基于汽車項目與競賽融合的車用單片機原理課程教學改革與創新

摘 "要：在傳統汽車單片機原理教學中，教學內容缺乏專業針對性，課程內容注重理論，學生通常是被動接受知識的對象，缺乏實踐操作和創造性思維的鍛煉。為解決傳統教學中的問題，我們采用一系列創新舉措，包括汽車項目案例式教學、學科競賽項目融合實現課賽合一、多元化評價。這些舉措旨在打破傳統的課堂模式，激發學生的學習興趣和動力，培養學生的創新能力、實踐能力和團隊協作精神，提高就業競爭力，使其更好地適應未來汽車電子行業和社會的發展需求。

關鍵詞：汽車單片機原理；項目式教學；競賽項目融合；多元化評價；實踐能力；職業發展

中圖分類號：G642 " " "文獻標志碼：A " " " " "文章編號：2096-000X（2025）S2-0049-04

Abstract： In traditional microcontroller-based automotive education， the teaching content lacks specificity， with a focus on theoretical aspects， leading students to passively receive knowledge and missing out on practical experience and the development of creative thinking. To address these issues in traditional teaching methods， we have implemented a series of innovative measures， including case-based automotive project teaching， integration of subject competition projects to merge coursework and competitions， and diversified assessment methods. These initiatives aim to break the traditional classroom model， ignite students' interest and motivation in learning， nurture their innovation， practical skills， and teamwork spirit， enhance their competitiveness in the job market， and better prepare them to adapt to the future needs of the automotive electronics industry and society's development demands.

Keywords： Automotive Microcontroller Principles; project-based teaching; integration of competition projects; diversified assessment; practical skills; career development

隨著汽車工業的飛速發展，智能化和自動化技術已成為行業的主流趨勢。嵌入式系統在汽車領域中的應用日益廣泛，作為汽車類專業的一門核心課程，車用單片機原理教學承擔著培養學生專業技能和綜合能力的重要責任。然而，傳統的教學模式難以滿足學生對實際應用和創新能力的需求，教學改革勢在必行。

一 "車用單片機原理教學現狀

（一） "重理論輕應用

車用單片機原理的教學中，當前存在著過度強調理論知識而忽略實際應用的問題。在教學中，課堂更多地注重單片機結構、電路圖和指令等理論內容的講解，導致學生容易進入死記硬背的學習狀態[1]。然而，這種教學方式使得學生在單片機原理的實際應用方面缺乏足夠的實踐經驗。理論知識脫離實際背景，使得學生對所學知識的實際應用理解不深。這種理論和實際脫節的現象導致學生在面對實際工程問題時難以將理論知識轉化為實際解決方案，缺乏實際操作的能力。學生在實際項目中可能感到無所適從，影響其解決實際問題的能力[2-3]。同時，過于理論化的課程容易降低學生的學習動力。學生可能認為所學知識缺乏實際應用的意義，使其對汽車工程領域的興趣和熱情減弱，從而降低了學生的主動學習積極性。

（二） "案例專業針對性較弱

目前的單片機課程教學案例未能充分考慮汽車專業的特殊需求，與電子類、電氣類、機械類專業的案例相比，缺乏與汽車工程緊密結合的特色。這使得學生在解決案例問題時無法真正體驗到車用單片機系統在實際操作中的運用，也無法深入了解車用單片機工程的實際場景，制約了他們在未來實踐汽車單片機項目時的應用能力。

（三） "與其他專業關聯度低

當前，車用單片機課程在與其他專業課程的關聯性上存在不足，制約了學生在多領域知識融合方面的能力發展[4]。在車用單片機原理教學過程中，缺乏具體車輛工程的應用背景和項目導向，使得相關專業課程難以有機融合。解決復雜工程問題需要跨足多個領域，單一課程或技能無法獨立解決，而當前教學缺乏對這種綜合性需求的充分考慮。

