面向應(yīng)用型人才培養(yǎng)的單片機(jī)原理與應(yīng)用課程教學(xué)改革研究

林木泉，許俊杰，鄭洪慶

（閩南理工學(xué)院，福建 泉州362700）

0 引言

應(yīng)用型人才培養(yǎng)是近年來國家人才培養(yǎng)戰(zhàn)略調(diào)整的一項(xiàng)重要舉措，這也是地方本科高校服務(wù)區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的有效手段和途徑。培養(yǎng)適應(yīng)社會需求的人才是應(yīng)用型本科教育體系的重中之重，該模式下實(shí)踐技能的培養(yǎng)尤為重要。

如今電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，生活中包含單片機(jī)的電子產(chǎn)品幾乎無處不在。單片機(jī)技術(shù)已成為一個重要的技術(shù)領(lǐng)域，“單片機(jī)原理與應(yīng)用”課程也是電子、通信和電氣等專業(yè)的核心教學(xué)內(nèi)容。對于高校而言，應(yīng)用型人才的培養(yǎng)落實(shí)到最底層，即是具體的課程教學(xué)。基于此，本文對“單片機(jī)原理與應(yīng)用”課程進(jìn)行研究。

1 課程教學(xué)現(xiàn)狀分析

傳統(tǒng)單片機(jī)課程的教學(xué)方法是以教材為載體，對理論知識分章節(jié)分模塊講解，不可否認(rèn)在配合實(shí)驗(yàn)課程的情況下能取得一定的教學(xué)成果，但是在此種教學(xué)方式下培養(yǎng)的學(xué)生基本無法直接參加學(xué)科競賽或者參與項(xiàng)目開發(fā)。傳統(tǒng)教學(xué)方法的弊端具體體現(xiàn)在以下幾個方面：

（1）側(cè)重理論教學(xué)。傳統(tǒng)教學(xué)方法中，教師根據(jù)教材整理出來的理論知識要點(diǎn)，因其抽象而無法形象表達(dá)，因此無論講的多詳細(xì)，學(xué)生始終始終覺得難以理解，進(jìn)而導(dǎo)致部分學(xué)生產(chǎn)生上課玩手機(jī)或者睡覺等行為，實(shí)際也從側(cè)面反映該課程未能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和主動性。

（2）實(shí)踐缺乏創(chuàng)新。傳統(tǒng)教學(xué)方法中的實(shí)踐教學(xué)主要依靠實(shí)驗(yàn)室的專業(yè)實(shí)驗(yàn)箱來完成，授課教師按照實(shí)驗(yàn)手冊安排實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，多是單一性的驗(yàn)證性的實(shí)踐，且手冊已經(jīng)提供了完整的實(shí)驗(yàn)思路和操作流程，甚至提供了完整的實(shí)驗(yàn)代碼，學(xué)生處于被動接受狀態(tài)，按部就班即可完成，實(shí)驗(yàn)過程缺乏創(chuàng)新性、設(shè)計性，未能起到鍛煉學(xué)生實(shí)踐能力的作用。另外，實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)箱也不方便隨時外借，無法滿足學(xué)生隨時學(xué)習(xí)的需求。

（3）考核方式單一。傳統(tǒng)考核方式主要以筆試為主，以筆試成績?yōu)橹鞯脑u分標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)致學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中就是囫圇吞棗，不加思考，在考試前突擊復(fù)習(xí)，死記硬背。以應(yīng)付考試為目的的記憶基本在考試完后就忘記了。

2 課程改革策略分析

針對以上在傳統(tǒng)的單片機(jī)課程教學(xué)中出現(xiàn)的弊端，本文提出一種適用于應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式的高校學(xué)生的單片機(jī)課程教學(xué)方法。

2.1 大綱的修訂和教材的選取

大綱是課程的紀(jì)要性文件，需要適應(yīng)發(fā)展需求。教師通過市場調(diào)研來了解相關(guān)崗位對學(xué)生掌握單片機(jī)能力的要求，結(jié)合社會需求修訂教學(xué)大綱，形成和完善創(chuàng)新應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式。宜選擇應(yīng)用型、項(xiàng)目式教學(xué)的教材。

2.2 采用項(xiàng)目式教學(xué)

項(xiàng)目式教學(xué)法，這是課程教學(xué)改革的重點(diǎn)。單片機(jī)原理及應(yīng)用課程采用項(xiàng)目式教學(xué)法，有助于學(xué)生將理論與實(shí)踐相結(jié)合，綜合鍛煉學(xué)生分析問題、解決問題的能力。一個完整項(xiàng)目包括需求分析、技術(shù)設(shè)計、功能測試等流程。讓學(xué)生參與項(xiàng)目開發(fā)的全部流程，有助于快速提升學(xué)生的職業(yè)技能。這是一個以項(xiàng)目為載體，以學(xué)生為主力，教師指導(dǎo)的教學(xué)活動。

