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[摘要]
为了探索学生创新能力和实际动手能力培养的教学模式，在教学计划规定的必修课程之外开设了第二课堂。基于积木式模块化结构开发了教学实验板，在满足基础实验课程的同时，通过外接各种功能模块，实现常见电子设备、测量仪器、家用电器等的设计。通过“电子精英班”、“ STM32基础实验教学”、“创新一学分培养”等环节的学习，诱发学生创新思维，培养学生工程实践能力，鼓励学生参加各种大学生竞赛。经过 3年的实践，第二课堂创新能力培养取得了优异的成绩。
[关键词]STM32嵌入式实验板;第二课堂;创新能力培养
[中图分类号]G64[文献标识码]A[文章编号]1005-4634（2015）02-0106-03
《国家中长期教育改革和发展规划纲要》把“创新人才培养方式”列为重中之重，明确了着力培养一大批拔尖创新人才的教育改革发展目标。学生创新能力的培养关系到国家建设的后继有人、社会发展的稳定秩序、学生个人的未来发展，作为人才培养主要阵地的高校理应担负起这一重要的责任。培养学生创新能力和实际动手能力是社会发展和目前就业形势对高校教育的更高要求[1-3]。针对本科生的创新能力培养，提出采用基础实验教学和第二课堂培养的方式，开设了“基于STM32的创新一学分”课程设计[4-6]。
嵌入式系统是一个针对特定的应用而“量身定做”的专用计算机系统，涉及先进的计算机技术、自动控制技术、通信、电子信息等领域，知识覆盖面广，综合性、实践性强，应用领域广[7]。目前，随着我国嵌入式系统市场需求的快速增长，对嵌入式领域的人才需求旺盛。但由于普通高校嵌入式方向师资力量薄弱，教师软硬件知识兼通的较少，资金设备投入小，只是针对个别专业开设了嵌入式系统的相关课程，且实践环节多采用外购的实验箱，成本高、利用率低、不易维护。
本文应用STM32F103ZCT6开发了嵌入式系统教学实验板，包括LED、按键、蜂鸣器、串口、I2C接口等几部分，支持JTAG/JLINK调试，满足嵌入式系统的基础实验教学。设备采用积木式模块化结构，通过外接温湿度检测、超声波测距等硬件模块，便于不断扩充和更新的同时减少了后续经费的投入额度，与传统的实验设备相比有一定的设计理念，更利于学生工程实践能力和创新能力的培养。该实验板在燕山大学《嵌入式系统》的基础实验教学及本科生第二课堂创新能力的培养中，取得了很好的实践效果。
1嵌入式系统教学实验板开发
结合本科基础实验教学及创新培养的需要，采用积木式模块化结构，开发了一套基于ARM Cortex-M3内核的嵌入式系统教学实验板。该实验板针对性强，由于采用积木式模块化结构，在主板的基础上，通过不断地扩充与创新能力及专业培养目标相关的硬件模块，可以实现很多仪器仪表、工业控制等设备样机。与传统的实验设备相比，包含了很好的设计理念，更有利于培养学生动手能力和创新能力，同时，便于根据嵌入式系统行业发展进行同步更新，极大的减小了后续投资成本，更适合高校发展的需要。
实验板基于STM32F103ZCT6微控制器芯片，主要有LED、按键、蜂鸣器、串口、I2C接口等几部分，通过20引脚标准JTAG调试接口，结合IAR集成开发环境和JLINK调试器，进行程序下载及调试。实验板实物图如图1所示。
1） CPU。采用ST公司的32位微控制器
STM32F103ZCT6，最高频率可达72 MHz。
2） I2C接口，可外接ROM存储器、温度传感器等。
3） JTAG调试接口，用于程序下载调试。
4） RS232串行口，采用最简单的三线连接，通讯波特率最高可达115.2 kb/s。
5） 外设。包括4个按键开关，4个LED指示灯，1个蜂鸣器，可完成基础实验教学。