（四） "考核方式單一

傳統的考核方式存在一些問題，傳統的考核方式主要由平時成績和期末成績兩部分組成，其中期末成績占比較大，一般超過70%[5]。平時成績主要包括學生的出勤、課堂表現、實驗和作業等方面。而期末成績則完全由期末考試試卷成績決定。這種考核方式存在明顯問題。首先，平時成績占總成績的比例小，容易導致學生忽視平時學習，集中精力在期末考試前的突擊學習。這種學習方式使得學生可能僅能勉強及格，難以真正掌握課程知識和提升實踐能力。其次，部分學生的自主學習能力較差，可能采取不正當手段通過考試，影響了他們對課程重要性的認識和自主學習能力的提升。同時，這也給教師帶來了課堂管理上的一定壓力。

二 "單片機原理及應用課程教學改革的內容

（一） "汽車項目任務驅動的單片機課程教學改革

車用單片機課程是汽車類專業的重要組成部分，它為學生提供了深入了解單片機及其在汽車系統中應用的機會[6-7]。根據汽車類專業人才培養方案，將課程內容按照循序漸進的原則進行排列和分類，劃分為三個階段：基礎知識階段、基礎拓展階段和應用實踐階段。在這三個階段中，共有11個項目見表1，確保學生能夠全面掌握單片機的關鍵知識點，并能夠將所學應用于實際項目中。

1 "基礎知識階段

在基礎知識階段，學生需要掌握單片機的基本工作原理及構造，以便他們能夠在接下來的階段中應用這些基礎知識。首先，學生需要學習單片機的基本組成部分，如CPU、存儲器和輸入/輸出接口等。此外，學生還應了解單片機的工作方式，包括指令周期、地址空間和數據傳輸等。通過這些基礎知識，學生將對單片機有一個全面的認識。

接下來，學生需要學習使用Proteus電路仿真軟件和Keil C程序開發軟件。這些工具是單片機開發中常用的工具，可以幫助學生模擬電路和編寫程序。通過掌握這些軟件，學生可以更好地理解單片機的工作原理，并在實際項目中應用所學知識。

2 "基礎拓展階段

在基礎拓展階段，學生在掌握單片機結構和運行原理的基礎上，需要進一步學習和掌握51單片機的并行I/O接口的使用方法、中斷系統的工作原理、定時器/計數器的使用方法，以及串口通信的工作原理等關鍵知識點。這些知識點是單片機應用中的核心內容，可以幫助學生更好地理解單片機在汽車系統中的應用。

學生應通過仿真軟件和工具箱實現相應的知識點，以便在實際項目中應用。通過實驗和實踐操作，學生將更深入地理解這些知識點，并學會如何解決實際問題。通過這一階段的學習，學生將具備更高級別的單片機應用技能。

3 "應用實踐階段

在應用實踐階段，強調體現學生綜合運用知識的能力。通過汽車類綜合項目，學生將能夠完成簡單項目的硬件和軟件設計，并制作實物。這些項目要求學生將所學知識應用于實際工程問題，包括設計、編程和調試等方面。通過這種實踐學習，學生將深入理解單片機在汽車系統中的實際應用。

這些綜合項目應具有挑戰性和實際意義，以激發學生的學習興趣。例如，學生可以設計新能源汽車電機驅動系統、汽車酒駕監測系統等。這些項目不僅讓學生將單片機知識應用于實際工程問題，還培養了其創新能力和解決問題的能力。

通過以上三個階段的學習，學生將能夠全面掌握車用單片機的關鍵知識點，并具備將所學知識應用于實際項目中的能力。這種綜合性學習模式不僅有助于學生加深對知識的理解，還培養了他們的實踐能力和創新思維，為其在汽車工程領域的職業發展奠定了堅實的基礎。

（二） "競賽元素的有機融入

學科競賽在大學教育中扮演著重要的角色，為學生提供了一個實踐的平臺，讓他們將課堂上學到的知識應用于實際項目中[8-9]。通過在學科競賽中展現他們的能力，學生不僅可以驗證理論知識，還可以培養解決實際問題的能力，鍛煉綜合素質和團隊協作能力。在這種背景下，將大學生智能車競賽項目引入車用單片機原理教學中，作為課程的一次大作業，不僅激發學生學習興趣，還能全面鍛煉綜合能力。

