應用型本科辦學的單片機原理課程改革探索

王春榮， 夏爾冬， 熊昌炯， 高 浩， 晉芳偉

(三明學院 機電工程學院， 福建 三明 365004)

0 引 言

通過對實習生、與三明學院對接實習單位的調研和畢業生的反饋發現，我校工科學生的教育與企業需要具有一定的差距[1-3]。特別是單片機原理作為一門集成機電控制、自動化高新技術的課程[4]，在自動化控制、設備維護以及汽車生產制造等領域均得到了廣泛應用；企業急需動手能力強、實踐經驗豐富的畢業生，與目前高校所培養的人才具有較大的出入。因此，我們結合企業需要、其他院校的改革經驗[5-6]與應用型本科辦學人才培養模式[7-9]，對單片機原理及接口技術課程的教學改革進行了探索。

1 單片機課程的教學現狀

單片機原理是一門理論與實踐密切結合的課程，是我校機械設計制造及其自動化和機械設計制造及其自動化(專升本)的專業必修課程，對近幾年的機械專業的教學效果進行分析，單片機原理課程主要具有以下問題：

(1) 所選教材與實踐不符。目前我校機械專業所用的單片機課程教材為梅麗鳳主編的《單片機原理及接口技術》，此教材主要以匯編語言的編程方法來介紹單片機，由于匯編語言缺乏一定的通用性、指令繁多不容易記并且與企業需求存在脫節。大多數企業、控制領域均以C語言/C++語言來進行程序的編寫，這導致學生到企業之后，無法將所學知識快速應用到實踐當中，創新就更無從談起。

(2) 培養計劃制定不合理。單片機原理機電專業的一門綜合性課程，應建立在“C程序設計”“模擬電子技術”“數字電子技術”“傳感器技術”等課程基礎上來學習的。而目前我校機械設計制造及其自動化未開設“傳感器技術”課程，這導致在課程設計、實驗等環節時，學生缺乏傳感器的基礎知識，給編程造成了巨大的阻礙；而機械設計制造及其自動化(專業)的單片機課程于第二年上學期開設，與“電工學”課程同時開課并且未開設“C程序設計”，如此增加了學生學習單片機課程的難度。

(3) 課時安排不合理。我校單片機原理共有64學時，其中實驗12學時，理論52學時，理論學時還是在傳統的多媒體教室由教師進行授課[10-11]。由于本課程主要在理解了單片機的原理、結構以及外部接口之后，主要的任務就是在于編寫完成特定任務的程序。傳統的多媒體教室無法讓學時驗證自己所設計程序的正確性，而教師的課堂時間有限，也無法對每個學生的錯誤程序進行糾正。這導致了許多學生在實驗課程時，往往無法在規定的課時內完成相關的實驗，而想讓學生在原有的實驗基礎之上再創新是更加不可能完成的。

(4) 考核方式單一。目前單片機原理課程主要以期末考核計成績，考核方式單一。無法對學生的電路設計，程序編寫的精簡、規范，電路板的制作等進行考核，而且難以激勵學生通過參加各種相關競賽來提高動手、實踐能力。

2 單片機課程教學改革

2.1 項目驅動教學，提升學生學習興趣

(1) 針對上述存在的問題，先選擇一本以通用C程序設計為主、工程實例多、偏向應用的教材；合理調整培養方案，使得學生學習起來更加循序漸進。然后對教材進行精簡、提煉，將每一堂課都濃縮成一個可以應用于實際的為例子來講解，形成“例子課堂”，如定時器/計數器的章節，提煉成普通電表的計數、門禁系統人員出入個數的計數或者十字路口的紅綠燈控制等；I/O口的擴展，可提煉成彩燈、光立方的控制機等，這樣通過生活中實際應用的講解，激發學生的學習興趣，提高課堂效率。

(2) 利用我校第二課堂項目，提高學生自身的興趣。我校第二課堂項目是針對學生課外科技設計而設立的專項，凡申請成功將給予500～800元的資助。為鼓勵學生申請項目的積極性，在本課程最后一次課時，對大家的項目作品進行評估，能實現基本功能的可加平時成績10分，具有創新性的可加平時成績20分，通過項目吸引學生提高實踐能力。通過此措施，申請項目的學生比例從之前的5%上升為現在是85%，效果顯著而且學生反映良好。

(3) 以競賽吸引，提升課堂教學效率。鼓勵學生報名加入我院的機器人實驗室，參加“全國電子設計大賽”“亞太機器人大賽”“Robocup”等競賽，不僅可以利用我院現有的設備將課堂的理論知識轉為實際應用，而且還可以在比賽中積累豐富的實踐經驗增加與外校學生交流，反過來也促進了教學。我校今年的參賽學生數達到了20%，并在“Robocup”“全國電子設計大賽”等比賽中獲得了一等獎等佳績，在學生中影響廣泛，吸引了更多的學生前來報名加入實驗室參數，從而在另一方面也促進了我院機器人實驗室的建設。

