地方本科院校轉型發展下單片機課程教學改革與實踐

李傳鋒　舒云星　李蒙

摘 要：針對地方應用型本科院校轉型發展下單片機課程的特點，提出以培養社會需要的一線高層次技術人才為主要目標，不斷改革教學內容和教學模式，從教學方法改革、實踐應用能力培養、創新課堂教學、考核方法改革等方面具體闡述實踐過程，以培養具有實踐能力、創新能力的高級應用型人才。

關鍵詞：應用型本科；轉型發展；教學改革；單片機課程

0 引 言

地方應用型本科院校的轉型發展，以培養產業轉型升級和公共服務發展需要的一線高層次技術人才為主要目標，以推進產教融合、校企合作為主要路徑，通過試點推動、示范引領，引導和推動部分地方本科高校向應用技術類型高校轉型發展，促進地方高等教育更直接、有效地為產業升級、技術進步和社會管理創新服務。地方本科院校轉型為應用技術大學，不僅是地方本科院校的現實選擇，也是高等教育結構調整的內在必然[1-3]。

1 不斷改革教學方法，吸引學生積極參與

教學項目首先要解決理論與實踐相結合的問題，因為理論與實踐同屬一個整體并同等重要。杜威說，一克經驗要好于一噸理論，因為每條理論只有在實踐中才有意義。真正的改變取決于教師，要從育人的角度思考教學活動，通過相應的形式訓練學生的各種能力。

1.1 改革教學方法，積極調動學生

一是項目教學法，通過組織案例教學把難以描述的理論，用形象的演示表達出來。二是擴展小組法，兩人合作、4人小組、8人小組討論，得出小組認為最適合的答案。三是站位法，將同一問題選擇不同答案的學生進行列隊，并選出代表進行討論，從而加深對問題的理解與掌握。四是旋轉木馬法，通過內圈、外圈學生的互相講解來訓練學生的自主學習能力，使教師不是單獨的演奏者。五是卡片復習法，在卡片上寫上重要知識點，讓學生隨機抽取，并根據所抽卡片內容進行回答，教師在學生回答的時候，要多觀察學生的行為，并綜合評價。

1.2 采用六種模式、三項能力訓練

結合本課程實踐性強的特點，課程組采用“六種模式”“三項能力”立體式教學法，通過理論教學使學生掌握單片機的結構及原理，在教學過程中采用項目驅動教學法，使學生對所學理論有深入的理解。通過實驗教學、課程設計，學生對單片機的部分功能、應用系統設計有更深入的理解。通過第二課堂實物制作提高學生的實戰經驗，真正實現學生的教、學、做一體化設計。通過本課程的學習，不僅培養學生的理論學習能力，更要培養他們的實踐動手能力、創新設計能力。采用的立體式教學法模塊圖見圖1。

1.3 精選授課內容，采用C語言教學

應結合單片機實際應用情況，精選講授教材內容，修訂理論教學大綱及實驗大綱。雖然匯編語言以其精簡、高效等特點成為單片機系統開發的主要工具，但由于代碼可讀性差、移植性不好，在教學內容上主要以講授C51語言編程為主。C51是目前單片機編程非常流行的語言，可移植性好，其編譯軟件不斷優化，加上已有的C語言基礎，學生很容易理解和掌握新的單片機應用技術。在實際教學過程中教師采用以C語言教學為主的方法并結合keil c51 uvision4軟件開發平臺，重點講解C51的開發設計的流程。

1.4 精挑實戰案例，貫穿教學過程

在單片機課程教學過程中，應將單片機應用系統設計作為教學主線貫穿始終[4]。在第一次講單片機概述時，教師先向學生演示一些與實際相關的應用系統，如課程組設計的單片機開發板、多功能萬年歷、智能移動小車、競速賽車、工廠智能監測控制系統等。通過演示，學生建立起單片機應用系統的初步概念，認識到單片機在生活、生產中確實具有重要的實際應用，使他們產生學習好該課程去探索應用系統的積極性。