2第二课堂创新能力培养教学环节设计“基于STM32的创新一学分”课程设计是燕山大学电气工程学院为探索学生创新能力和实际动手能力培养教学模式的一次教学改革，是对课堂教学内容的补充和延续，以学生兴趣和自愿为前提，诱发学生创新思维，在实践中将发现问题、解决问题的过程同创新的过程融为一体。从某种程度上来说，第二课堂培养是为学习能力较强的学生提供的精英教育。
2.1第二课堂创新能力培养教学环节
第二课堂以对该课程有兴趣的学生为依托，自愿报名，应用自主开发的基于STM32F103ZCT6的实验板，完成“电子精英班”、“STM32基础实验教学”、“创新一学分培养”等教学环节的学习。第二课堂创新能力培养教学环节如表1。
“电子精英班”采用学生自愿报名、择优录取的方式，以提高学生动手能力为中心，以培养学生建立工程概念为主导，利用业余时间分三阶段完成。第一阶段为基础知识储备阶段，学习基本的理论知识，以模拟、数字课程为基础认识基本的电子元器件及电子工艺焊接的简单操作。理论知识之后学生自己动手设计一些简易的电子小产品，如电平指示电路、微型抢答器、触摸延时开关、照明定时器、脑波同步发生器等。题目任选，3人一组，资料查询、电路设计均由学生完成，老师只负责理论指导和验收。第一阶段考核通过后，进入软件环节的学习，以C语言为基础，先进行为期2周的STM8软件基础培训，然后过渡到STM32的学习。
基础实验教学
（基于STM32）
GPIO口实验（寄存器、固件库两种方式）;中断控制实验;定时器实验;串口通信实验创新一学
分培养
温湿度测量仪;超声波测距仪;循迹车;无线通信;交通灯控制器;定时打铃控制器;密码插座;温度控制器;射频身份识别器;简易手机竞赛
1） 秦皇岛市单片机程序设计大赛
2） “飞思卡尔”杯全国大学生智能车竞赛 3） 全国大学生电子设计大赛
“STM32基础实验教学”，以IAR Embedded
为了探索学生创新能力和实际动手能力培养的教学模式，在教学计划规定的必修课程之外开设了第二课堂。基于积木式模块化结构开发了教学实验板，在满足基础实验课程的同时，通过外接各种功能模块，实现常见电子设备、测量仪器、家用电器等的设计。通过“电子精英班”、“ STM32基础实验教学”、“创新一学分培养”等环节的学习，诱发学生创新思维，培养学生工程实践能力，鼓励学生参加各种大学生竞赛。经过 3年的实践，第二课堂创新能力培养取得了优异的成绩。
[关键词]STM32嵌入式实验板;第二课堂;创新能力培养
[中图分类号]G64[文献标识码]A[文章编号]1005-4634（2015）02-0106-03
《国家中长期教育改革和发展规划纲要》把“创新人才培养方式”列为重中之重，明确了着力培养一大批拔尖创新人才的教育改革发展目标。学生创新能力的培养关系到国家建设的后继有人、社会发展的稳定秩序、学生个人的未来发展，作为人才培养主要阵地的高校理应担负起这一重要的责任。培养学生创新能力和实际动手能力是社会发展和目前就业形势对高校教育的更高要求[1-3]。针对本科生的创新能力培养，提出采用基础实验教学和第二课堂培养的方式，开设了“基于STM32的创新一学分”课程设计[4-6]。
嵌入式系统是一个针对特定的应用而“量身定做”的专用计算机系统，涉及先进的计算机技术、自动控制技术、通信、电子信息等领域，知识覆盖面广，综合性、实践性强，应用领域广[7]。目前，随着我国嵌入式系统市场需求的快速增长，对嵌入式领域的人才需求旺盛。但由于普通高校嵌入式方向师资力量薄弱，教师软硬件知识兼通的较少，资金设备投入小，只是针对个别专业开设了嵌入式系统的相关课程，且实践环节多采用外购的实验箱，成本高、利用率低、不易维护。
