“互聯網+學科競賽”為導向的單片機課程群教學模式改革實踐

雷曉春 俸皓 陳俊彥

摘要：以模塊化知識點為教學內容，以構建單片機為核心的應用為教學目標的傳統單片機系列課程的教學模式已經漸漸跟不上時代的發展。文中提出了以互聯網+學科競賽為導向，以大學生創新創業項目和各類學科競賽為平臺開展項目式、跨課程、多學科交叉的單片機系列課程教學實踐，激發了學生的創新創造能力，適應解決復雜過程問題的人才培養的要求。

關鍵詞：單片機課程群;互聯網+;學科競賽

1.引言

在“互聯網+”的浪潮席卷一切的背景之下，隨著物聯網時代的到來，單片機作為感知層設備的主要計算部件，國內外各大企業紛紛投入巨資加快了單片機及其應用產品的研發，由此導致了單片機人才的需求猛增;2015年，針對德國工業4.0，我國提出了具有中國特色的制造業發展戰略綱領《中國制造2025》， 單片機作為各種自動化機電系統的主要控制器之一，其原理與應用不僅成為了計算機專業的學生必須掌握的知識，同時也對計算機專業學生的基于單片機的智能自動化系統設計能力提出了更高的要求[1]。

2.傳統教學方式的缺陷

很多專家學者都對各種類型的單片機課程如《單片機原理與應用》、《單片機原理與接口技術》的理論和實踐環節進行了全面深入的研究，從發表的教學研究論文的數量和質量上來看，取得了較為豐碩的成果。但是這些研究，大多是從課程自身出發，設計教學目標與對應的教學方法，評價指標也僅僅設置為本課程所包含知識點的接受程度，較少的把單片機課程作為整個計算機應用系統中的一個環節，從更高的層面進行考察[2]。這導致了在課程結束之后，即使最好的學生，也只能達到以單片機為核心構建簡單應用的程度。

這是由于在傳統的教學方式中的單片機應用系列課程的教學目標，基本上分為兩級。第一級目標將課程分解為單片機基礎知識，中斷技術、接口技術、匯編語言程序設計等模塊，針對每個模塊的特點和自身需要構建理論和實踐相關的教學項目。第二級目標主要培養學生綜合應用單片機的相關知識解決實際工程問題的能力，如多用途信號發生器設計、智能交通燈控制系統設計等，鍛煉學生在解決工程問題過程中的學習能力。在以前的以單機應用或簡單的網絡應用時代，這樣的培養目標沒有顯示出嚴重的缺陷，但是隨著“互聯網+”時代的到來，如何將單片機應用嵌入到各類以4G或光纖網絡互聯的復雜應用中，使之成為一個復雜工程應用中的一個有機的組成部分，成為了擺在教師和學生面前的一道共同的難題[3]。

3.學科競賽為導向的單片機課程群建設及實踐

為使學生具備開發基于單片機的互聯網應用的能力，更大程度上獲得創新創業活動中所需要的專業技術知識技能，我們提出并開展了以OBE理念為導向，以CDIO三級項目教學理論為基礎的單片機課程群建設實踐。

首先圍繞單片機系列相關課程如《匯編語言》、《微機接口與應用技術》、《單片機原理與應用》、《嵌入式系統》等展開課程群的建設。課程群中的課程，通過修訂教學大綱、充實教學資源，加強課程之間的銜接，明確各自的目標，形成教學合力。

其次，依托學科競賽和創新創業平臺，開展以學科競賽為導向的課程建設實踐。課程群中的各門課程，從時間上基本覆蓋了1-3年級，這也是整個大學期間學生最具有學習熱情和創造力的階段。我們在具體的實踐之中，首先從低年級起，就鼓勵學生在學長的帶領之下，參加各類學科競賽。其次，在課堂教學之中，也與學生開展競賽項目的討論。對于低年級課程中的學生，討論以較為成熟的獲獎項目為主，而對于高年級的學生，則使用正在進行中的項目開展討論，以此調動學生的積極性，激發創造力。

最后，我們根據CDIO三級項目教學理論，依托各種學科競賽和創新創業平臺設置了相應的教學項目。在傳統教學過程之中，學生被分為好、中、差三類，然后因材施教。而我們嘗試根據課程群之中的表現，將學生進行了新的三分類：沒有創意基礎弱的學生、有創意但基礎較弱的學生或是基礎較好但缺乏創意的學生、有想法且基礎較好的學生。根據新的學生分類，我們構建了CDIO三級教學項目。

第一級項目來自于傳統實踐項目的互聯網化改造，強調了應用系統的互聯互通的能力，如基于單片機的智能時鐘系統，即在傳統的單機萬年歷時鐘系統中加入天氣、實時時鐘校準等互聯網功能，從而在不大幅度增加工作量和難度的前提下，培養學生的互聯網項目開發能力。第一級項目適合第一類學生。第二級項目針對第二類學生設置，該類項目以更加重視創意的各級創新創業平臺的為項目的實施背景，涵蓋了項目的申請、立項、開展、驗收整個過程，在培養能力的同時，能夠更好的加深學生對整個產業鏈的了解。針對第三類學生的第三級項目，就是各類學科競賽。這些競賽不僅涉及了產、學、研的各個環節，對教學改革、課程更新和創新人才培養也起到了重要的推動作用。競賽為參賽的指導老師提供了更廣泛的交流學習的機會;對學生而言，通過競賽強化了學生的創新能力、實踐能力與表達能力，推動了學生基于問題、案例和項目的自主學習，進一步縮小了高校教育與企業需求的差距。同時，這些創新創業活動和學科競賽往往涉及到多學科交叉及合作的問題，進一步強化了學生在復雜環境下解決復雜工程問題的能力。

在近三年的實踐之中，截止至3年級上學期，我院計算機專業學生中平均每年獲得單片機等硬件相關的廳級以上創新創業項目立項8項，省部級競賽獲獎20余項，國家級競賽獲獎15項，覆蓋了近70%的計算機專業學生。

4.結論

隨著各類“互聯網+”學科競賽的蓬勃開展和CDIO模式的提出為計算機專業的教育教學提供了很好的應用型轉型發展的平臺和環境及理論支持。單片機系列課程教學的改革已勢在必行。我們應當抓住機遇，利用所有的有利因素，進行全方位的深入教學改革，有必要利用“互聯網+”的優勢建設更為合理的單片機系列課程群。

參考文獻

[1]閆哲， 郝天聰. 德國應用科學大學的發展歷程、改革趨勢及其啟示[J]. 教育與職業， 2018（8）：87-91.

[2]劉雪梅， 章海亮. 物聯網技術下的單片機教學——評《單片機應用技術實例》[J]. 中國教育學刊， 2017（08）：126.

[3]陳浙. 單片機教學的春天——創客教育在單片機教學中的應用[J]. 現代職業教育， 2017（30）.