在隨后各章節的學習過程中，要時刻注意強調系統設計的概念，如在講授單片機計數器時，教師以簡單的測控系統為實例，向學生詳細分析如何利用單片機的軟、硬件實現對外部設備轉速的實際測量。在課程后期，以兩個較為復雜的應用系統為實例，系統地向學生講解單片機應用系統從模擬仿真、硬件設計、軟件設計、系統調試、直至脫機運行等系統開發的全過程。

這種一開始就從實際應用系統上的分模塊逐步擴展講解，到最后綜合設計的教學方法，其教學目的非常明確，有助于學生從學習該課程起就建立單片機應用系統的整體概念，然后像解剖一樣，逐漸地學習系統中的每一個原理、功能、應用。這種由簡到繁的方法使學生的學習由被動變為主動，設計的思路由模糊變得清晰，培養了學生獨立開發與應用的能力。

2 鼓勵學生參與實踐，不斷提高應用能力

2.1 采用教、學、做一體化教學模式

為了培養學生的實踐動手能力，教師在教學中采用教、學、做一體化的模式[5]。在課堂講授重點知識時，采用自行研制的多功能單片機教學板進行演示，課下分組借給學生實踐。例如，在講到I/O口的時候，先從點亮1個發光二極管開始演示講解，讓學生掌握控制燈亮滅的原理與過程；課下讓學生練習利用并行口控制8個LED流水燈練習項目，通過這個項目的訓練使學生能夠理解I/O口的結構、原理、驅動LED燈點亮的方法和循環指令等基本知識；完成這個任務后，繼續讓學生進行調節燈的明暗程度以及用按鍵控制燈等任務。隨著實踐任務的逐步加大，學生的好奇心也在不斷增強，也愿意嘗試完成新的任務，就會逐步引導學生探索單片機的神秘世界。同時，學院提供開放實驗室，供單片機愛好者進行自主設計，逐步激發學生的創新潛能。

2.2 精選實驗內容，提高實踐效率

課程實驗是學生實踐教學的重要組成部分，為了提高學生的實踐效果和效率，教師提前給學生布置好設計內容和任務。在實驗課時，由于大部分學生利用Keil C51和Proteus仿真軟件提前做了編程和仿真實驗，對整個內容有了直觀的認識，因此在實驗室學生主要進行軟硬件調試，同時解決在仿真、調試過程中出現的問題，部分能力強的學生還可以進行該實驗的擴展訓練。通過實驗編程仿真，降低了單片機的學習成本，開拓了學生學習的空間。

2.3 重視實踐環節，強化課程設計

單片機原理與應用課程設計是相關專業學生在學習完該課程后進行的實踐教學環節，通過課題分析、方案論證、軟件仿真、硬件焊接、軟硬件聯調、現場答辯、撰寫課程設計報告等環節培養學生的綜合設計能力。單片機原理與應用課程設計的題目可以在給定的幾個題目中選取，也可以結合應用點自行設計。課程設計的實戰訓練，不僅鍛煉了學生的單片機編程能力，也培養學生的應用系統設計能力。通過課程設計的訓練，能夠選拔出素質高、具有創新精神的學生，加入學院的科技制作協會，經過專門的集訓后，根據每個人的特點，分成不同的開發小組。經過團隊設計的作品經考核后，可以參加不同類型的國家級、省市級科技制作競賽活動。學生部分課程設計作品見圖2。

2.4 開展第二課堂，鞏固教學效果

由于本課程具有實踐性強的特點，特別適合學生開展第二課堂活動[6]。在活動中，教師逐步要求學生利用單片機知識，開發設計并實現一些單片機應用小制作。通過學生的第二課堂活動，豐富了部分學生的業余創作，促進其對理論知識的理解，同時營造良好的學習氛圍。第二課堂活動既培養了學生的獨立動手和查找資料的能力，又培養了他們的團隊合作精神。多屆任教學生的反饋表明第二課堂活動對他們影響很大，部分學生第二課堂作品見圖3。

