基于賽課結(jié)合的單片機(jī)課程改革探索與研究

李晶 陳為真 盧亞玲

摘 要：?jiǎn)纹瑱C(jī)課程是電氣、電子、機(jī)械等專業(yè)中一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，旨在培養(yǎng)學(xué)生單片機(jī)程序設(shè)計(jì)和接口應(yīng)用的能力。在教學(xué)過程中引入競(jìng)賽機(jī)制，增強(qiáng)教學(xué)的實(shí)踐性環(huán)節(jié)在人才培養(yǎng)過程中的比重。實(shí)踐證明，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手能力，創(chuàng)新能力效果顯著。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)課程；賽課結(jié)合；實(shí)踐教學(xué)

中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2096-000X（2017）04-0104-02

Abstract： The single-chip microcontroller course is a very practical course in the specialty of electrical， electronic， mechanical and so on. It is designed to develop the ability of the program designing and the interface application. In the teaching process， the introduction of competition mechanism， and enhance the practical aspects of teaching in the process of personnel training. It is proved that the training of students' practical ability and innovative ability effect is remarkable.

Keywords： single-chip microcontroller course； the combination of the course and competition； practice teaching

《單片機(jī)原理與應(yīng)用》是一門面向應(yīng)用、具有很強(qiáng)的實(shí)踐性與綜合性的課程，以培養(yǎng)學(xué)生工程實(shí)踐能力以及創(chuàng)新實(shí)踐能力為主要目標(biāo)，是電氣、電子、機(jī)械等專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課。

在《單片機(jī)原理與應(yīng)用》課程的教學(xué)中，實(shí)踐教學(xué)是理論課堂的延伸、實(shí)踐教學(xué)有利于學(xué)生對(duì)基本理論更深入理解，有助于鍛煉學(xué)生綜合能力，占有非常重要的地位。如何將考試型學(xué)生轉(zhuǎn)化成動(dòng)手實(shí)踐型學(xué)生值得思考。在傳統(tǒng)教學(xué)模式中，由于教學(xué)內(nèi)容固定，難以發(fā)掘?qū)W生創(chuàng)新能力，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情。以“教”為主，難以達(dá)到鍛煉學(xué)生實(shí)踐能力的目的。因此，改革原有教學(xué)模式勢(shì)在必行。

競(jìng)賽是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神，提高學(xué)生動(dòng)手能力的有效形式?！百愓n結(jié)合”這種教學(xué)模式已被很多的教學(xué)單位所采用[1，2]。將競(jìng)賽模式引入課堂、成為理論教學(xué)非常有效的輔助教學(xué)模式非常有必要，可以為全體學(xué)生提供一個(gè)鍛煉能力和展示自我的平臺(tái)。為了加強(qiáng)教學(xué)效果，深化教學(xué)手段，甚至可以將比賽成績(jī)與考試成績(jī)掛鉤[3，4]，大賽成績(jī)特別優(yōu)異的同學(xué)除了獲得電子元器件獎(jiǎng)勵(lì)之外，可以申請(qǐng)免考資格，以期更好的對(duì)學(xué)生達(dá)到激勵(lì)作用。

