部相关课程之间各自形成体系，教学内容存在重复和交叉的问题。通过项目的实现，使得学生将微处理器课程模块的主要内容相互衔接与融合，形成完整的微处理器系统设计的概念。比如在应用层的项目驱动教学中，将电子线路CAD实习与单片机原理及应用课程设计两个独立的实践教学环节通过进行“项目训练与设计”进行有机整合；在创新层的项目驱动中，将EDA技术、嵌入式控制器应用等高级微处理器开发设计技术通过综合性的项目融入到教学和实践中，通过实际项目设计过
14、程完整地训练，既培养了较强的微处理器系统设计与应用能力，还能提升学生的就业档次。（2）有效地解决理论教学和实践教学相脱节的问题，彻底转变传统的课堂教学和实践教学分离的教学方法。（3）在微处理器应用能力实践的过程中，通过课内外跟踪指导，解决学生综合素质的培养问题。在实践过程中逐步锻炼和培养学生自主学习的能力，团结协作、面向过程的管理方式方法等能力。（4）解决传统实验与独立实践环节过多依赖于实验箱仅进行程序的验证而无法达到创新能力培养的问题。通过贯穿于三个层次的模块化项目综合实训平台，在基础层让学生边学边做，训练单个项目中单元模块实验的设计能力；在应用层进行多模块综合应用训练；在创新层将多个功能简
15、单的项目进行综合，通过自制、扩展，参加大学生科技创新项目和科技竞赛，达到微处理器系统综合设计能力的提高。3、本项目改革的实施计划、预期效果和具体成果。本教学改革采用以点带面的方式进行，现已确定在自动化学院选择卓越工程师计划班作为试点，具体实施计划分三个阶段：第一阶段：微机原理及应用、单片机原理及应用课程的课堂与实验室全方位相融合教学卓越工程师计划班自第四学期开设单片机原理及应用课程，开始逐步接触微处理器应用的知识，首先将此两门课程的内容融合在一起，把课堂教学安排在微机原理及应用实验室进行，在课堂上每讲授一个知识点就安排足够的时间进行与课程相对应的实验练习，练习的方法是在模块化综合实训系统上完成
16、。模块化综合实训系统是课题组开发的一套以项目驱动为目的的实验系统，提供给学生一套电路板和原理图，学生根据原理图结合理论教学的进度分析、理解和实验。课内不能全部完成的课外继续进行。第二阶段：以单片机为核心的微处理器应用系统多模块综合应用训练在第一阶段的基础上，给出多个课题项目，这些项目要用单片机模块化综合实训系统的多个模块实现。试点班在开设单片机课程的开始将课题以项目的形式分配给一组学生，23人左右。在课程讲授过程中给学生不断灌输单片机应用系统的原理图设计，在电子线路CAD实习中让学生设计自己课题的PCB图，利用课外时间按课题分组进行人员集中，让每位同学讲述课题的设计方案，遇到的难点，同学之间相
17、互讨论，老师进行点评指导。指导学生制板、购买器件、安装调试，而在教学进程中安排的单片机课程设计周就对学生的课题进行集中指导和验收，此举既让学生充分利用课外时间进行自主学习，又改革了课程设计、实习类综合实践环节的考核，使得实践环节的考核更加注重过程、注重学习效果。 第三阶段：综合创新设计，参加创新比赛 这一阶段学生可以自行设计项目，自行组合团队进行设计开发，项目开发的具体步骤分为：系统需求分析、体系结构设计、软/ 硬件协同设计、系统集成、系统测试几个部分。项目开发进程中采取团队成员分工实践、定时总结汇报、提问互动交流的方式，使得全体学生对工程项目的每个环节都有所了解，同时每个人又有自己较熟悉的领
18、域，汇报过程中还锻炼了学生总结、表达、分析问题、讨论问题的能力。同时，要求学生积极参加学校、省及全国性的单片机应用系统创新比赛，进一步检验和提高单片机应用系统设计创新能力。具体成果：（1）提交不同阶段项目说明书或项目任务书一份。（2）提交微处理器模块化综合实训系统原理图和实物。（3）提交试点班同学单元实验、课题设计、安装、调试的能够运行的实物。（4）提交试点班同学参加创新设计，参加创新比赛的成果。（5）提交试点班同学与非试点班同学微处理器应用能力比较分析报告。（6）发表教学研究与改革论文1-2篇，并提交一份综合研究报告。4、创新点（1）将课堂教学与实验教学进行融合，让学生从简单开始边学边做，将