3 參與科技制作活動，積累項目實戰經驗

學生通過學習理論知識并自己動手完成任務，能夠深刻理解單片機內部結構原理并掌握編程的技巧，遠比直接聽教師講、看教師做效果好。通過項目驅動教學法，學生知道整個項目的開發步驟和流程；通過教學實踐，學生學習該課程的積極性隨之提高；通過不斷提出任務的要求，學生自己修改程序，實現新的功能要求。這樣由簡入繁的學習方式，使學生在學習過程中不僅掌握了理論知識，也獲得并積累開發單片機應用系統的經驗[7]。

經過大家的努力，該課程于2011年成為校級網絡課程，2012年成為校級重點建設主干課程，2014年成為校級精品資源共享課程，2015年成為河南省精品資源共享課程。課程組教師非常重視學生的實踐動手能力培養，提供場所和元器件供學生實踐制作。近5年來，學生共獲得國家級獎勵20項、省級獎勵35項，其中，在2015年第十屆全國大學生“飛思卡爾”杯智能汽車競賽中獲得國家二等獎，在2012瑞薩超級MCU模型車大賽中獲得國家二等獎，在第六屆、第八屆中國大學生物聯網創新創業大賽獲得國家二等獎，在第七屆、八屆全國信息技術應用水平大賽獲得國家二等獎，在第十一屆“挑戰杯”河南省大學生課外學術科技作品競賽獲得一等獎等。

4 注重學生學習過程，改革課程考核方法

課程組本著加強對學生學習過程的監管，進行了課程考核方法改革。平時成績除了考勤、作業外，還增加了第二課堂實踐項的成績。實驗成績由基礎實驗、擴展實驗、應用實驗、綜合性實驗組成。理論成績由平時測驗和期末考試組成，期末考試采用試卷庫隨機抽取，考試命題以教學大綱為依據，重點考查基礎知識、基礎理論和學生分析問題、解決問題以及實際應用的能力，注重考題對啟發學生創新思維和培養學生創新能力的引導。命題質量、內容、題量、覆蓋面、難易程度均符合教學大綱，并附有標準答案及評分標準，評分標準客觀、準確，采用流水作業閱卷，閱卷嚴格規范。同時，設立加分項，鼓勵學生參加科技創新比賽，對于獲得不同級別獎勵、申請專利、發表論文的學生增加附加項，鼓勵他們參與科技創新制作。最后，結合學生的幾項成績，客觀評價學生的綜合成績。

5 結 語

學生通過本課程的學習，不僅掌握了相應的理論知識，更能夠利用所學知識設計應用系統來解決實際問題，這與培養應用技術研究、教學等工作的高素質應用型工程技術人才的培養目標相吻合。經過近幾年的教學改革與實踐，課程大大提高了學生動手實踐的積極性，培養了一大批具有實踐能力、創新能力的應用型人才，也為學生后續專業課程的學習、畢業設計、參加工作奠定了良好的基礎。以上是課程組成員經過多年的教學實踐總結出來的經驗，希望能對相關課程的教學起到拋磚引玉的作用，也為地方應用型本科的轉型發展做出積極有益的探索。

參考文獻：

[1] 黃彬.應用技術轉型：新建本科院校的困境與選擇[J].高教探索，2015（4）：18-22.

[2] 李寶斌，劉春花.高等教育大眾化后高校轉型發展之辯[J].大學教育科學，2014（6）：35-39.

[3] 徐立清，錢國英，馬建榮.地方本科院校轉型發展中的專業綜合改革探索與實踐[J].中國高教研究，2014（12）：53-57.

[4] 孫曉玲，易擁潔，仝迪.兼顧原理突出應用的案例導向式單片機教學改革[J].教育教學論壇，2016（6）：124-125.

[5] 張迎輝.任務驅動項目教學法在“單片機應用技術”教學中的運用[J].教育探索，2013（6）：43-44.

[6] 徐迎曦，梁云朋.單片機教學新思路與實踐模式探索[J].中國電力教育，2010（7）：127-128.

[7] 彭遠芳，黃曉峰，余主正.單片機技術教育的創新與實踐[J].計算機教育，2012（7）：97-99.

（編輯：孫怡銘）