基于創新人才培養的“單片機原理及應用”課程教學探索

Abstract：Acording to therelevantrequirementsof theNational Inteligent ManufacturingDevelopment Plan2O25，taking the course of Principles and Applicationsof Single-chip Microcomputer as an example and aiming at cultivating inovative talents，thisarticleexplorestheteachingmodeofthecourse，analyzestheconnectionbetweendisciplinecompetitionsand professionalcourse teaching，onstructsamodularteaching system，andestablishesadiversifiedpracticalinnovationplatfor to carry outavarietyofcompetition activitiesboth insideandoutsidethescholandtotrulyrealizethe integratedteaching model of“teaching，learninganddoing”，andultimatelyachieve thegoal of cultivating innovative talents.

Key words：teachingreform;Principlesand Applicationsof Single-chip Microcomputer;innovative practice;professional competition

隨著先進技術的快速發展，智能制造成為各個領域重點關注問題，單片機與嵌入式系統是實現智能化發展的重要技術。1-2]“單片機原理及應用”課程作為控制類相關專業必修基礎課，該課程應用性和實踐性極強，能夠較好地培養學生的創新意識和實踐能力。[3-4]

“單片機原理及應用”課程的知識體系能夠為學生完成科創競賽奠定堅實基礎?？苿摳傎愂菍W生將\"單片機原理及應用”課程理論知識與實踐相結合的體現，也是順應時代發展和培養綜合型人才的重要過程。科創競賽為大學生提供了各種實踐機會，專業指導老師及時的指導和充足的實踐設備有助于促進完成實踐項目，能夠引導學生實現自主創新，并參加各種國際賽事，從而增強學生自身的創新實踐能力。因此，提高學生的專業技術和創新實踐能力以及團隊合作精神，能夠促進學科的發展，對培養創新型人才具有十分重要的意義。

一、“單片機原理及應用”課程的教學特點

“單片機原理及應用”是電子類和控制類等專業必修專業基礎課[5-6]為促進學生掌握課程相關知識，并將理論知識應用到實踐中，前期設置“單片機入門”課程等，為學生學習課程奠定基礎，后續學生學習專業課以及完成畢業設計都離不開相關課程知識?，F階段，“單片機原理及應用”課程所具有的特點主要從課程內容、教學模式及教學團隊、實踐平臺、授課對象幾個方面進行分析說明。

（一）教學內容綜合性強

“單片機原理及應用”課程理論內容較多且抽象，授課教師在講授單片機原理和概念時，學生理解起來較吃力，很難牢記并掌握知識點。理論和實驗課程知識點均具有較強的綜合性，會與前期“模擬電子技術”和“數字電子技術”課程內容相聯系，編程內容會與“C語言”課程相關聯，若學生前期知識掌握不好，直接影響學習單片機課程的學習效果。

（二）教學模式傳統

“單片機原理及應用”課程目前理論內容授課方式仍采取傳統教學模式，通常是以教師講授為主，學生往往處于被動接受狀態，課堂缺乏活力，且無法滿足學生個性化學習需求，對于學習能力強的同學來說，無法獲得更多新知識，而對于學習能力較差的學生來說，不能充分理解所學知識。7-8]久而久之，可能導致學生自主學習能力下降。除此之外，傳統的僵化的課堂教學模式，限制了教師和學生自身能動性的發揮，缺乏有效互動，難以激發學生的學習興趣和創新能力。

傳統單片機實驗教學內容偏重驗證性實驗，學生在實驗過程中按照實驗指導書指導逐步完成實驗，其分析思考問題的機會比較少，只是機械驗證實驗內容。9-10]由于單片機實驗內容主要應用Proteus軟件和開發板完成，學生的注意力集中在編程、搭建電路以及調試上，單片機實驗成了呆板的操作過程，學生易忽略電路原理的重要性。這種實驗教學模式雖然在一定程度上鍛煉了學生的動手能力，使學生掌握儀器的使用方法，但是學生并不清楚單片機系統硬件電路連接情況，更不清楚系統設計流程，當需要自行設計系統時，仍會感到困惑無從下手。實驗教學無法真正起到推動學生對單片機原理、模擬電路、數字電路等理論知識的理解作用，難以培養學生的創新能力以及分析問題、解決問題的能力，一定程度上降低了學生學習興趣，影響了學習效果。

