以應用能力培養為導向的單片機實踐教學改革

宋天慧 錢進 花麗 郝運

摘要：單片機課程應用性與實踐性強，目前單片機課程教學中大多通過教師講授的方式，造成學生應用能力差，無法滿足應用型人才培養需求。結合單片機課程實踐教學現狀，本著以學生為中心的教育理念，該文以學生實踐能力培養為導向，從改變傳統教學理念，理論與實踐并重;改變實踐課教學模式，仿真與實物齊用;調整實驗項目，提高設計性和綜合性實驗比例;改變傳統考核評價機制，提高實踐占比四個方面提出了單片機課程實踐教學改革策略。實踐表明，經過教學改革后，學生應用能力得到提高，對理論知識獲得了更深入理解，為后續課程學習打下了基礎，有助于知識技能和專業素養的提高。

關鍵詞：應用能力;單片機;實踐教學;考核機制;開發板

中圖分類號：G642? ? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2022）04-0146-02

1 引言

單片機以其體積小、低功耗、高抗干擾能力以及高性能價格比等特點，廣泛應用于生產生活的各個領域，成為現代電子系統中最重要的智能化工具[1]。單片機課程屬于應用型較強的一門課程，在很多應用型院校中均已開設[2]，該課程注重理論與實踐的結合，強調學生創新思維與動手能力的培養[3]。但傳統的教學方法只是通過老師傳授，對實踐能力的培養不夠重視，造成學生實踐能力差，一碰到需要設計實現的東西毫無頭緒。為體現學生的教學主體地位，滿足國家對創新實踐型人才培養的需要，本文提出改革思路及具體措施，進一步提升該課程教學質量，提高學生學習效果。

2 教學改革的必要性

在單片機實際教學過程中，教材所對應的大部分知識點零散，理論性強，學生普遍反映該課程過于抽象，晦澀難懂。僅通過理論課程的講授，學生無法理解單片機內部結構、工作原理和設計方法，因此實踐課程顯得尤為重要。而目前實踐課時短，學生在有限的實踐課上僅機械重復課本或者老師設定好的步驟，對于其中原理不加以理解，無法做到與理論部分的融會貫通，實踐能力也無法得到實質性的提升?，F階段考核中，理論知識的考核占比較高，其弊端日益顯露了出來，學生為了應付考試死記硬背，通過考試無法客觀評價學生掌握程度的好壞，也無法通過考試來督促學生知識的掌握和能力的提高，因而為了激發學生的學習興趣，實現理論課程和實踐課程的融合，以實踐促理論，以理論指導實踐，達到相輔相成的效果，單片機實踐課程改革勢在必行。

3 單片機實踐課程教學改革策略

針對單片機實踐教學現狀，從四個方面提出改革思路和具體措施，力求通過以下措施加深學生對相關知識的掌握，提高課程教學質量，提升學生實踐能力和綜合實力。

3.1 改變傳統教學理念，理論與實踐并重

傳統的單片機教學中過于注重理論知識的講授，力求通過書本使學生掌握單片機內部結構、工作原理和系統設計方法等，未考慮單片機課程的應用性和實踐性，致使學生覺得學習內容抽象難懂，導致學生實踐能力差，無法滿足應用型人才培養的要求[4]。“紙上得來終覺淺，絕知此事要躬行”，科技突飛猛進的新時代，對學生的實踐能力要求更高。為使學生在理論學習的基礎上學以致用，改變“紙上談兵”的學習結果，培養其創新能力和邏輯思維能力，為后續課程和今后的工作打下基礎，需要對該課程實踐環節提起重視。

目前很多學校單片機課程設置理論和實踐的課時比是2：1，采用的是“先上理論后上實踐”的模式[4]，實踐環節課時分配少，接觸具體單片機應用項目開發實踐需在10周以后，因時間關系開發設計環節只能倉促收尾，造成理論與實踐不能同步。因此，建議增加單片機實踐課時，提倡開設課程設計，讓學生真正通過自己的設計看到效果，在感受成功的同時，將理論知識融會貫通?？蓪⒄n堂教學移到實驗室，突破傳統的理論與實踐的界限，實驗室提供仿真環境和實驗器材，學生跟著教師邊學邊做。教師講解過程中要把握重點、難點，注重精講解疑。講練結合，加大練習力度，在練習中不斷發現問題解決問題，在此過程中學生興趣將不斷增加，學習的主觀能動性將會不斷增強。

3.2 改變實踐課教學模式，仿真與實物齊用

不僅實踐課程的重視程度需要提高，其教學模式也需要改變。在傳統的實踐課教學中，有些學校通過仿真進行教學，有些學校通過使用開發板進行教學，但這兩種方式是相輔相成，相互促進的。在課程中，教師可首先通過開發板進行實物演示，首先給學生直觀的視覺沖擊，再進行理論知識的講解，然后在學生實踐環節中先使用仿真軟件，再引入開發板，具體介紹如下。

實踐初階段為仿真實驗階段，具體過程包括在Proteus 軟件中設計電路圖、Keil 軟件中編寫程序并編譯、Keil和Proteus聯合仿真、程序調試和輸出實驗結果，并根據實驗結果繼續完善程序。應用Proteus 及 Keil這兩個單片機仿真軟件，可以更加直觀地了解單片機的內部結構，學生可以單步執行，查看每一步執行結束后存儲器和外設所產生的變化，或通過任意修改參數對比實驗效果[5]。通過仿真實踐，可了解單片機的內部結構，使剛剛接觸單片機的學生敢于嘗試，并在嘗試中不斷完善提高。

