以實踐能力培養為導向的單片機課程教學探索

摘 要：文章詳細闡述了安徽三聯學院單片機課程改革的經驗。該校以實踐能力培養為導向進行了一系列課程改革，初步形成了課內、課外相結合，以賽促學、賽教結合的培養體系。理論課一改過去傳統的教學模式，引入仿真技術，并采用案例教學，讓學生體驗、感悟知識。課外實踐充分發揮學生主觀能動性，提高學生運用知識進行創新實踐活動的能力。實踐也證明了這套培養體系對提高學生的實踐能力很有成效。

關鍵詞：實踐能力；單片機；課程

英國工程及科技學會（Institution of Engineering and Technology，IET）2013年度工程和技術技能與行業需求調查報告顯示，42%的受訪者認為工程技術人才的技能水平距離合理技能水平的差距越來越大，這種問題對新畢業的大學生來說更為突出[1]。2014年教育部已明確要求部分普通本科高等院校要向應用技術型大學轉型，培養應用型人才，注重學生實踐能力的培養。

單片機是電氣信息類專業中一門應用性較強的課程，在應用型人才培養計劃中有著至關重要的課程地位，它不僅銜接著整個專業計劃中的基礎課程與專業課程，同時也承擔著提高學生實踐動手水平，知識轉化為實際應用技能的教學任務[2]。近年來，很多高校圍繞著提高學生單片機應用能力，培養學生創新實踐能力這一目標進行了一系列課程改革，并取得了一些成果[3-4]。圍繞著這一目標，我們依據學校的實際情況也嘗試實行了一些改革措施，并初步形成了課內、課外相結合的培養體系。課內，優化單片機系列課程（包括單片機理論課、單片機實驗課和單片機綜合課程設計）的內容安排及教學手段，將實踐能力的培養融入每一個教學環節中。課外，通過“以賽促學”“以賽促教”的賽教融合的教學手段，形成“創新實踐平臺+學生創新小組”的創新工作平臺[5]。

1 課內培養體系

1.1 理論課引入仿真技術，采用案例教學

傳統的單片機理論課教學是灌輸式教育，以教師為主體，講完基礎理論知識，再舉一兩個例子，學生學完單片機這門課后，大部分還是懵懂狀態，不能靈活運用知識進行軟件設計，也不太懂硬件設計，這種滿堂灌的教學方式，很難調動起學生學習的積極性，更遑論培養學習的興趣了。為了改善這一情況，在教學內容的組織安排方面，我們設計了幾個項目作為案例，這些項目涵蓋了單片機大部分的知識模塊，如：鍵控花樣流水燈項目，涉及的知識模塊包括通用輸入/輸出端口、中斷管理，系統時鐘與控制、定時器；錄放音項目，涉及的知識模塊包括模數轉化器、數模轉換器、DMA控制器、系統時鐘與控制、定時器；數字時鐘項目，涉及的知識模塊包括LCD液晶驅動模塊、系統時鐘與控制、鍵盤。按照知識間的關聯關系和學生的認知規律，每一個項目都被分解成幾個小項目或小模塊，難易程度由簡到難，直至達到最終設計目標。此外，還設計了以此項目為基礎的拓展項目作為課后思考題，學生按自愿原則組成學習小組，每位小組推選出一名小組長負責協商，小組成員共同討論完成課后拓展。

以鍵控花樣流水燈為例，此項目的教學是這樣設計的，（1）先進行實物演示或仿真演示，讓學生獲得直觀的體驗。（2）講解通用輸入輸出端口的理論知識。（3）通用輸入輸出端口及C語言編程訓練：通過proteus演示項目“點亮發光二極管”，引導學生自行修改軟件設計讓發光二極管閃爍、奇偶交替亮以及實現簡單流水燈，并完成仿真。（4）加入中斷管理知識，做“鍵控流水燈”項目，使用按鍵控制流水燈。（5）加入定時器模塊，做“鍵控花樣流水燈”項目。使用定時器產生PWM控制發光二極管亮度。（6）課后拓展項目：“十字路口交通燈”。

課堂上借助仿真技術，讓學生直觀地觀測到在仿真環境下進行電路設計、程序編寫及系統調試，不需要任何成本，也不受時間和空間的限制，能充分發揮學生實踐自主性，留給學生更多的思考空間，對于培養學生獨立解決問題的能力有很大幫助[6]。我們在理論課中引入了仿真技術，一方面教師可利用仿真技術在課堂上做仿真演示，讓學生有比較直觀的感官體驗。另一方面，也給學生布置了一些小題目，要求學生課后完成一些小設計并進行仿真調試，充分培養學生自主學習及靈活運用知識解決問題的能力。