2.2 引入虛擬仿真提升實踐能力

針對學生在編程時無法驗證對錯以及實驗課堂上的措手不及，引入虛擬仿真提升實踐能力[12-13]。對將原有課時安排進行改革：32學時在普通教室授課，16學時在計算機機房授課(仿真分析)，16實驗學時。通過增加16學時的仿真分析，將Proteus和Keil軟件引入到單片機課程教學中。利用仿真軟件學生不僅可以驗證自己在課堂上所編程程序的正確性以及直觀的觀看到程序引起的實驗結果，而且杜絕了學生在實驗課堂時對編程軟件不熟悉，造成時間的浪費，無法完成實驗內容。此舉，可以說是“零成本”的加深了學生對單片機的直觀認識，提高對本課程的興趣。

增加的4個實驗學時用于第二課堂項目作品的調試與講解，教師對作品進行點評打分，讓學生深刻的理解單片機在各行各業的實際應用，同時可以邀請下一屆的學生觀看，激發學生對單片機課程的向往與興趣。此法目前已經在我校實施，而且取得了良好的效果。

2.3 多種考核方式改革

期末考核是了解學生對本課程知識掌握的一種重要方式。單片機課程在我校以往都是以期末考試來評定，這容易導致：學生上課不積極，“玩手機”“打瞌睡”現象屢禁不止；平時學習狀態懶散，臨考前突擊、通宵，純粹的應付考試而考試；考試作弊現象嚴重等。

因此，對單片機課程提出了多種考核方式結合，提高學生學習的積極性，具體方式為：平時成績為10%(主要出勤率、遲到、早退、曠課、上課回答情況等構成)初始每個同學的成績都為60分、虛擬仿真課程10%、實驗20%(主要考核實驗完成情況、第二課堂項目作品等)，期末考試50%，各類競賽10%，此外，凡是參加各類競賽獲得省一等獎以上的學生期末可以申請免試，但必須參加“面對面”考核具體實施方案詳見表1。通過多種考核方式相結合，達到提高學生平時學習、參加各類競賽和申請項目的積極性，提高學生各方面的綜合能力。

表1 考核方法改革

2.4 引入課程地圖教學

通過以上的改革方案，制作成課程地圖[14-16]，如圖1所示。在第一次上課時，通過課程地圖的詳細講解，使得學生對本門課程應該學習的知識、上課流程、考核方式以及通過本門課程學習能提高哪方面的能力都有一個非常直觀的理解，學生可以對自己的課余時間做出更合理的安排，避免浪費大量的課余時間。同時，課程地圖也可用于新生入學教育，目前此措施已經在我校展開，具有良好的教學效果。

3 結 語

通過對單片機課程教學進行改革，形成了“教師主導，學生主體”的教學模式，將學生從以往的被動學習轉為主動學習，使得所學的理論知識在實踐中得到應用，提高學生的動手操作能力，非常符合應用型本科教學方案，能培養出企業真正需要的人才。其中本文所提出的“第二課堂項目”與“課程地圖”模式來促進教學的方式，也可在其他的課程中實施，相信會取得很好的效果。

[1] 陳 嬋.把造就應用創新人才擺上戰略地位[J].中國高等教育,2005(2): 25-26.

[2] 黃大明,秦鋼年,楊春蘭，等.提高實驗教學人才培養功能 適應創新人才培養[J]. 實驗室研究與探索,2011, 30(6):126-129.

[3] 曾小彬. 深化實驗實踐教學改革 提升應用型人才培養質量[J].實驗室研究與探索,2010,29(2):1-3.

[4] 謝維成,楊加國.單片機原理與應用及C51程序設計[M].3版.北京：清華大學出版社,2014.

[5] 李有光,聞 新,南 英.本科生AVR單片機實驗教學探索與研究[J].實驗室研究與探索,2015,34(9):216-218,276.

[6] 唐 續,趙芳斌,劉 曦,等.單片機與EDA綜合實驗教學整合的探索與實踐[J].實驗室研究與探索,2014,33(1): 252-254,270.

[7] 付興鋒,張常年,尹天光,等. 應用型本科人才培養中實踐教學體系的構建[J].實驗室研究與探索,2011,30(6):148-150.

[8] 吳中江,黃成亮.應用型人才內涵及應用型本科人才培養[J].高等工程教育研究,2014(2):66-70.

[9] 劉煥陽,韓延倫.地方本科高校應用型人才培養定位及其體系建設[J].教育研究,2012(12):67-70,83.

[10] 王秋平,李合祥,吳延東.多媒體教學在教學改革中的作用[J].實驗室科學,2007,26(6):176-177.

[11] 陳 敏.高校多媒體教室開放式管理的構建與探索[J].實驗室研究與探索,2014,33(5):244-247.

[12] 朱敏玲,張 偉,侯凌燕.基于Proteus的微機原理與接口技術教學改革[J].實驗室研究與探索,2016, 35(1):155-160.

[13] 方天紅,張升義.Proteus在“數字邏輯電路”課程項目驅動教學中的應用[J].實驗室研究與探索,2014, 33(4):195-197,285.

[14] 高敬陽,朱群雄,尤 楓,等.基于課程地圖的計算機專業本科培養方案的制訂[J].中國大學教學, 2015(12): 30 -35.

[15] 郭士清,莊 宇,顏兵兵.基于成果導向與課程地圖理念的高校課程規劃探究[J].高教論壇,2016(1):60- 63.

[16] 鞏建閩,蕭蓓蕾.臺灣高校課程地圖對大陸課程地圖發展的啟示[J].中國高教研究,2014(5):105-110.