基于電子競賽探索高職單片機原理課程教學改革

明鑫 盧丹萍 蔡歡歡

一、競賽介紹

全國大學生電子設計競賽從1997年開始每兩年舉辦一屆。該比賽是面向大學生的群眾性科技活動，目的在于推動高等學校促進信息與電子類學科課程體系和課程內容的改革。競賽的特點是與高等學校相關專業的課程體系和課程內容改革密切結合，以推動其課程教學、教學改革和實驗室建設工作。

每支參賽隊由三名學生組成，競賽時間為四天三夜。在比賽期間學生要完成包括方案設計、器件選擇、制版、安裝、調試等步驟。比賽結束時，要求上交實物和設計報告。競賽期間學生可以查閱有關紙介或網絡技術資料，隊內學生可以集體商討設計思想，分工負責，團結協作，以隊為基本單位獨立完成競賽任務。

歷屆競賽的題目大致可分為以下幾類：放大器類、電源類、儀器儀表類、信號源類、控制類、數據采集與處理類等。雖然這些題目都是對專業知識的綜合運用，但是要高質量地完成這些題目大多數情況需要用到單片機，它要么作為控制的核心，要么做一些輔助的工作。比如要用到鍵盤設置參數、用顯示器件顯示各種數據、利用AD采集數據、DA輸出模擬信號、驅動電機等。由此可見單片機技術是完成電子設計競賽必不可少的技術之一。

二、比賽中暴露的問題

學生在比賽中雖然取得了一些獎項，但是也暴露出諸多問題。從單片機技術這方面來看存在以下一些問題：學生基礎不扎實，對一些基本概念理解不清楚，對一些基本模塊應用不熟練；學生缺乏綜合應用單片機技術解決實際問題的能力；學生缺乏自主學習的能力；等等。學生出現以上問題主要是由于現在的單片機課程教學造成的。單片機課程教學存在的問題有：

1.教學模式陳舊，教學方法呆板。傳統單片機課程的教學方式，嚴格按照單片機知識的系統性和完整性來組織教學，只注重課程本身的知識結構體系，卻忽視了單片機技術的實際應用。

單片機課程的學習邏輯性非常強，各個知識點之間是環環相扣，各個模塊看似獨立實則有內在聯系，綜合起來就是一套完整的系統。學生在學習當中，只要其中的某一個環節沒有掌握，對整個課程的學習和實際應用都有很大影響。所以，在實際的教學中發現，很多學生都覺得入門困難，甚至放棄了這門課程的學習。

一部分老師在教學過程中，把單片機課程當作一門純理論的課程，講解一些復雜的內部結構和工作原理，卻忽視了教學對象的接受能力。因此，基礎較差、學習能力不強的高職學生，在學習單片機課程的過程中往往感到吃力，難以達到預期的教學效果。

2.硬件與軟件不協調。單片機項目的開發包括外圍硬件電路模塊的設計以及軟件編程兩方面的內容，二者缺一不可。然而，單片機教學中常常會出現“重軟件、輕硬件”的情況。主要表現在實驗教學中，多數都采用廠家統一生產的實驗設備，相關的電路已經設計完成，學生只要簡單地連線，就算是對硬件的設計，而學生多數時間都耗費在程序的編寫和調試方面。這樣軟硬件未能有機結合，導致學生對于整個系統硬件搭建和電路圖設計的能力沒能得到良好訓練，最終形成了軟件硬件不協調，影響了學生整體能力的提升。

3.理論與實際脫節。單片機技術發展日新月異，而課程教材內容相對滯后，不能適應新的發展需求。單片機課本中介紹的很多方法、器件在現實當中已經不用，而學生在實際工作崗位中需要用到的新器件、新技術、新方法在課本中又沒有介紹，這導致了理論與實際的嚴重脫節，影響了學生學習的積極性。

三、單片機原理課程教學改革的措施

針對單片機教學中存在的問題，本著以學生為本位，以就業為導向的原則對單片機原理課程的教學改革做了如下嘗試：

1.明確崗位能力，確定課程標準。為了體現“以就業為導向”的高職教學理念，實現學校教學內容與就業崗位的無縫對接，學校組織單片機課程的教師和來自企業一線具有單片機開發經驗的工程師一起對單片機崗位的工作任務和能力要求做了重新梳理，明確了單片機崗位的各種能力要求，確定了單片機原理課程的課程標準。單片機技術的工作崗位與工作任務及能力要求如圖1所示。把一些理論性強、內容太陳舊，和現實技術脫節的內容剔除，增加了一些實際工作崗位中常用的技術。

2.任務驅動，項目載體教學方法的實施。在明確了單片機課程的標準之后，對單片機課程的教學內容作了細化，形成了以培養學生工程實踐能力為主線、以任務驅動項目為載體的教學模式，打破了傳統知識體系的框架，改變了以往按章節方式組織教學的方法，從而把單片機技術所需要的基礎知識和基本能力分解到各個案例中講解。按照圖2所示的方式重構了本課程的知識體系。