（三）教學方法單一

“單片機原理及應用”課程教學往往較傳統，教師對課程內容缺乏深人研究，理論授課內容和形式缺少新意，很難對學生產生吸引力。教師傳統的教學形式單一，方法比較呆板，缺乏教學設計，又由于課程內容本身煩瑣，應用傳統的教學形式較難調動學生的學習興趣，學生在課堂中的主觀能動性很難激發，難以獲得良好的教學效果和教學反饋。實驗課一直偏重以教師為中心，實驗內容相對單一，不利于培養學生的動手能力、創造力和綜合運用知識的能力。

“單片機原理及應用”課程理論教學考核方式主要包括筆試考試和平時考核兩部分，筆試成績占比較大，但傳統筆試往往只考查學生的記憶和理解能力，無法真正考查學生的實際應用能力。很多學生可能會通過刷題方式應付考試，導致筆試成績難以真實反映學生的水平。

實驗教學考核方式主要以實驗報告為主，學生完成實驗后僅是簡單地將實驗過程和結果記錄下來，缺乏對實驗過程和結果的深入理解和分析。實驗報告難以體現學生的思考能力和創新能力。

（四）實踐創新平臺資源不足

“單片機原理及應用”課程是一門理論性和實踐性都很強的課程，單片機技術的應用涉及非常廣泛，例如機電智能化、電子通信技術等。因此，該課程在自動化相關專業本科教育中有著特殊的地位。近年來，在高校大力推行的各種學科專業技能競賽中，單片機系統的設計制作已成為一項重要的專業技能。鼓勵學生掌握單片機技術并參與到學科專業競賽中，利于培養學生的創新實踐能力。只通過多媒體教室和機房來學習單片機理論和實驗知識來提高學生的創新實踐能力，使學生積極參與到競賽中是遠遠不夠的。因此，為學生提供自主創新和實踐的空間和平臺至關重要，拓寬學生實踐環境易于調動學生創新實踐積極性。

（五）實踐創新意識不強

“單片機原理及應用”課程授課對象為大學二年級學生，課程教學目標在于通過實踐教學環節，深化學生對單片機原理基礎理論的理解，并系統訓練學生在單片機原理課程中所學項目設計能力，在實驗的基本知識、基本方法和基本技能方面為單片機的應用打下堅實的基礎，只有學生的知識儲備和能力水平都滿足基本要求，才能順利地將單片機技術應用到實踐中?！皢纹瑱C原理及應用”課程內容前后聯系非常緊密，如果學生前期對課程的基礎知識掌握不夠牢，理解不夠透，后續學習定時器、中斷系統等編程內容會相對困難，難以進行項目設計，容易放棄單片機項目的設計任務。

學習相關課程的大二年級學生對創新實踐較為陌生，這是由于大一年級階段學生知識水平有限，參加競賽機會較少，無法對創新實踐有一定認識，同時，學生將更多時間用于適應學校環境和學習公共基礎課，很難有精力去學習與創新實踐內容相關的知識，增強自身創新實踐意識。

學生在學校內獲取知識的主要途徑是課堂學習，課上教師滲透的創新實踐內容或案例有限，難以引起學生關注，導致學生缺乏提高自身創新實踐能力的重要性的意識，所以參加競賽不積極主動，創新實踐能力薄弱。

二、“單片機原理及應用”課程探究方案

針對以上“單片機原理及應用”課程所具有的特點，本研究將課程的教學目標與科創競賽相結合，以提高學生的創新實踐能力，推進創新型人才的培養為自的，提出“師資一競賽一項目”交叉融合的學生創新實踐能力培育方案。圖1為“單片機原理及應用”課程創新人才培養方案。

（一）加強教師隊伍建設

要加強教師教學能力培訓，提高教師的教學水平和創新能力，授課教師應主動研究并學習創新型教學模式，探索有效的教學方法，增強教學內容對學生的吸引力。教師要將教學內容聯系實際，注重講解基礎知識，結合實際案例講解，輔助學生掌握知識點。同時，引入專業發展現狀內容及課程思政案例，吸引學生，從思想上引導學生重視創新實踐。由于“單片機原理及應用”課程內容為學生參加并完成創新競賽項目奠定基礎，學科專業競賽能夠提高、檢驗學生創新實踐能力。因此，在教學中，授課教師團隊要重視教學過程與科創競賽的關聯，積極結合教學大綱進行探討，針對不同層次的學生，制定個性化的教學方案，設計不同難度的實踐項目，學生能自主選擇完成“跳一跳夠得著”的項目，從中獲得成就感，增強自信，積極參與到專業競賽。