1 "項目設計與實施

學生以小組合作的形式進行智能車項目的設計與實施。項目設計階段要求學生制定詳細的計劃，包括智能車的機械結構設計、電子硬件設計、循跡算法編寫等。這一階段不僅要求學生深入理解單片機原理，還需要團隊協作，將各個方面的知識融會貫通。學生需要考慮到汽車的結構設計、傳感器的布局、電源管理，以及單片機的編程和控制等方面，確保項目設計的可行性和高效性。

在項目實施過程中，學生需要不斷調整和優化設計方案，以應對實際操作中的各種挑戰。項目設計與實施的過程讓學生深入理解單片機的工作原理和應用，培養其創新思維和實際操作技能。

2 "小組分工與合作

為更好地模擬實際工程項目，小組成員被要求分工協作，每人負責特定任務。這種分工旨在培養學生的專業能力和團隊協作精神。例如，一名成員可能負責機械結構的設計與制造，另一名成員負責電子系統的搭建，還有一名成員負責編寫單片機控制程序。通過這種分工合作，小組成員可以更好地發揮各自的特長，確保項目順利進行。

小組合作的過程中，學生需要進行有效的溝通和協調，確保各個模塊之間的配合。通過與他人合作，他們能夠學習到如何在團隊中發揮自己的優勢，同時也能認識到團隊協作在工程項目中的重要性。這種合作經驗對未來職業發展具有重要意義。

3 "綜合知識的應用

在項目實施階段，學生需要將所學的各個學科知識融會貫通，實際運用到項目中。例如，他們需要考慮如何通過單片機控制實現自動駕駛，設計合理的機械結構以適應各種復雜道路狀況。這種綜合性應用不僅檢驗學生的學科知識水平，還鍛煉他們解決實際問題的能力。

學生需要結合單片機原理、電子技術、機械工程和計算機科學等多方面的知識，以實現智能車的功能。這種綜合性學習有助于學生加深對知識的理解，提高其分析和解決問題的能力。通過在實際項目中運用綜合知識，學生能夠更好地理解知識之間的聯系，培養系統思維。

4 "分組競速對抗

為了增加作業的趣味性和挑戰性，項目的考核采用分組競速對抗的形式。這種比賽模式不僅檢驗每個小組的項目性能，還激發學生的積極性，使他們更投入到項目中。在競速對抗中，學生需要在規定時間內完成賽道的駕駛任務，并確保車速和穩定性。這種緊張的氛圍培養了學生應對壓力的能力。

在競速對抗中，小組成員需要緊密合作，共同解決突發問題。例如，車輛在賽道上可能會遇到轉彎、上下坡等復雜路況，學生需要迅速調整策略，確保車輛順利通過。通過這種競爭，學生能夠提高自己的應變能力和團隊協作能力。

綜上所述，將大學生智能車競賽項目引入車用單片機原理教學中，作為課程的一次大作業，不僅讓學生在實際項目中運用所學，還培養了他們的綜合能力和團隊協作精神。這種實踐教學模式對學生的專業發展和個人成長都具有重要意義，為他們未來在工程和技術領域的工作奠定了堅實的基礎。

（三） "多元化課程課程評價體系

傳統考核方式主要由平時成績和期末考試成績為主，忽視了學生在學期中的實際表現和學科領域的深度理解[10]。平時成績通常依賴于課堂作業和測驗，但這不能全面反映學生對知識的掌握程度。期末考核成績雖然能評估學生在短時間內的學習成果，但難以準確反映他們對學科的長期理解和應用能力，存在不利于培養學生創新能力和創新思維的問題。針對汽車單片機技術課程的特點，建議采用多元化考核模式，主要強調過程性考核，而非結果導向性考核。整個考核分為四部分，其中六個基礎拓展項目占總成績的30%，出勤及課堂活躍度占總成績的10%，競賽項目占總成績的30%，期末考試成績占總成績的30%。

1 "基礎拓展項目考核

六個基礎拓展項目的設置旨在擴展學生對汽車單片機技術的理解。通過完成實際項目，評估他們的技能應用和問題解決能力。考核重點不僅關注知識點的掌握，更注重培養學生的創新思維和實際操作能力。關注解決問題的思路和過程，考核過程中采用分段式打分，從項目設計、實施、結果以及答辯四個方面進行評分。