圖2 單片機課程體系結構

項目教學的前提是選好符合本專業學生實際能力的工程問題和解決方案，通過“項目引領，任務驅動”的教學方法，設計解決方案以及每個項目所包含的知識點和實踐任務，培養企業需要的高技能應用型人才。項目的設置以循序漸進為原則，難度由淺入深。前面幾個項目是“基礎項目”，主要讓學生了解單片機的基本組成結構、基本工作原理、IO口的控制方法、定時器的使用、外部中斷的使用等等。后兩個的項目是綜合項目，以企業項目為載體，注重知識的綜合運用，注重對學生分析問題、解決問題能力的培養，注重新技術的學習掌握。這樣就把本課程需要學生掌握的知識點分解到各個項目里面去，學生不但掌握了相關的知識點，而且理解了這些知識點的實際應用。

因此，單片機課程采用項目教學之后，打破了以知識點為體系的課程結構，用一個個來自實際工程的項目來導出單片機的知識，引導學生學習，再啟發他們用現有的知識和技能來解決新的問題，最終實施項目。這種教學方式讓學生在真實的工作情境中邊做邊學、邊學邊用，在任務實施過程之中理解了抽象的知識，有效激發了學生的學習興趣和熱情，讓學生接觸到工作中將會遇到的實際問題，從而培養了學生的分析能力、動手能力、團隊精神等基本職業素質。

3.緊跟技術發展，調整教材內容。在以上兩個步驟實施的同時，還根據新的教學內容編寫了單片機教材。根據本校單片機教學的實際情況，組織具有多年單片機教學經驗的教師和企業的資深工程師一起編寫出版了教材《單片機原理及應用》。這本教材刪除了傳統單片機課本實用性不強的內容，比如匯編語言、單片機的狀態周期、指令周期、存儲器結構等，并且使用STC89C51為教學模型。教材把實際的工程項目簡化后作為教學內容，既能激發學生的興趣，又沒有脫離實際。項目的設置循序漸進，逐步引導學生深入理解各功能模塊的原理及應用，讓學生在學習過程中不斷體驗到成功的喜悅，增強他們學習的信心。

4.完善考核評價方式。本課程考試打破傳統的以筆試為主的考核方式，注重過程考核，采取分階段考核、多種考核相結合的綜合考核方式。具體來說就是：在教學中，學生每學完一個任務，就要求學生制作一個單片機項目作品。教師根據制作的工藝、編程的質量、所實現功能的好壞以及對所學知識的理解程度，給出一個階段綜合分數。階段學習完成后，為學生列出幾個綜合性較強的實訓項目，學生可以根據自己的興趣和能力，選擇其中的一個項目。完成實訓項目后，進行答辯。根據學生完成實訓項目的情況及對知識的掌握情況，給出實訓課程成績。通過分階段和多種手段相結合的方式，考核出學生的實際水平，促進教學質量的提高。

5.積極開創第二課堂。電子技術的發展很快，單片機的學習僅僅靠課堂上的內容是不夠的，因此必須采取一些措施開闊學生的視野，增長學生的知識。（1）舉辦知識講座。很多競賽的題目來源于實際的項目，因此我們會根據教學的需要，邀請來自企業的具有多年單片機開發經驗的工程師為學生做講座。企業專家展示給學生各種案例、素材，讓學生的專業知識得到充實，激發他們的學習熱情。同時，學生也了解了大量的學科前沿動態，為參加競賽做了知識的儲備。（2）舉辦校內技能大賽。技能大賽是課堂的延伸，我校已連續幾年舉辦“單片機系統設計”比賽，參賽的學生覆蓋了電類的各個專業。在比賽中我們還邀請校外的企業合作，聘請一線的工程師來做賽前的培訓并擔任比賽的評委。這樣做的好處是解決了校內上課的內容和生產實際脫節的問題。在學校完成的電子產品設計往往存在以下問題：只注重設計指標的實現，不追求工藝的完美；只注重功能的實現，不計較花費的成本；只注重完成設計任務本身的完成，不注重設計文檔的整理歸類等。因此，聘請過來的企業一線工程師在培訓學生和擔任評委的過程中，會帶給學生一些在課堂上學不到的知識：追求功能完善工藝完美、提倡節約成本、注重設計文檔的歸類整理等。

通過平時的積累和賽前的培訓，學生已經能夠運用所學的電路知識和單片機知識制作并調試成功一個完整的電子產品。在準備比賽的過程中，學生的專業技能得到了進一步的提高。

四、結束語

通過不斷地探索與實踐，我系電類專業在單片機類課程的教學中表現出了良好的教學效果，達到了預期目標。主要表現在：（1）學生學習興趣增強，學習積極性提高；（2）學生自主學習的能力得到提高；（3）團隊協作能力得到了增強；（4）學生參加技能競賽獲得獎項。

單片機原理課程教學改革與大學生電子設計競賽是一個互為促進的過程。只有不斷改進教學方法、更新教學素材，才能培養學生的動手能力和創新思維，讓學生在大學生電子設計大賽中取得好的成績。同時，電子設計競賽也是檢驗課程教學改革成功與否的試金石，競賽的命題中出現的新技術、新方法又為單片機課程的教學改革指明了方向。