（二）豐富校內外創新實踐平臺

建立校內創新實踐平臺，如開放單片機實驗室，為學生提供自主創新實踐環境和空間，開放實驗室安排獨立的管理教師，管理教師提前向所有同學宣講開放實驗室使用準則，管理教師負責管理實驗室使用情況和實驗室安全情況，學生以班級為單位進行預約進入。校園微信公眾號等媒介宣傳單片機項目設計優秀典型案例，鼓勵學生繼續努力，通過校園媒介組織宣傳校內單片機競賽活動，鼓勵學生積極參與專業競賽，為學生營造良好的創新實踐氛圍。

推進校企合作，依托教師團隊校企合作和校外實習基地項目，與相關企業合作，共同開發課程和教材，為學生提供校外創新實踐平臺，使學生將所學內容與實際生產建立起緊密聯系，并獲得更多的實踐機會和真實的項目經驗。

（三）完善課程教學模式

“單片機原理及應用”課程教師團隊對課程理論教學和實驗教學大綱進行深人探討，要求在理論教學中應采用多種教學方法，如翻轉課堂、啟發式教學等，授課教師避免一味地單向傳授，盡可能多地給學生引入實際單片機案例，吸引學生注意力，經常拋出思考題，讓學生主動思考，自主分析問題并發表觀點，從而使課堂充滿活力，提高學生主動思考的能力。授課教師應結合課程內容，及時布置設計題目，讓學生能夠及時將所學知識應用到項目設計中。課后布置鞏固提高作業設計題目，不同能力水平的學生可完成不同類型的作業設計題目。從而提高學生創新能力，適應學生個性化學習需求，教師注重將理論知識與實際工程應用相結合，引導學生關注實際問題，培養學生的動手能力和創新精神。

改革實驗教學方法，加強實驗教學內容與實際相結合，在教學過程中采用多種教學方法，如案例教學、項目驅動等教學方法，激發學生的學習興趣，提高學生的動手能力。實驗教學內容逐步引入設計性實驗內容，加強對學生的實踐指導，確保學生能夠在實驗過程中真正掌握所學知識。實驗教學過程模擬工程項目設計過程，學生按照單片機項目需求，自主完成方案選擇、硬件設計、軟件設計以及軟硬件聯合調試整個系統的開發過程，實現以學生為中心的實驗訓練教學模式。這種教學模式既可培養學生的分析問題、解決問題的能力，又提高了學生的自主學習能力、實踐能力和創新能力。整個實驗教學過程充分調動學生學習的積極性、主動性和創造性。

（四）優化課程考核體系

“單片機原理及應用”課程理論教學考核主要通過筆試來檢驗學生對理論內容的掌握情況。考題應覆蓋單片機原理、編程語言等內容，以確保學生對單片機的理論知識的掌握。同時理論課程也要重視對學生進行過程考核，主要對學生的實踐能力和思考能力進行考核。

實驗考核可通過實驗操作和項目設計形式進行考核，考生須在規定的時間內完成任務，以展示其對單片機技術的應用能力。實驗過程中可以通過設置創新項目、提高項目、開放性實驗項目檢驗學生對實驗項目的理解和分析能力以及創新能力。

（五）組織開展競賽活動

通過組織學生參加各類競賽、創新項目等活動，激發其創新思維，提高其解決實際問題的能力。通過小組合作的方式，培養學生的團隊協作精神和溝通能力。

“單片機原理及應用”課程的教學改革是一個長期、系統的工程，需要不斷進行探索和實踐。只有通過持續改進和優化，才能使這門課程真正適應社會發展的需要，培養出更多優秀的創新型人才。

三、“單片機原理及應用”課程改革探索成效

（一）深入教學研究，培養學生學習興趣和創新意識

完善課程教學模式。授課教師積極參加培訓，提升教學水平和創新能力，在課程教學中融人與授課內容緊密聯系的實際案例，激發學生學習興趣，利于理解課程內容。引人課程思政，能夠從思想上引導學生積極提高自身創新實踐能力。結合課程教學大綱對課程進行設計，使得單片機課程教學充滿活力，培養學生主動學習的積極性。設計不同難度的實踐項自或作業，完善實踐考核評價，調動學生主動實踐，學生自主完成項目從而獲得成就感，增強信心，促進學生主動參加學科專業競賽，提高創新實踐能力。