2 "出勤及課堂活躍度考核

學生的出勤和課堂活躍度反映了他們對學科的投入程度。通過將這一部分納入考核體系，有助于激發學生參與課堂討論和互動的積極性，提高他們的學科參與度。這也符合學術期刊對學術表現全方位評估的期望。

3 "競賽項目考核

競賽項目作為課程考核的關鍵組成部分，采用分組對抗的形式，旨在深度挖掘學生的團隊協作和創新能力。這一部分的設計不僅僅是為了考察學生在理論知識上的應用，更是為了培養他們在實際場景中解決問題的能力。

首先，競賽項目將要求學生自由組隊，每組成員3～5人。這種分組對抗的方式有助于激發學生之間的競爭氛圍，同時促進團隊協作和溝通技能的培養。在現實工作環境中，團隊合作和有效溝通是至關重要的素養，競賽項目為學生提供了鍛煉這些能力的寶貴機會。

競賽項目的評估將考慮整體團隊表現。除了關注項目設計的創新性和實施的效果外，還會重點評估團隊合作的協調性。這意味著學生需要在團隊中有效地分工合作，充分發揮各自的專長，以達到整體團隊目標。這種全方位的評估有助于培養學生的領導力、團隊協作和組織協調能力，為其未來職業發展奠定堅實基礎。

4 "期末上機實踐考核

期末考核采用上機實踐考核，旨在通過實際操作來評估學生對汽車單片機技術的掌握程度和應用能力。這種考核方式強調學生在實際場景中解決問題的能力，突破傳統考核模式的局限，更貼近實際工作需求。

上機實踐考核分為多個項目，每個項目都設計有明確的任務和要求。學生在實驗室環境中進行編程、調試以及項目實施，通過完成一系列實際操作來展示他們對汽車單片機技術的理解和應用水平。考核項目涵蓋了課程學習的核心知識和技能，確保全面評估學生的能力。

此外，上機實踐考核強調解決問題的過程，注重學生的創新思維和實際操作能力。在考核過程中，對學生的實驗設計、代碼實現、系統調試等方面進行全方位的評估。這有助于培養學生獨立解決實際問題的能力，提高其在汽車單片機技術領域的實際應用水平。

通過上機實踐考核，學生將有機會將課堂學到的理論知識應用到實際項目中，并在實踐中不斷提升自己的技能水平。這種考核方式不僅能夠更全面地反映學生的實際能力，還能夠激發他們對學科的興趣，促進深度學習。

三 "結束語

在車用單片機原理教學改革中，通過將汽車項目和競賽元素融合到教學中，成功激發了學生的學習興趣和動力，培養了其創新能力、實踐能力和團隊協作精神。這種改革不僅突破了傳統教學方式的局限，更提升了學生的全面素養，為其學業和未來職業發展奠定了堅實基礎。

通過汽車項目式教學，學生不再是被動地接受知識，而是主動參與到實際項目中。他們將理論知識應用于實際項目設計和開發，提高了綜合素質。通過親身參與汽車項目的設計與實現，學生得以體驗真實工程問題，增強了動手能力和實際解決問題的技能。

同時，引入競賽元素讓學生在競爭環境中不斷挑戰自我，錘煉意志，培養競爭意識和適應能力。競賽不僅讓學生在實踐中檢驗所學，還激勵他們通過團隊合作和交流，學習更多先進經驗，提高整體水平。

多元化的評價體系全面反映了學生的實際能力和潛力，擺脫了傳統考核方式的狹隘局限。通過對項目表現、競賽成績、出勤和參與度、期末上機實踐等多方面的評估，我們能夠更準確地了解每位學生的綜合素質。這樣的評價體系更全面地體現了學生在實踐中的表現，也為他們的個性化發展提供了更多可能性。

通過這些創新的教學手段和多元化的評價體系，我們為學生提供了一個全面發展的機會。學生能夠在實際項目中運用所學知識，提升綜合能力，并在競爭和合作的環境中磨練自我。這種改革不僅提高了學生的學習體驗，還為他們未來的職業生涯提供了更多成功的機會。

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