“單片機原理與應用”課程教學改革研究

王通 朱士虎

摘要：在“單片機原理與應用”課程教學中，應以創新的理念為基礎，與科技發展前沿相結合，要做到理論與實踐相結合。針對在目前的教學中存在的人才培養模式傳統化、課程體系安排不規范、課程教材選擇不創新、學習評價方式不全面的情況，對課程教學的多方面進行探索與改革，提出相應的可行性方案，完善該課程的教學實施，已達到了提高學生的實踐與創新能力的效果，并且形成了相應的可推廣的教學改革方案。

關鍵詞：單片機;教學改革;實踐;創新

單片機是指采用數字處理和微電子技術、集成技術等相融合的一種控制器，與PLC、ARM、DSP等數字處理控制器擁有相類似的功能和作用;單片機內部集成了微處理器、定時計數器模塊、數據存儲器、通信模塊、輸入輸出接口模塊甚至模數轉換模塊等;根據單片機種類不同、型號不同，其功能也不盡相同;單片機根據處理速度不同分為4位、8位、16位、32位和64位等，一般64位及以上的單片機又可以成為ARM。[1]“位”值越大，單片機處理的速度便越快。

目前，單片機廣泛應用于通信、家電、儀表、工業、軍事、宇航等各個領域，而“單片機原理與應用”是很多高等院校電氣自動化、電子信息工程、通信工程等專業學習的基礎課程，也是一門工程、實踐和應用性很強的學科。但在課程教學中，現有教學模式存在弊端，沒能充分發揮學生的自主學習性和創新性思維。體現為教學與實驗出現脫節，枯燥的基礎知識和抽象的理論會使學生產生畏難情緒并逐漸喪失學習興趣。因此，有必要對“單片機原理與應用”課程進行教學改革，以激發學生學習興趣、提高課程教學質量，最終培養出適應社會需求的應用型、創新型人才。

一、課程教學存在的問題

目前，“單片機原理及應用”課程教學中存在以下幾個方面的主要問題：

（一）教學方式傳統化

“單片機原理與應用”對實踐性、工程性和應用性的要求都非常強。新一輪高校課程改革強調以學生為主體，采用探究式教學方法;但大部分教師還是習慣用傳統的灌輸式教學方法，使得目前還是把理論教學置于課程教學的主體位置，對實踐重視不夠，忽視了“單片機原理與應用”這門課程實踐為上的教學目標，對學生動手能力、創新能力的培養不足，很難培養出具有創新精神和實踐能力的人才。

（二）課程體系安排不合理

“單片機原理及應用”課程突出了典型與實用兩個特質，是實踐性非常強的課程。學習理論的過程中要與大量的實踐相結合，幫助學生理解和掌握，而目前課堂教育很多以PPT的形式授課，教學方式單一、內容抽象枯燥。此外，實驗多為驗證型實驗，實驗時通常依照實驗指導書在現有的實驗箱完成連線，將現成的程序編譯好下載到單片機并操作相關的按鈕，很多學生不積極思考實驗電路結構和實驗原理，也不清楚實驗代碼編寫和修改。上完實驗課，學生雖然完成了實驗，觀察到了實驗現象，很多學生甚至都不清楚該實驗用到了哪些理論知識[2]。通過這種類型的實驗課學習，學生收獲有限，仍然無法將理論知識應用到實際單片機系統的設計中。

（三）教材選擇不與時俱進

隨著科學技術的發展，基于單片機的技術應用、工程應用也日新月異，從20世紀80年代，由當時的4位、8位單片機，發展到現在的16位、32位的高速單片機。課程教學在缺乏實踐與工程實例的情況下，學習相對枯燥抽象的理論知識，會導致學生理解難度加大，新技術與新應用又沒有及時跟進學習，對學生的創新性培養會造成很大的影響。面對不斷發展的單片機技術革新，有些高校多年使用相同或相似的教材，教材更新明顯滯后，已經滿足不了當前的技術發展要求。

（四）課程考核方式不全面

普遍存在的問題是課程考核評價方式不科學不全面，很多高校仍然以考試成績作為評價標準，衡量一個學生所學所掌握的只側重于理論分數，許多學生為了獲取高分將多數時間花在理論理解與記憶上，甚至壓縮實驗時間，導致許多學生雖然可以在考試中獲得高分，但是實際進行操作、設計和應用時效果卻很差，甚至有些學生無從下手。只從理論分數中不足以衡量學生對該門課程的掌握程度和評價學生的綜合水平、創新能力[2]。

