單片機原理及應用課程工程教學方式改革

張巧杰　楊秀媛

摘要：首先分析單片機原理及應用課程教學改革的必要，列舉出工程式教學改革的優點，提出工程式教學改革應從課程體系改革、教學內容改革、教學模式改革、教學方法和手段改革、評價與考核方式等五方面入手，討論了工程教學改革過程中存在的問題，最后總結了課程改革的經驗。

關鍵詞：單片機；工程教學改革；課程改革

中圖分類號：TM615 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）10-0093-02

一、單片機原理及應用課程教學改革的必要性

電氣工程及其自動化專業以工程教育為主線，課程教學與實踐教學體系的設置充分考慮培養學生的工程實踐能力和開拓創新能力。以工業電氣自動化為專業方向，以新能源及節能技術應用為專業特色，將新能源及節能技術和電氣控制技術結合，注重在工程技術方面的實踐技能和動手能力的培養。單片機原理及應用是電氣工程及其自動化專業的一門重要專業基礎課、必修課、核心課，教學上以單片機結構及應用設計為主，要求學生在理解單片機原理和結構的基礎上，掌握常用電氣設備接口控制線路原理及微機控制技術，為后續課程設計、學科競賽、專業實習、畢業設計等環節做準備，也為以后從事電氣系統微機控制技術打基礎。單片機系統結構抽象、指令繁多、獨立編寫程序難度指數較高，令初學的學生望而生畏，嚴重挫傷其學習積極性和自覺性。為了解決這些問題，各高校紛紛進行教學改革。經過調研，高校卓越工程班紛紛推行工程式教學，單片機教學都由傳統式教學轉變為案例式教學、工程式教學模式，將單片機理論與實際應用相結合、教學與工程實踐相結合、書本知識與操作技能相結合，不斷啟發學生思考、理解工程案例的信息，培養學生勤于思考、獨立思考，鍛煉其動手能力，為PLC、DSP等微處理器課程學習打下基礎，也為微控制器類課程設計、畢業設計等實踐環節培養了動手操作技能；同時，工程式教學能夠彰顯辦學特色，夯實基礎理論，拓展知識面，培養實踐動手能力強、具有創新意識的應用型高級專業人才，完全符合應用技術型大學的培養目標。

二、單片機原理及應用課程教學改革的內容

1.課程體系改革。打破傳統課程體系設置。根據工程教育改革思路，構建基本理論與實踐內容相結合、創新教育與工程要求相結合、理論知識與操作技能相結合的課程體系。

2.教學內容的改革。在考慮教學大綱的前提下，一方面通過對企業和科研單位走訪調研，了解他們對單片機人才需求狀況，向企業技術人員了解單片機工作崗位需求；另一方面可以通過人才招聘會，了解企業對單片機人才的需求狀況、需求的能力；然后分析總結這些需求，結合課程大綱要求，形成若干個教學項目，再把每一個教學項目分解為若干個學習任務，最后形成以市場需求為導向、以項目內容為驅動、將理論知識與實踐操作能力培養相結合的教學內容。

3.教學模式改革。工程式教學模式中教室有雙重功能，既是講課的教室也是實驗室，邊講變練，將教、學、練緊密結合起來，即使有沒聽明白、理解不透徹的內容，也可以通過動手練習，從試驗中反芻理解理論知識。學生在課堂上不僅學習單片機原理，其單片機設計與開發等能力也得到訓練。工程式教學模式讓學生在實踐中學，在實踐中練，通過實踐先獲得第一感知，然后透過現象理解理論本質，尊重實踐結果，培養科學態度，掌握基本的科學實驗方法，培養綜合運用理論知識解決工程實際問題的能力，為學生畢業與就業的“零距離”對接奠定基礎。

4.教學方法和手段的改革。在工程式教學模式中，根據不同的工程案例，可用的教學方法和手段多種多樣，比如任務驅動法、小組合作討論及案例教學法、項目驅動教學法等。相對于傳統講授式教學法，學生“學中做、做中學”，更加自由，不再拘泥于傳統的被動聽課，可以查閱資料、總結資料，可以分組討論，可以設計硬件、編寫軟件，盡可能發揮自己所長，學習更加輕松。在此過程中，學生的創新能力、實踐動手能力得到提升，特別是團隊合作精神得到鍛煉。在單片機實訓平臺上，單片機的內部資源和外圍器件采用任務驅動教學法、示范模擬訓練教學法、小組討論教學法等，單片機系統設計和開發內容采用研討問題教學法、項目驅動教學法，從而使學生按照點、線、面逐漸遞進掌握單片機原理及應用。