結(jié)合在武漢輕工大學(xué)的實(shí)踐與嘗試，淺談賽課結(jié)合的具體做法與評(píng)價(jià)體系。

一、課程教學(xué)理念

確立以實(shí)踐為重點(diǎn)的理念。培養(yǎng)學(xué)生工程實(shí)踐能力以及創(chuàng)新實(shí)踐能力，是改革的切實(shí)目標(biāo)。改變傳統(tǒng)教學(xué)理念，評(píng)價(jià)學(xué)生不再單一地看考試成績(jī)，更主要的是要看學(xué)會(huì)利用知識(shí)解決問題的能力。因此，課程的重點(diǎn)章節(jié)都是以單獨(dú)項(xiàng)目的形式，引導(dǎo)學(xué)生在了解、掌握單片機(jī)硬件原理的基礎(chǔ)的前提下，完成相應(yīng)的設(shè)計(jì)項(xiàng)目，并在此之上引發(fā)一個(gè)現(xiàn)實(shí)生活、生產(chǎn)、科研中的實(shí)例，激發(fā)學(xué)生興趣，拓展學(xué)生視野。為了加強(qiáng)實(shí)踐能力的培養(yǎng)，學(xué)生在學(xué)期初根據(jù)自身實(shí)際情況對(duì)參賽選題調(diào)研，自由選題，教師對(duì)選題進(jìn)行把關(guān)和指導(dǎo)。根據(jù)學(xué)生意愿，自由組合形成參賽小組，組內(nèi)成員自行分工合作。教師負(fù)責(zé)指導(dǎo)學(xué)生實(shí)踐過程中遇到的問題，并且在期末組織單片機(jī)大賽，評(píng)定最終成果。

二、教學(xué)目標(biāo)

本課程的教學(xué)目標(biāo)是通過理論教學(xué)與實(shí)踐環(huán)節(jié)，使學(xué)生正確理解單片機(jī)的基本概念、基本原理，掌握單片機(jī)程序設(shè)計(jì)和接口應(yīng)用的基本方法，并能綜合運(yùn)用單片機(jī)的軟、硬件技術(shù)分析實(shí)際問題，為工業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)研究和實(shí)驗(yàn)設(shè)備等領(lǐng)域的單片機(jī)應(yīng)用和開發(fā)打下良好的基礎(chǔ)。

三、課程組織形式

針對(duì)單片機(jī)課程的特點(diǎn)，以學(xué)生為主體，以項(xiàng)目為驅(qū)動(dòng)，以提高實(shí)踐創(chuàng)新能力為目標(biāo)，課程以以下幾個(gè)環(huán)節(jié)開展。

理論課中從實(shí)際工程應(yīng)用入手，利用單片機(jī)開發(fā)實(shí)驗(yàn)板以實(shí)驗(yàn)過程和實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象為主導(dǎo)，由淺入深、循序漸進(jìn)地講述51單片機(jī)的硬件原理、編程的方法和各種功能應(yīng)用。不同于傳統(tǒng)的講述單片機(jī)的課程，本課中的所有例程均以實(shí)際硬件實(shí)驗(yàn)板現(xiàn)象為根據(jù)，使學(xué)生知其然，又能知其所以然，從而幫助學(xué)生透過實(shí)在的現(xiàn)象看本質(zhì)、從實(shí)際應(yīng)用中徹底理解和掌握單片機(jī)。借鑒國外大學(xué)的一些適用方法，不設(shè)定統(tǒng)編教材，把書本當(dāng)成工具，廣泛閱讀學(xué)習(xí)。

討論課中教師根據(jù)教學(xué)進(jìn)度提前準(zhǔn)備若干開發(fā)項(xiàng)目，使同學(xué)們充分發(fā)揮自主創(chuàng)新意識(shí)與團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力來完成各類項(xiàng)目，以討論的形式逐步開發(fā)學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力、分析問題、解決問題的能力。

實(shí)驗(yàn)課中我們利用實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有單片機(jī)超想-3000TB綜合實(shí)驗(yàn)儀為學(xué)生開設(shè)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)、開放性實(shí)驗(yàn)等不同難度的實(shí)驗(yàn)。

四、競(jìng)賽組織形式

實(shí)踐出真知，對(duì)于單片機(jī)原理與應(yīng)用這樣的課程，只有學(xué)生自己實(shí)實(shí)在在去動(dòng)手開發(fā)單片機(jī)，才是真正學(xué)習(xí)了單片機(jī)，否則就完全是紙上談兵。