優化課程考核評價體系。使“單片機原理及應用”課程筆試題覆蓋內容全面，確保學生真正掌握單片機理論知識，注重過程考核，通過作業題和設計項目檢驗學生的自主思考問題的能力以及實踐能力。實驗教學注重考查學生實際應用單片機的能力和創新能力，同時實驗過程中檢驗學生對實驗項目的理解和分析能力。

通過教學探索方案的實施，學生學習的積極性有所提高，在課堂的討論、實驗操作等方面表現得更加主動積極，顯示出學生在實際應用中對所學知識的應用能力得到了提升。

在教學方法上，教師引入了更多互動式的教學手段，比如案例分析等，使學生在課堂上更加積極地參與到知識的獲取和探討。教師在教學過程中的講解更加生動有趣，有效激發學生的學習興趣。教師的教學創新使得課堂的教學氛圍更加活躍，有利于培養學生的創新思維和實踐能力，課堂教學效果顯著提升。

在“單片機原理及應用”課程改革過程中仍存在一些不足之處，部分學生在單片機項目的設計方面仍然不盡如人意，這與他們在課堂上參與度不高有關。部分教師在教學方法的運用上還有待提高，需要進一步加強對教學改革的理解和實踐。

雖然“單片機原理及應用”課程的教學改革探索取得了一定的成果，但仍需要不斷總結經驗教訓，進一步完善教學方法和手段，提高教學質量，培養學生的學習興趣和創新意識。

（二）建立校內外創新實踐平臺，為學生提供創新實踐資源和環境

依托網絡信息資源，如學習通、學校網絡專欄公眾號等，為學生提供在線學習途徑和平臺，營造良好的創新實踐環境。依托學校設施和教師項目建立開放實驗室和校企合作實習基地，為學生提供實踐創新平臺。

校內建立開放實驗室，為學生提供自由實踐空間。學生主動接觸實驗設備，通過指導教師進行指導，學生從課堂學習理論知識，到自主設計，整個過程讓學生看到自己的學習成果，使學生真正將專業課程應用到設計實踐，利于后續畢業設計的完成，從而達到學以致用的教學目標。

建立校外校企合作實習基地，為學生提供重要的實踐平臺，學生能夠充分接觸企業和社會，能對生產過程有直觀的認識，從而進一步理解生產實踐。校外實習基地幫助學生了解自身所學專業和興趣，從而更好地與企業對接，為日后就業提供幫助。圖2為校內單片機開放實驗室申請流程。

通過校內外實踐平臺的建設，學生能夠有更廣闊的平臺和環境進行擴展學習和開展創新實踐項目，能夠有更加自由的時間進行自主創新實踐，或是參與到真實工程實踐項目中，從而提升自身的創新實踐能力和工程應用能力。

（三）學生學習興趣增強，創新實踐意識提高，學科專業競賽屢獲優異成績

“單片機原理及應用”課程從教師教學方面、科創項目方面、競賽平臺方面進行深入探索，很大程度地激發了學生的學習興趣和創新積極性，通過項目訓練、教師指導和備賽過程，使學生的實踐能力得到增強。學院學生積極參加專業競賽，在第十五屆藍橋杯全國軟件和信息技術專業人才大賽中、榮獲國家級三等獎3項，省級二等獎3項，省級三等獎16項。并在TI杯、挑戰杯、遼寧省大學生機器人科技創新大賽等比賽中多次獲得優異成績。圖3為學生應用單片機設計的醫用機器人參賽獲獎作品。圖4為學生應用單片機設計的智能消毒裝置參賽獲獎作品。圖5為學生應用單片機完成的物聯網智能魚缸參賽獲獎作品。圖6為學生應用單片機完成的語音識別分類垃圾桶參賽獲獎作品。