實(shí)施過程分三個階段。

第一階段，前期準(zhǔn)備。教師需對傳統(tǒng)的單片機(jī)課程知識進(jìn)行熔煉，查閱相關(guān)資料，把實(shí)際工業(yè)場景經(jīng)過適當(dāng)?shù)募庸ず透淖兪怪蔀檫m用于該課程的項(xiàng)目教學(xué)，比如交通燈控制系統(tǒng)、機(jī)械手控制系統(tǒng)、超聲波測距系統(tǒng)以及恒溫控制系統(tǒng)等。學(xué)生需要提前對每一個項(xiàng)目進(jìn)行相關(guān)資料的查閱，保證上課之前至少有該項(xiàng)目基本的概念。

第二階段，項(xiàng)目實(shí)施。以恒溫控制系統(tǒng)為例，具體說明項(xiàng)目教學(xué)法在教學(xué)改革中的應(yīng)用。

項(xiàng)目名稱：恒溫控制系統(tǒng)

相關(guān)理論：溫度傳感器DS18B20的原理；單總線通信協(xié)議；數(shù)碼管顯示原理；機(jī)械按鍵消抖原理；繼電器驅(qū)動電路。

實(shí)驗(yàn)環(huán)境：實(shí)驗(yàn)室，或者學(xué)生自主購買的開發(fā)板。

實(shí)驗(yàn)分組：三人一組，根據(jù)個人愛好優(yōu)先原則，分配一人負(fù)責(zé)硬件，做電路設(shè)計、一人負(fù)責(zé)軟件，程序編寫，一人負(fù)責(zé)文檔撰寫。各類電子設(shè)計競賽組隊(duì)要求也是三人一組。學(xué)生根據(jù)項(xiàng)目再進(jìn)行任務(wù)的細(xì)化分配。在項(xiàng)目實(shí)施過程中，教師實(shí)時跟進(jìn)，根據(jù)各組實(shí)際情況進(jìn)行針對性指導(dǎo)。

項(xiàng)目評價：對項(xiàng)目成果進(jìn)行展示，每一組由代表進(jìn)行演示，需要對電路的設(shè)計原理和程序框架及關(guān)鍵代碼進(jìn)行說明，說明設(shè)計過程中遇到的問題以及解決辦法。由其他學(xué)生和教師共同評分，最后由教師根據(jù)每一組完成的實(shí)際情況（綜合考慮項(xiàng)目完成度、采用的方法、步驟等）給出最終成績。

第三階段，項(xiàng)目總結(jié)。在課程結(jié)束后，把該教學(xué)方式與傳統(tǒng)教學(xué)方式培養(yǎng)出來的學(xué)生進(jìn)行對比，挖掘出該教學(xué)方式對學(xué)生掌握理論知識和提升實(shí)踐技能的優(yōu)缺點(diǎn)，在下一學(xué)期的課程中有目的的進(jìn)行調(diào)整、優(yōu)化。

2.3 鼓勵學(xué)生積極參加學(xué)科競賽和參與項(xiàng)目實(shí)踐

鼓勵學(xué)生參大學(xué)生電子設(shè)計大賽和大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)競賽以及“挑戰(zhàn)杯”等各類國家級、省級、校級的與該課程相關(guān)度高的比賽，鼓勵學(xué)生參與校企合作橫向科研項(xiàng)目，鼓勵學(xué)生進(jìn)行發(fā)明、實(shí)用新型專利的申請。通過參加比賽和參與項(xiàng)目所獲得的經(jīng)驗(yàn)更豐富，能力提高也更快。

3 課程改革實(shí)施案例

以本校電子信息工程專業(yè)的三年級學(xué)生為對象，在授課過程中應(yīng)用項(xiàng)目式教學(xué)法。按照前面提到的三個階段統(tǒng)籌規(guī)劃，在第二階段的項(xiàng)目實(shí)施部分，將授課過程中歸納為3個環(huán)節(jié)。

第一環(huán)節(jié)為基礎(chǔ)部分。一共3個項(xiàng)目，第一個項(xiàng)目是Keil和軟件的應(yīng)用，第二個項(xiàng)目是按鍵更改數(shù)值，第三個項(xiàng)目是密碼鎖。涉及的內(nèi)容包括單片機(jī)最小系統(tǒng)、IO端口配置、數(shù)碼管靜/動態(tài)顯示、LCD液晶顯示、LED指示，驅(qū)動蜂鳴器等。