二、改進教學理念

受20世紀科學思潮影響，伴隨著心理學特別是行為科學的發展，人們意識到，教學也是科學，即教學不僅有科學的基礎，而且可以用科學的方法來研究。于是，人們開始關注教學的哲學、心理學、社會學的理論基礎，以及如何用觀察、實驗等科學的方法來研究教學問題。在以教師為知識和思想權威的傳統教學情境中，要想激發學生的創造力比較困難，因為權威會產生控制，潛在地引發抵觸，因此，教學改革首先要進行教學理念改革。

（一）堅持“以人為本”的教學理念

在“單片機原理及應用”課程教學中要關注學生的進步和發展。首先，要求教師有“對象”意識。教學不是唱獨角戲，離開“學”，就無所謂“教”，因此，教學中必須確立學生的主體地位，樹立“一切為了學生的發展”的思想。其次，要求教師有“全人”的概念。學生發展是全面發展，而不限于某一方面或某一學科的發展。

（二）培養學生理論與實踐的結合能力

現有教育中“高分低能”依然存在，而“單片機原理與應用”是一門工程性、實踐性、創新性很強的基礎課程，不能只關注理論考試，學習的最終目的是為了應用與實踐。在教學過程中應結合實際，讓學生“從實踐中來，到實踐中去”，在理論教學中穿插實踐，在實踐時滲透進理論，激發學生的學習熱情，從內心深處喜歡上“單片機原理與應用”這門課程。

（三）充分發揮學生的自主學習性

目前教育現狀是老師課堂授課，學生被動吸收，理論知識枯燥、編程代碼抽象以及復雜的實驗開發板，會使學生產生畏難情緒，削弱學生的學習積極性。社會生活中需要的是應用型人才、創新型人才，人才培養首先要培養他們的自主學習性，要充分發揮學生的主觀能動性，課程教學中應以素質教學為根本，培養學生的主動思維能力和創新意識。

三、課程教學改革措施

（一）采用科學的教學模式

教學是為了幫助學生壘實科學基礎并激發學生開發思考與創新熱情，而傳統教學在“單片機原理與應用”課程教學上存在很多不足，用枯燥乏味的課件進行填鴨式教學是一種普遍現象，重理論輕實踐，抹殺了學生的學習積極性與創造性。在一定程度上違背了教學原本的目標。正如多爾所說：“具有創造性和轉變性的課程必須將科學與美學相結合。”[3]這種認識已形成共識，難在怎樣有機結合，力求在教授基礎科學的同時，將單片機的“美學”展示給學生。當前條件下可借助圖像處理軟件進行直觀展示，讓實例分析走進課堂，以實為據，結合實踐，幫助學生分析理解，將復雜抽象問題簡單化、具體化、直觀化。讓學生了解到“單片機原理與應用”的魅力所在。這樣能更好地幫助學生把理論與實際相結合，自行構建學習“單片機原理與應用”的整體框架，使學有所得，學有所用。

（二）確立實踐主體地位

在現實教學中，課程教學與實踐存在脫節，沒有形成一個完整的有機體。課堂教學最好放在能夠實驗的場所，在所有學生擁有完整的實驗環境和良好的實驗平臺及相關器材的條件下，教學效果可以達到最佳。授課教師借助于多媒體教學，在真實的應用環境中現場講解、現場演示。教學過程直觀明了，通俗易懂，學生在教師的引導下直接上手，進行實際操作，現場演練[4]。如果受條件所限不能同步實施，應盡可能將實踐緊湊安排在課程教學之后，縮短遺忘時間，在學生對教學內容印象深刻的時候加強理解、深化和掌握。課程與實驗的時間比例最好在1∶2左右，這會讓學生消化吸收所學知識的效果達到最好，并且對“單片機原理與應用”這門課程所學能夠有所思考，有所創新。

（三）教材選擇規范化

目前，單片機技術迅猛發展、不斷更新與完善，若用過時的理論與實例來教授當前的學生，所選教材自然有其局限性與落后性。一個人的智慧與眼光總會因自身的經歷與認識存在其局限性。為嚴把教材選擇關，可成立校內教材選擇專家小組，將有經驗的專家學者組織在一起，輔以有工程實踐經驗的老師，根據單片機技術發展態勢以及未來的發展前景廣泛討論，擇優選擇一本符合當下教學的教材;或集思廣益、集中人力才力編寫教材，教材編寫要結合教學實際和學生實情，力求全面且科學，緊跟技術發展，符合課程教學要求。

