新工科背景下單片機原理與應用教學改革與實踐

楊 潔，葉晶晶

(黔南民族師范學院物理與電子科學學院，貴州 都勻 558000)

新工科教育理念旨在培養能夠適應并引領未來產業需求的人才。黔南民族師范學院為順應新時代工科教育發展需求，在人才培養模式上做出了一系列改革和創新。單片機原理與應用廣泛應用于有關測量與控制的各個領域，是培養應用型電子設計人才的重要課程。如何提升該課程的教學效果，提高學生的創新、實踐能力，從而滿足社會應用型人才的需求和實現新工科教育目標，成為實施新工科建設的重要環節。針對單片機原理與應用課程特點和傳統教學模式的不足，提出該門課程的教學模式改革與實踐方案。

1 單片機原理與應用課程特點與傳統教學模式的不足

單片機原理與應用是電子信息類專業的一門專業基礎課程，主要介紹一款單片機的工作原理，讓學生通過學習可以運用該款單片機完成一些簡單的控制，制作趣味性強的科創作品。課程內容不光涉及硬件的電路原理知識，還涉及軟件的程序編寫，存在一定的學習難度。傳統教學模式一般采用教師課堂講解理論知識、例題講解、布置作業的方式，而實操需要到實驗室里運用實驗箱驗證或在課堂上使用仿真軟件驗證，這樣就造成了理論和實踐相脫節，教學效果大打折扣。

2 單片機原理與應用課程教學改革與探索

針對傳統教學模式的不足，對單片機原理與應用這門課程做了相應的教學改革和探索，以喚起學生對課程的好奇心、持續激發學生學習熱情為出發點，以工程項目為牽引，結合傳統教學模式、翻轉課堂模式、超星學習通、單片機開發板實操等方式，探索建立了一種混合式教學模式，如圖1所示。

圖1 單片機原理與應用混合式教學模式Fig.1 Mixed teaching mode of the principle and application of single chip

打破傳統的理論課與實驗課相分離的模式。教師在上單片機原理與應用這門課之前就預先發給每個學生一塊單片機開發板，要求學生在學習單片機時要隨身攜帶，并運用該開發板完成相應的作業和實驗。每次上課前教師都會在超星學習通上發布相關的學習資料，上課時先進行理論教學，闡述單片機的工作原理，然后講解一道例題，要求學生當場把程序下載到單片機開發板上運行，讓學生能夠直觀地感受到運行結果，從而激發起學生的學習興趣。然后給出變更要求，讓學生在已有的程序上進行微小的修改，完成其他要求的相關控制。期間教師可以通過觀察學生修改程序的情況，對接受能力較差的學生進行單獨輔導，力求使學生在例題中學會如何進行程序編寫并完成控制。布置相關課外作業，要求學生課后運用手中的開發板完成相應的作業，并上傳至學習通。教師通過學習通檢查學生的作業完成情況，并解答學生遇到的疑惑。通過學習通發放以工程項目制作為主的實驗，并補充相關的拓展材料，讓學生通過自學完成實驗要求。最后通過實驗答辯的方式，讓學生闡述自己的實驗作業，以學生自主學習和交流為主要手段完成實驗內容的考核，夯實所學內容。

以“單片機的中斷系統”這部分內容為例，闡述具體的教學實施過程。教師在教授這部分內容前，先在學習通上發布預習資料，包括中斷系統的視頻資料、PPT以及一個秒表的演示，以此激發學生的興趣，讓學生想去設計一個秒表，使學生完成課前預習。課堂上先介紹單片機中斷的工作原理，以外部中斷為例，舉例說明如何利用外部中斷0的中斷使數碼管可以完成1-60的顯示，根據中斷的工作原理詳細講解其設計思路并編寫出程序，并在開發板上操作演示。讓學生把該程序下載到事先發給他們的開發板上運行，環視學生情況，為有疑問的學生答疑解惑。當大部分學生完成了該例題的下載并得到正確的演示結果后，提出在該例題上進行修改的方案(使用中斷完成數字顯示過程中的暫停)，要求學生進行現場修改和補充，環視學生情況，為有疑問的學生答疑解惑，最后讓做出來的同學上臺講述其設計思路并總結。課后在學習通上發布作業(利用定時器中斷，完成數碼管從1-60的顯示，要求每隔1s顯示一個數字)。3天后通過學習通檢查學生的作業完成情況，完成后繼續發布拓展資料(秒表的功能介紹)和以工程項目為主的實驗內容(請制作一個秒表，要求有暫停功能、計數功能、清零功能)。實驗發放時間為2周，教師應隨時關注學生在學習通里提出的問題并解答，學生要利用開發板完成相關的實驗設計。學生如果做出實驗，就可以在學習通上提交實驗成果，教師可以利用課堂時間的2～3min，讓學生上臺演示自己的實驗成果，并闡述設計理念。學生在此過程中，既體驗到了科學探索的過程，培養了獨立思考的能力，又提升了學生的成就感，讓學生從被動學習轉變為主動學習。

3 單片機原理與應用課程教學改革評價

通過開展單片機原理與應用課程的教學改革，學生的動手能力有了大幅度提高，學習成績也有了大幅度提升，學生主動學習的積極性增強。混合式教學模式也對教師提出了更高要求，教師在指導學生進行設計時，要花費比傳統教學更多的時間和耐心，不同的學生會因為設計思路的不同而出現不同的設計方案，教師需要在他們出現問題時，耐心解讀，指出其設計思路中出現的各種問題，給予其正確的指導。摒棄傳統的填鴨式教學，激發學生的創新思維，促進教學相長，讓學生在興趣中主動學習，打造高質量“金課”。

4 結語

新工科建設任重而道遠，單片機原理與應用課程的教學改革只是一次小小的嘗試，在今后的教學實踐中還要不斷總結經驗，調整和優化教學方法，提升教學質量和效果，促進學生的全面發展。