通過引入仿真技術，采用案例教學，既方便學生理解掌握理論知識，也增加了課程的趣味性，提高了學生學習的積極性。為后續開展的實踐教學打下堅實的基礎。

此外，在上理論課的時候，我們設計的例題也會用不同型號的單片機，講解時結合TI官方給的相關數據手冊和使用指南，在講解理論的同時，也教會學生如何查找相關數據，并學會使用英文參考文獻，為以后的實踐和工作打下基礎。為方便部分接受比較慢的學生的學習，我們還特地錄制了一些實踐教學的微視頻，放在學院的網絡教學平臺供學生下載自學。

1.2 實驗課緊密結合理論課

很多高校的實驗安排都是理論課結束后才開始實驗課，此舉或許能夠防止實驗開在了理論課前，但實驗課的作用卻被弱化了。我們的實驗課是授課老師根據實驗課和理論課的內容安排，自己跟教務人員溝通安排的，確保實驗緊跟在理論后面。實驗可以給學生更為直觀的體驗，更有助于學生對理論知識的理解，也為后面的學習打好基礎。在實驗項目安排上，每個實驗不僅有基礎性的項目，也有按難度遞進的設計性項目，對知識掌握水平不同的學生在課上都能盡“力”而為。

1.3 課程設計

指導教師按1∶1.5的比例給出設計題目，學生根據自己的興趣選擇設計題目，在完成基本要求的同時，學生可以自由發揮，對項目進行改進，鼓勵學生發揮自己的創新能力。

2 課外培養體系

2.1 引導學生建立了自己的團體組織—“電子協會”

“電子協會”是由學院的電子愛好者建立的，自主管理，同高校其他社團組織一樣，每年都會招新，這樣各個年級的會員就形成了梯隊，充分發揮了傳幫帶的作用，也形成了良性循環的培養體系。

2.2 創新實驗室實行開放性管理

學院建有創新實驗室，給學生提供了創新實踐活動的場地和一些必要的實驗儀器設備。創新實驗室實行開放性管理，由實驗教師與“電子協會”共同管理，“電子協會”明確值班人員，實驗教師配合管理，這種管理模式提高了學生的自主能力。創新實驗室開放管理模式為學生自主學習和創新提供了條件，讓學生有了一種“主人翁”的感覺，從被動地接受知識的灌輸轉變為自主的學習、思考，從而培養他們自覺地發現問題、解決問題的良好習慣[7]。

2.3 組織學生參加各類比賽，激發學生的興趣

為了給學生提供充分的參與機會，學院自己主辦了電子設計大賽。自2015年“惠而浦”杯電子設計大賽以來，逐步規范了院級“電子設計大賽”，每年舉辦一次，分初賽和決賽兩場，初賽采用卷面考的方式，決賽采用設計并制作實物的方式。總的參賽人數達到學院總人數的50%。除此之外，還可以參與校內其他學院主辦的相關賽事，譬如，交通學院的“交通設計大賽”，機器人學院的“機器人大賽”等。通過這些校級比賽選拔學生參加各種其他國家級、省級的比賽。近年來，安徽三聯學院每年都會組織學生參與多項國家級、省級賽事，譬如，TI杯電子設計大賽，“互聯網+”大學生創新創業大賽、安徽省機器人大賽、安徽省大學生創新創業訓練計劃項目，國家級大學生創新創業訓練計劃項目等，并取得了不錯的成績。

3 結語

經過一系列的改革，我們已初步形成了課內、課外相結合，以賽促學、賽教結合的培養體系，通過這一培養體系引導學生主動融入體驗知識、感悟知識、運用知識和創新實踐這一過程，學生實踐能力得到明顯的提高。以電子信息工程專業為例，目前在校生共有6個班，截至2018年10月份，已獲得安徽省大學生創新創業訓練計劃項目立項3項，國家級大學生創新創業訓練計劃項目立項2項，TI杯電子設計大賽安徽省賽二等獎一項，“互聯網+”大學生創新創業大賽安徽賽區銀獎一項。

[參考文獻]

[1]徐麗萍.轉型背景下的應用型本科院校實踐教學改革探討—以安徽三聯學院為例[J].科教文匯，2017（28）：64-66.

[2]謝云，王艷，馬逸新.應用型人才培養需求下單片課程教學改革[J].中國現代教育裝備，2016（247）：63-66.

[3]李曉梅.單片機課程教學改革的研究與探索[J].大連大學學報，2018（39）：130-133.

[4]金國華，沈小艷，滕君華，等，單片機課程設計中實踐創新能力的分層培養[J].實驗室科學，2016（19）：142-145.

[5]程闊.訓賽融合在“自動線安裝與調試”課程教學的應用[J].吉林省經管理干部學院學報，2017（2）：116-118.

[6]董紅生，秦雯，劉青，等.Protues仿真再單片機綜合實踐教學中的應用探討[J].中國教育技術裝備，2015（2）：152-154.

[7]孫長偉，王艷春，黃迎輝.以學生工程實踐能力培養為導向的單片機技術課程改革[J].白城師范學院學報，2018（3）：27-31.