19、课堂移到实验室；（2）改变教师传统的课堂和实践分离的教学方法，上课教师全程参与课内、课外指导；（3）在教学安排上将相关联的课程集中实践环节整合在一起，各课程教师联合出题联合指导。（4）将课程设计、实习与大学生创新实践比赛相结合，获得创新学分。（5）用一套模块化综合实训系统贯穿三个环节，采用项目驱动方式，有目的的学习，真正改变学生的原有学习方法。模块化综合实训系统主要包括精选最具有代表性的微控制器，以选定的微控制器为核心，设计模块化硬件和若干个对应着模块化硬件的模块化软件，通过模块化硬件和模块化软件的有机组合，搭建特定的微控制器应用系统。各功能模块可以由微处理器为中心组成的基本模块，液晶显示器、
20、实时时钟、温度传感器、D/A转换器、A/D转换器、I2C存储器、串行通信口、LED指示灯、小键盘、光电转换器、小电机控制等应用模块组成。用户还可以根据自己的想法扩展自己设计的模块。训练方法是与课程教学同步，学生边学边做，课程学习结束，一个应用系统也就搭建成功。同时，学生还可以根据自己的兴趣搭成任意的应用系统。因此，能充分的调动学生对该课程的学习兴趣；极大地提高学生设计微控制器应用系统的能力；有效地影响该课程现有的教学模式；有力地推动该课程的教学改革；同时也为大学生实践创新比赛搭建了平台。5、本项改革的总体安排和进度。 本课题研究时间共两年(2012年01月2013年12月)，具体安排如下：20
21、12.012012.03 资料收集、项目总体策划，具体项目方案设计。2012032012. 11 实施方案的落实，第一阶段任务实施：微机原理及应用、单片机原理及应用课程的课堂与实验室全方位相融合教学。2012.072012.12 第二阶段任务实施：以单片机为核心的微处理器应用系统多模块综合应用训练。2013.012013.07 第三阶段任务实施：综合创新设计，参加创新比赛。2013.092013.10 对各阶段实施情况总结，对试点班同学与非试点班同学微处理器应用能力的调查，撰写比较的报告。2013.112013.12 课题总结、撰写综合研究报告、准备验收。6、工作基础及实施条件课题由项目负责人
22、负责实施，由自动化学院书记盛党红、副院长陈桂负责安排与协调，课题组其他成员均为自动化学院担任微处理器相关课程教学与实践的老师，具有丰富的专业教学和工程实践经验，具有较高的理论研究水平，这为课题的研究提供了支撑。课题组成员课题组还具有前期研究基础，南京大学机电控制类专业人才培养模式创新实验区的建设为本项目提供试验平台、自动化专业（数控技术方向）的卓越工程师教育培养计划班级学生可作为本次改革的试点。近年来自动化专业已建成的微机原理及应用实验中心、自动化学院专业机房、大学生创新创业实践基地为本项目研究提供了完善的实践场所与条件。大学生创新创业实践基地：13套开发平台，每套包括PC机，综合电焊台，通用
23、仪表（万用表、示波器等），稳压电源，信号发生器。仿真平台和控制对象根据不同项目灵活配置。可以满足本科生的各种微电子电路原理设计、信号分析、PCB制作、电装、调试、软件设计、系统调试等。微机原理及应用实验中心是具有百套设备的实验室，可以容纳两个班同时进行课堂教学与实验。有利于项目第一第二阶段的开展。项目负责人与课题组成员在前期的工作中已基本完成了基于微控制器综合实训系统的模块化设计与应用，有阶段性成果。综上所述，申请立项开展本课题的研究是切实可行的。7、经费（1） 主要项目及经费概算：经费预算表序号支出科目(含配套经费)金额(元)计算根据及理由1.实践训练工具5000电源、仿真器、下载电缆 2微
24、控制器综合实训系统的模块化设计5000设计、制作3.实践项目的器件、制板14000购买各实践课题的元器件、电路板制作费4.发表教研论文5000版面费、审稿费5.调研、专家论证、验收3000调研交通费、专家评审劳务费等合计 32000（2） 年度预算：2012年1月-12月：17000元2013年1月-12月：15000元所在单位意见：微处理器类课程为自动化学院自动化、测控技术与仪器专业的重要专业主干课程，在人才培养方面具有举重轻重的地位。项目组成员均为微处理器类课程的教师和实验人员，具有丰富的教学经验和工程实践经验，自动化学院教学硬软件条件良好，完全具备实施该项目的条件。同意申报该项目为校教学改革重点项目。签章 年 月 日学校意见： 签章 年 月 日