學生創新實踐意識逐步增強，積極參與校內外科技競賽，是對“單片機原理及應用”課程的教學探索改革的肯定。

圖3學生應用單片機設計的醫用機器人

學生的反饋是衡量單片機課程教學效果的重要指標。通過填寫問卷、小組討論和個別交流，收集學生對課程的評價和反饋。學生普遍認為教師在教學過程中增加了更多的實例分析和圖解，以幫助學生更好地理解和掌握復雜概念。對于實驗項目，學生認為實驗項目設計合理，有助于培養動手能力和解決實際問題的能力。參加校內外競賽較積極的學生反映指導教師指導力度大，經常指導和討論，幫助其解決了很多問題。學生一致認為單片機理論知識的掌握、實踐項目的設計和科技競賽的參與是環環相扣的，是相互作用，相互促進的，“單片機原理及應用”課程的教學探索改革在一定程度上培養了其創新意識，增強了其創新實踐能力。

四、結論

本文分析了“單片機原理及應用”課程的特點，當代大學生的學習特點，明確了單片機課程內容較抽象，難度大，教學模式較傳統，考核體系有一定局限，教師團隊的教學形式比較單一，缺乏教學設計的創新性。除此之外，授課對象基礎知識掌握不牢固，遇到難題容易放棄，學生的創新興趣不強，學生缺乏豐富的創新實踐平臺擴展學習，從而提升學生的創新實踐能力。

針對“單片機原理及應用”課程的教學特點，該研究提出單片機原理課程的具體改革方案，針對課程內容抽象，難度大的特點，教師團隊積極創新教學模式，豐富課堂案例，提高學生主動思考的能力，完善課程考核體系，全面評估學生水平。針對學生缺乏實踐平臺的特點，課程設計了課內課外實踐項目，學生自主選擇不同難度的項目，從而分層次培養學生的創新意識和創新實踐能力。

本研究通過實施改革方案，取得了一定的成效。對學生開放實驗室，能為學生自主實踐和參加科技競賽提供平臺和保障。本研究的教師團隊積極建立校內實踐平臺，增強校內創新實踐氛圍，通過實踐項目提升學生的創新實踐意識，校外就業實習基地為學生提供將理論知識與實踐相結合的平臺，能夠使學生切實地接觸工程項目，從而提升學生的職業素養和工程應用能力，在學科專業競賽中學生屢獲佳績。未來本研究團隊繼續探索創新人才培養方案，致力于提升學生的創新實踐能力，從而實現創新型人才的培養。

未來的“單片機原理及應用”課程教學改革需要關注跨學科融合、實踐教學、資源豐富化、個性化培養和課程評價體系改革等方面，以更快適應社會發展的需求，培養更多具備創新精神和實踐能力的創新型人才。

參考文獻：

[1]劉晉豪.地方高校應用型課程教學改革與實踐：以《單片機原理及應用》課程為例［J].才智，2024，1（20）：77-80.

[2]戴峻峰.OBE理念下基于項目驅動的單片機原理及應用課程教學改革與實踐［J].中國教育技術裝備，2024，6（12）：52-54.

[3]申彩英，張麗萍，劉立東，等.單片機原理及應用課程教學改革研究［J].遼寧工業大學學報（社會科學版），2024，26（1） ：99-101.

[4]李麗娜，徐攀峰，高哲，等.賽教融合背景下的單片機原理與應用課程教學改革與實踐[J].遼寧科技學院學報，2024，26（1）：61-63、69.

[5]王春梅，謝印忠，岳耀亮.單片機原理及應用課程教學改革探索與實踐[J].大學，2023（29）：109-112.

[6]雷成秀.“單片機原理及應用\"課程教學改革研究[J].教師，2023（1） ：90-92.

[7]馬春燕，鄭麗君，賈燕冰.基于ETPP模式的單片機原理與接口技術課程實踐教學改革探索[J]，教學刊，2024，10（19） ：131-134.

[8]唐偉杰，曹少泳.校企協同育人促單片機課程實踐教學改革與實踐[J].創新創業理論研究與實踐，2024，7（9）：46-48.56.

[9]邊玉亮，沈龍，余世干.單片機課程“ 5E+ 項目化\"融合教學模式研究［J].廊坊師范學院學報（自然科學版），2024，24（1）：106-110、120.

[10]楊桂華，李懷暉.基于虛擬實驗教學平臺的單片機控制技術課程實踐教學改革研究［J].中國現代教育裝備，2024（3） ：29-32.

（責任編輯 朱夢琳）