5.評價與考核方式改革。傳統的考核方式以期末考試為主，有些內容死記硬背，部分學生靠考前突擊，并寄希望于教師考前畫重點，限制了學生的學習范圍，知識面窄。為了促進學生學習的積極性、主動性，全面客觀地考查學生的知識掌握情況，采用過程評價與課程期末總評評價相結合的方式，過程評價根據學生在學習過程中的表現、學習成果等進行任務評價，根據每個項目或者知識點預習情況、課堂參與分組討論情況、提出的解決方案或編出的程序質量、同組成員的認可情況等綜合考慮各種因素后給出過程評價。為了學生能綜合運用單片機知識，把所學知識轉化為能力，為將來工作中工程實踐做準備，當所有教學項目完成后布置一個實戰題目作為課程期末評價。過程評價與課程期末評價的成績比重為6∶4甚至更高。

工程式案例是從實際工程中提取出來的實際案例，具有工程多樣化、復雜化的特點，每個學生給出的解決方案也各不相同。讓同學們展示自己的設計方案和調試結果，老師給予中肯的評價和肯定，及時肯定學生的努力。盡力做到同一案例有不同解決方案，讓學生動腦分析每種方案的優劣，在對比中復習知識點，溫故而知新。觀察同學參與工程案例分析、討論情況，對工程問題考慮全面情況、總結發言情況以及在項目完成過程中承擔任務情況、報告撰寫情況，綜合這些因素給出每個項目個人過程評價成績；對比所有同學的完成情況，根據小組獨立完成情況及努力程度給出一個小組過程分數；每個同學的過程分數由個人過程分數和小組過程分數組成。過程評價與期末課程評價的成績比重為6∶4。假設共分析7個工程案例，則每個學生的最后成績為：[（（個人過程分數+所在小組過程分數）/7]×60%+課程期末評價成績×40%。

三、單片機原理及應用課程改革遇到的問題

1.工程案例選擇問題。工程案例選擇既要和教學大綱保持一致，又要考慮學生基礎情況，經過一年一年實踐錘煉，不斷補充不斷修改，基本能夠有效涵蓋所涉及的知識點，也適當地給學生留出足夠的自由發揮空間，激發學生的創新思維。案例的內容圍繞課程知識點設計，并且擴展設計空間，逐漸加深設計難度，體現出層次差異，并與以前所學知識具有一定的結合性，承前啟后，體現知識的系統性，從而促使學生對所涉及知識點能深入理解和靈活運用。

2.硬件電路板的調試安裝。工程教學離不開實驗室，但又不能完全在實驗室進行，因為工程教學中工程案例的調試必須在實驗室進行；工程原理的講解、學生分組討論、展示自己的設計方案、設計成果最好在教室進行（這個之前做過嘗試，由于實驗室被實驗裝置隔離成一個個小單元，交流問題缺乏眼神交流，效果欠佳）。這就要求支撐工程教學的硬件電路板，部分時間要帶到教室去，既要實現教學案例功能，又要方便攜帶。教室里受電源限制，硬件電路板必須提供方便的電源接口。另外教室里環境不如實驗室，沒有專門的防靜電措施，電路板要求更加穩定耐用。諸多情況給電路設計提出了更高的要求。

單片機原理及應用課程工程教學方法改革，用工程式教學取代傳統“填鴨式”教學，教學內容更加貼近工程實際，教學方法和手段更受學生歡迎，理論聯系實踐，學習理論的同時培養了工程實踐能力。考核模式更加自由合理，學生無須在期末考試的壓力下背書背題，在平時完成一個個工程作品中，學習了理論，提高了實踐動手能力，學會了團隊合作，綜合能力得到顯著提高。工程式教學方法，學生邊學邊練，循序漸進，學習方式更加自由隨意，符合當代學生的學習心理，收到良好的學習效果。

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