（四）考核方法多元化科學化

目前，對于“單片機原理與應用”課程的主要考核方式是考試，結合平時考勤、作業、實驗等。考試有其積極意義，一方面是檢測學生所學知識的掌握情況，是為了幫助學生查漏補缺，知道自身的不足所在，而不僅僅只是為了完成教學任務而考試;另一方面是為了督促學生認真學習，使學生知道學習的任務，處于一種良性的學習壓力之下，始終繃緊學習這根“弦”。但傳統的試卷考試有些片面單一，不能夠全面反映學生對“單片機原理與應用”這門課程的掌握情況，很容易導致學生為了考試而學習，舍本逐末。

“單片機原理與應用”是一門實踐性很強的課程，考核的最終目的，要學有所成、學有所用，知識不能只停留在腦海里，要能“說出來，做得到”，筆試考核是必須的，因為這可以檢驗學生基礎知識所學情況，但卷面成績應該只占一定的比重。課程考核的重點應該是考查學生對“單片機原理與應用”理論知識的掌握和單片機技術的實踐應用能力。可通過布置相關的既有基礎性又有創新性的課題，要求學生在規定的時間內解決問題，完成相關設計，給予考核評分。就目前的課程考核來說，需要增加實踐成績的相對比重，給學生實踐能力進行考核打分。最后，綜合考試成績與實踐考核，給學生一個全面的合理的評價。

（五）加強師資隊伍建設

課程建設的關鍵是教師，提高教師的業務能力和綜合素質，是加強和提高大學生素質教育的基本前提，是實施素質教育的關鍵所在[5]。一方面，對于在職教師，可以定期組織培訓，輪流總結、輪流提問的方式，交流授課、學習心得，互相促進、查漏補缺;每年組織教師去一線學習一段時間，讓教師的理解不僅僅停留在課本和字面上，教師理解得越深入，教授學生的知識越容易被學生所理解、吸收。另一方面，可以在一定程度上改進選拔新任教師的機制，在原有基礎條件上補充具有深厚理論基礎和工程實踐能力等條件，在根本上強化高校教師理論與實踐相結合的綜合能力。

四、結語

隨著信息技術不斷更新與發展，單片機也在不斷發展與完善，并且越來越多地應用于各個領域，“單片機原理與應用”課程的教學改革和實踐也應與時俱進，不斷吸收新知識新技術，豐富教學內容;培養學生的實踐動手能力、創新意識與綜合設計能力。就“單片機原理與應用”課程教學存在的不足和問題，課題組從教學內容、教學方式以及教學目標等方面提出了一系列改進和改革措施，通過教學觀察和結果反饋，證實上述的改革措施取得了一定的成效。學生對課程的興趣有所增強，很多學生分析及解決問題的能力得到了很好提高。使學生緩解了“單片機原理與應用”課程因較為抽象的理論知識而產生“害怕”的情緒，促進了教學工作的有效開展。因此，這些改革措施為“單片機原理與應用”課程的教學帶來了積極正面的影響。當然，課題組在實施教學改革與實踐中，也發現了一些新的問題和有待完善的地方，這些都需要進一步改進和實踐驗證，力爭課程改革向縱深發展。

參考文獻：

[1]梁小廷.單片機技術的發展及應用研究[J].民營科技，2018.

[2]龍小麗，李欣雪.以培養應用型人才為目標的《單片機原理與應用》課程教改探討[J].電子世界，2019.

[3][美]小威廉姆·E.多爾.后現代課程觀（王紅宇譯）[M].北京：教育科學出版社，2000.

[4]袁小翠，于禎，郭波，曾瑄.單片機原理及應用課程多元化教學改革與實踐——以南昌工程學院為例[J].科技世界，2019.

[5]吳小凡，楊馨夢，李申.習近平關于教師隊伍建設重要論述的理論淵源、邏輯體系和精神特質[J].高教論壇，2019.

基金項目：江蘇省現代教育技術研究課題（編號為2017R54486）階段性成果

作者簡介：王通（1994—），男，漢族，江蘇徐州人，2019級碩士研究生。

*通訊作者：朱士虎（1970—），男，漢族，江蘇徐州人，博士，碩士生導師，副教授，研究方向：信息處理與電路設計。