同學(xué)們可以根據(jù)自己的實(shí)際動(dòng)手能力充分發(fā)揮自主創(chuàng)新意識(shí)與團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力來完成各類項(xiàng)目，在逐步開發(fā)學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力的過程中肯定會(huì)遇到各種各樣的問題，進(jìn)而再去深化學(xué)習(xí)相應(yīng)的理論原理知識(shí)，進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生查閱資料、分析問題、解決問題的能力。

在賽課結(jié)合這種新的教學(xué)模式中，將競(jìng)賽模式引入實(shí)踐教學(xué)，給學(xué)生提供一個(gè)鍛煉能力和展示自我的平臺(tái)，培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)、努力創(chuàng)新的意識(shí)。

自由選題，培養(yǎng)創(chuàng)新能力。學(xué)生在開設(shè)《單片機(jī)原理與應(yīng)用》課程所在學(xué)期初根據(jù)自身能力對(duì)參賽選題調(diào)研，自由選題，教師對(duì)選題進(jìn)行把關(guān)和指導(dǎo)。

團(tuán)隊(duì)合作，培養(yǎng)協(xié)作精神。根據(jù)學(xué)生意愿，自由組合形成參賽小組，組內(nèi)成員自行分工合作。這種形式一方面減輕了教師的指導(dǎo)工作，更重要地培養(yǎng)了學(xué)生的自我管理能力以及協(xié)調(diào)能力。

獎(jiǎng)勵(lì)機(jī)制，培養(yǎng)競(jìng)爭(zhēng)意識(shí)。競(jìng)賽采用全部同學(xué)參加初賽，取40%左右優(yōu)秀作品進(jìn)入決賽的形式，根據(jù)學(xué)生作品的優(yōu)異程度，獎(jiǎng)勵(lì)相應(yīng)的元器件。

五、競(jìng)賽具體形式

個(gè)人或團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)的產(chǎn)品或?qū)ΜF(xiàn)有的作品，進(jìn)行改造升級(jí)。主要內(nèi)容如下。

硬件電路設(shè)計(jì)。根據(jù)選題，用PROTEL軟件設(shè)計(jì)出電路原理圖。

電路板焊接與裝配。依據(jù)原理圖在電路板上焊接電子元器件及功能部件，裝配成實(shí)際的單片機(jī)產(chǎn)品。

產(chǎn)品硬件電路調(diào)試。按報(bào)名題目規(guī)定的產(chǎn)品功能及技術(shù)指標(biāo)要求，對(duì)裝配完的單片機(jī)產(chǎn)品進(jìn)行調(diào)試，并按要求記錄調(diào)試結(jié)果。

編寫程序及軟、硬統(tǒng)調(diào)。根據(jù)題目要求和單片機(jī)產(chǎn)品功能說明書編寫程序，并將調(diào)試完成的完整程序在線下載到芯片上，完成軟、硬聯(lián)調(diào)。

完成設(shè)計(jì)報(bào)告，參加答辯。

在決賽中，根據(jù)作品實(shí)踐應(yīng)用功能，作品外觀（其中包括焊接點(diǎn)視覺效果，整體外觀與設(shè)計(jì)，焊接點(diǎn)是否虛焊），作品的科學(xué)性、實(shí)用性、節(jié)約性、創(chuàng)新性，以及各小組成員的配合情況，答辯表現(xiàn)，設(shè)計(jì)報(bào)告的規(guī)范、完整性等綜合評(píng)判，打分。對(duì)評(píng)選出的獲獎(jiǎng)作品，頒發(fā)電子元器件獎(jiǎng)勵(lì)及獲獎(jiǎng)證書，并將主要作品對(duì)公眾展示。

六、課程考核標(biāo)準(zhǔn)