在對單片機內部結構和工作原理有了一定基礎后，可將開發板引入實踐環節。具體過程包括開發環境的安裝、Keil 軟件中編寫程序并編譯、程序燒寫、程序調試、輸出實驗結果，并根據實驗結果繼續完善程序。該過程中學生對于Keil軟件的使用已經有了一定基礎，其主要區別在于將仿真軟件變成了開發板實物，但開發板實物與單片機應用系統的硬件構成比較接近，更貼近實際。利用開發板開展多種設計性和綜合性實驗項目的練習，在練習中不斷加深理論知識的理解，提高學生單片機應用系統開發的能力。

3.3 調整實驗項目，提高設計性和綜合性實驗比例

仿真軟件和開發板引入實踐環節后，再進一步調整實驗項目，可以使學生綜合素質得到更大的提升。目前單片機實驗項目多為驗證性實驗，設計性或者綜合性實驗占比較小，學生大多機械地按照設定好的步驟完成實驗操作，無法充分體現實驗開設的價值[6]。

調整實驗項目，增加設計性和綜合性實驗的比例，并以開放性實驗和校級、省市級、國家級競賽促進學習。實驗課前，將實驗項目及相關預習資料發給學生，并設置實驗預習報告督促學生完成預習。實驗課中，可以通過預習報告查看學生預習情況，并通過預習報告來指導實驗課中老師講解的深度以及時長，根據預習，學生有了初步的設計思路，實驗課堂上可更快地進入狀態，效率更高。實踐環節后期，讓學生分組開展一些小型項目，可結合有關的學科競賽以及大學生創新活動，進一步拔高學生實踐能力。實踐過程是學生分析問題和解決問題能力的提升過程，也是思想碰撞和思維拓展的過程，學生在不斷交流和協作中得以共同成長。

3.4 改變傳統考核評價機制，提高實踐占比

積極的評價機制有利于激發學生學習的主觀能動性，激發學生強烈的學習動機[7]。以往考核以期末理論試卷為主，為了突擊考試，學生考前幾天死記硬背，其掌握情況僅停留在對部分理論知識的短時記憶層面，出現了高分低能的現象。新的考核方式采用“M+2”模式，“M”代表平時多項考核成績，“2”代表期末理論成績和期末實踐成績，考核評價更加注重過程考核和實踐能力考核。具體成績評定方式的主要構成及比例：期末實踐考試 （30%）+期末理論考試（30%）+平時成績（40%）。期末實踐考試要求學生現場完成實踐項目、編寫程序并調試通過;期末理論考試要求學生掌握單片機必備的基礎知識;平時成績由課堂表現、出勤、筆記、作業和實驗構成。該考核評價方式既突出了過程學習的重要性，減少了期末考試理論占比，又增加了實踐操作，使學生重視動手能力的鍛煉，可對其學習效果進行更為全面的評價。

4 結語

根據相關分析發現，單片機課程教學改革完成后，學生的成績及實踐能力均得到了明顯的提升，教學效果顯著。很多學生反饋他們對課程知識掌握得更加扎實，理解更為深入，在后續類似的課程學習中，可以有的放矢，不少學生在學科競賽以及大創活動中也取得了較好的成績。

本文以培養學生應用能力為目標，結合單片機實踐教學現狀，對適用于該課程的教學改革策略進行探討。改變傳統教學理念，理論與實踐并重，增加單片機實踐課時，將課堂教學移到實驗室，突破理論與實踐的界限;改變實踐課教學模式，仿真與實物齊用，實現兩者的優勢互補;調整實驗項目，提高設計性和綜合性實驗比例，促進學生邏輯思維拓展;改變傳統考核評價機制，提高實踐占比，使學生重視動手能力的鍛煉，為單片機后續課程打下良好的基礎，有助于知識技能和專業素養的提高。

參考文獻：

[1] 陳燕燕.《單片機原理及應用》課程開學第一課的教學改革探討[J].電子世界，2020（6）：5-6..

[2] 尹晶，劉春艷，崔艷群.5G時代下應用型院校單片機課程教學方式的研究[J].電腦知識與技術，2020，16（6）：161-162.

[3] 劉云朋，王春霞.單片機虛擬實驗室的構建研究[J].科技創新與應用，2020（7）：81-83.

[4] 賈電如，王苗苗，田俊芳.應用型人才培養模式下單片機課程教學改革與實踐[J].教育教學論壇，2020（10）：224-225.

[5] 姜忠愛，蔡衛國，牛春亮.單片機原理與應用教學模式與課程思政改革研究[J].高教學刊，2020（9）：129-131.

[6] 黨保華，朱德榮，楊海軍，布占偉，崔志瑄，楊磊.基于16位單片機的實踐教學改革與專業創新創業教育[J].當代教育實踐與教學研究，2020（6）：149-150.

[7] 張園莉.基于任務驅動的《計算機網絡技術》課程教學改革[J].中外企業家，2020（11）：233-234.

收稿日期：2021-06-26

基金項目：泰州學院教育教學改革項目：新工科視域下地方高校信息類專業創新創業人才培養模式改革與實踐（2020JGA01）

作者簡介：宋天慧（1991—）， 女，河北保定人，助教，碩士，主要研究方向為單片機教學、智能信息處理;錢進（1989—），男，江蘇揚州人，講師，博士，主要研究方向為單片機教學、車聯網通信;花麗（1979—），女，江蘇興化人，副教授，碩士，主要研究方向為物聯網安全;郝運（1993—），男，江蘇興化人，助教，碩士，主要研究方向為自動化技術。