本文应用STM32F103ZCT6开发了嵌入式系统教学实验板，包括LED、按键、蜂鸣器、串口、I2C接口等几部分，支持JTAG/JLINK调试，满足嵌入式系统的基础实验教学。设备采用积木式模块化结构，通过外接温湿度检测、超声波测距等硬件模块，便于不断扩充和更新的同时减少了后续经费的投入额度，与传统的实验设备相比有一定的设计理念，更利于学生工程实践能力和创新能力的培养。该实验板在燕山大学《嵌入式系统》的基础实验教学及本科生第二课堂创新能力的培养中，取得了很好的实践效果。
1嵌入式系统教学实验板开发
结合本科基础实验教学及创新培养的需要，采用积木式模块化结构，开发了一套基于ARM Cortex-M3内核的嵌入式系统教学实验板。该实验板针对性强，由于采用积木式模块化结构，在主板的基础上，通过不断地扩充与创新能力及专业培养目标相关的硬件模块，可以实现很多仪器仪表、工业控制等设备样机。与传统的实验设备相比，包含了很好的设计理念，更有利于培养学生动手能力和创新能力，同时，便于根据嵌入式系统行业发展进行同步更新，极大的减小了后续投资成本，更适合高校发展的需要。
实验板基于STM32F103ZCT6微控制器芯片，主要有LED、按键、蜂鸣器、串口、I2C接口等几部分，通过20引脚标准JTAG调试接口，结合IAR集成开发环境和JLINK调试器，进行程序下载及调试。实验板实物图如图1所示。
1） CPU。采用ST公司的32位微控制器
STM32F103ZCT6，最高频率可达72 MHz。
2） I2C接口，可外接ROM存储器、温度传感器等。
3） JTAG调试接口，用于程序下载调试。
4） RS232串行口，采用最简单的三线连接，通讯波特率最高可达115.2 kb/s。
5） 外设。包括4个按键开关，4个LED指示灯，1个蜂鸣器，可完成基础实验教学。
2第二课堂创新能力培养教学环节设计“基于STM32的创新一学分”课程设计是燕山大学电气工程学院为探索学生创新能力和实际动手能力培养教学模式的一次教学改革，是对课堂教学内容的补充和延续，以学生兴趣和自愿为前提，诱发学生创新思维，在实践中将发现问题、解决问题的过程同创新的过程融为一体。从某种程度上来说，第二课堂培养是为学习能力较强的学生提供的精英教育。
2.1第二课堂创新能力培养教学环节
第二课堂以对该课程有兴趣的学生为依托，自愿报名，应用自主开发的基于STM32F103ZCT6的实验板，完成“电子精英班”、“STM32基础实验教学”、“创新一学分培养”等教学环节的学习。第二课堂创新能力培养教学环节如表1。
“电子精英班”采用学生自愿报名、择优录取的方式，以提高学生动手能力为中心，以培养学生建立工程概念为主导，利用业余时间分三阶段完成。第一阶段为基础知识储备阶段，学习基本的理论知识，以模拟、数字课程为基础认识基本的电子元器件及电子工艺焊接的简单操作。理论知识之后学生自己动手设计一些简易的电子小产品，如电平指示电路、微型抢答器、触摸延时开关、照明定时器、脑波同步发生器等。题目任选，3人一组，资料查询、电路设计均由学生完成，老师只负责理论指导和验收。第一阶段考核通过后，进入软件环节的学习，以C语言为基础，先进行为期2周的STM8软件基础培训，然后过渡到STM32的学习。
基础实验教学
（基于STM32）
GPIO口实验（寄存器、固件库两种方式）;中断控制实验;定时器实验;串口通信实验创新一学
分培养
温湿度测量仪;超声波测距仪;循迹车;无线通信;交通灯控制器;定时打铃控制器;密码插座;温度控制器;射频身份识别器;简易手机竞赛
1） 秦皇岛市单片机程序设计大赛
2） “飞思卡尔”杯全国大学生智能车竞赛 3） 全国大学生电子设计大赛
“STM32基础实验教学”，以IAR Embedded