為了避免部分同學(xué)期末突擊學(xué)習(xí)，考試過后所學(xué)內(nèi)容又扔還給老師的不良現(xiàn)象。在重實(shí)踐、重能力的教學(xué)改革中，考核方式的徹底改變，才能對(duì)學(xué)生起到良好的激勵(lì)作用。學(xué)生成績(jī)?cè)u(píng)定可以由平時(shí)成績(jī)（10%）、實(shí)驗(yàn)成績(jī)（20%）、理論考試（30%）、競(jìng)賽成績(jī)（40%）幾個(gè)部分組成。根據(jù)實(shí)際情況調(diào)配各個(gè)部分比例。這樣可以很好的讓學(xué)生從觀念上改變應(yīng)試教育的習(xí)慣，強(qiáng)調(diào)學(xué)生的綜合能力。

七、改革成果

基于本課程知識(shí)儲(chǔ)備，我校每年6月初舉行單片機(jī)大賽，通過預(yù)賽、復(fù)活賽、決賽，使每位同學(xué)都參與到制作作品、制作精品的過程中去。雖然在競(jìng)賽中有些學(xué)生選擇了電子鐘、交通燈、溫度計(jì)這類“簡(jiǎn)單”題目，仍可以在實(shí)際操作過程對(duì)理論學(xué)習(xí)、實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)進(jìn)行查漏補(bǔ)缺，真正意義上的提高了實(shí)踐動(dòng)手能力。有些學(xué)生完成了如高精度數(shù)據(jù)采集，自行車測(cè)速、智能家居系統(tǒng)、廣州塔、光立方等在制作水平、創(chuàng)新性、難度水平都相當(dāng)突出的作品，并且進(jìn)入決賽。

最終，結(jié)合綜合能力的評(píng)判，推薦部分同學(xué)參加全國電子設(shè)計(jì)大賽、機(jī)械創(chuàng)新大賽、挑戰(zhàn)杯等，這些同學(xué)在歷年省賽、國賽中取得過優(yōu)秀的成績(jī)。

由于單片機(jī)原理與應(yīng)用在電子信息科學(xué)中占用非常重要的地位，對(duì)該課程進(jìn)行教學(xué)改革，可以起到示范帶頭做用，促進(jìn)其他實(shí)踐類課程的教育教學(xué)改革，深化素質(zhì)教育，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力。

隨著改革推進(jìn)，擴(kuò)大比賽面，推廣整個(gè)比賽，吸引相關(guān)專業(yè)、院系，乃至兄弟院校的師生參賽。更好的提高學(xué)生興趣，擴(kuò)大專業(yè)知名度、院系知名度、甚至學(xué)校知名度。

八、結(jié)束語

由于單片機(jī)原理與應(yīng)用在電氣、電子、機(jī)械等專業(yè)中占用非常重要的地位，對(duì)該課程進(jìn)行教學(xué)改革，目的是要起到示范帶頭做用，促進(jìn)其他實(shí)踐類課程的教育教學(xué)改革，深化素質(zhì)教育，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力。

將競(jìng)賽作為課堂教學(xué)的有效延伸，可以為學(xué)生提供鍛煉動(dòng)手能力的機(jī)會(huì)，展示自我的平臺(tái)，提高參加科技活動(dòng)的積極性。為各類科技比賽選拔種子選手。特別是在培養(yǎng)學(xué)生們的實(shí)踐動(dòng)手能力的基礎(chǔ)之上，又提高了他們的工程素質(zhì)和創(chuàng)新意識(shí)。

參考文獻(xiàn)

[1]蘭建軍.微機(jī)課程“賽課結(jié)合”教學(xué)模式探索與實(shí)施[J].課程教育研究，2015，10.

[2]劉輝，王新輝，張文希.從電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽看單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革與創(chuàng)新[J].長(zhǎng)沙大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2006，20（5）.

[3]嚴(yán)權(quán)峰，王岳斌.依托程序設(shè)計(jì)競(jìng)賽，提升學(xué)生綜合素質(zhì)[J].電子技術(shù)，2014，2.

[4]陳新兵，龍曉莉，陳虹，等.課賽結(jié)合的機(jī)器人創(chuàng)客平臺(tái)建設(shè)探索[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2016（9）.