第二環(huán)節(jié)為模塊部分。一共3個項(xiàng)目，第一個項(xiàng)目是定時秒表，第二個項(xiàng)目是人流量統(tǒng)計，第三個項(xiàng)目是上位機(jī)顯示溫度。涉及的內(nèi)容包括單片機(jī)的定時器/計數(shù)器、自定義通信協(xié)議、串口、中斷系統(tǒng)、人體熱釋電感應(yīng)傳感器，DS18B20溫度傳感器。

第三環(huán)節(jié)為綜合部分。一共3個項(xiàng)目，第一個項(xiàng)目是電壓預(yù)警系統(tǒng)，第二個項(xiàng)目是恒溫控制系統(tǒng)，第三個項(xiàng)目是無線環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)。

在本次課程改革中不使用Proteus軟件仿真軟件，學(xué)生人手一塊教師繪制并寫好配套例程的51單片機(jī)開發(fā)板，這個開發(fā)板可完成該課程全部項(xiàng)目。Proteus軟件僅作為一種補(bǔ)充的教學(xué)手段。

每個項(xiàng)目大概4到8個課時。第二環(huán)節(jié)和第三環(huán)節(jié)的項(xiàng)目可根據(jù)實(shí)際情況微調(diào)整。在機(jī)房授課，先進(jìn)行理論知識點(diǎn)的講解后學(xué)生直接動手操作。

4 教學(xué)改革實(shí)踐成果

選擇電子信息工程專業(yè)的兩個班級（以下簡稱1班和2班）各30名學(xué)生，分別進(jìn)行項(xiàng)目式教學(xué)與傳統(tǒng)教學(xué)的實(shí)驗(yàn)的對比，A班學(xué)生采用項(xiàng)目式教學(xué)，B班采用傳統(tǒng)教學(xué)方法。在學(xué)期末的時候，根據(jù)A班學(xué)生學(xué)習(xí)的實(shí)際情況，設(shè)定項(xiàng)目題目——基于51單片機(jī)的電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計。學(xué)生自主查閱相關(guān)資料，3人組成一個隊(duì)伍，每個班級10個隊(duì)伍，以隊(duì)伍為單位各自選擇方案，并進(jìn)行電路圖的繪制和C語言編程實(shí)現(xiàn)功能。整個環(huán)節(jié)只有在學(xué)生遇到疑問而查資料又無法解決的情況下，教師才參與指導(dǎo)。這個環(huán)節(jié)內(nèi)，充分調(diào)動了學(xué)生的主動性、學(xué)習(xí)興趣。

經(jīng)過一學(xué)期的項(xiàng)目式教學(xué)法教學(xué)實(shí)踐的A班學(xué)生與傳統(tǒng)教學(xué)方式教學(xué)的B班學(xué)生對比，項(xiàng)目完成度更高。表1是兩個班級量化對比的結(jié)果。學(xué)習(xí)興趣的量化標(biāo)準(zhǔn)是課堂表現(xiàn)，以及和老師交流的次數(shù)進(jìn)行綜合評價。查閱資料能力量化標(biāo)準(zhǔn)是項(xiàng)目完成過程提供的參考文獻(xiàn)和對參考文獻(xiàn)的理解，以及參考文獻(xiàn)的種類和出處進(jìn)行綜合評價。動手能力量化標(biāo)準(zhǔn)是電路板焊接的美觀程度、代碼編寫的規(guī)范程度和功能實(shí)現(xiàn)的完整度來綜合評價。

表1 學(xué)生學(xué)習(xí)狀況及能力培養(yǎng)情況對比統(tǒng)計表

從表1可以看出，項(xiàng)目式教學(xué)下A班的學(xué)生學(xué)習(xí)興趣更高，項(xiàng)目完成情況更好。動手實(shí)踐能力和查閱資料的能力也更強(qiáng)。因此，項(xiàng)目式教學(xué)法在一定的環(huán)境下是優(yōu)于傳統(tǒng)教學(xué)方法的，更有利于培養(yǎng)應(yīng)用型科技創(chuàng)新人才。

5 結(jié)束語

應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式的落地最終在于課程的改革，針對單片機(jī)原理及應(yīng)用這門課程，項(xiàng)目式教學(xué)法是一種創(chuàng)新性、有效的新的教學(xué)模式，該模式下培養(yǎng)出來的學(xué)生，學(xué)習(xí)的積極性和主動性有了很大提升。該模式有利于培養(yǎng)學(xué)生自主分析問題、解決問題以及團(tuán)隊(duì)協(xié)作的能力，是比較理想的教學(xué)模式，希望該方法能夠應(yīng)用到更多的課程教學(xué)實(shí)踐中。