基于課程鏈的單片機課程教學(xué)改革研究與實踐

徐　旭，董全德，李　明

（1.宿州學(xué)院　信息工程學(xué)院；2.宿州學(xué)院　機械與電子工程學(xué)院，安徽　宿州　234000）

基于課程鏈的單片機課程教學(xué)改革研究與實踐

徐旭1，董全德1，李明2

（1.宿州學(xué)院信息工程學(xué)院；2.宿州學(xué)院機械與電子工程學(xué)院，安徽宿州234000）

本文探討分析了在構(gòu)建計算機專業(yè)硬件課程鏈的過程中進行單片機課程教學(xué)內(nèi)容與實踐環(huán)節(jié)改革.通過教學(xué)方式和教學(xué)目標(biāo)的改革，培養(yǎng)具有分析問題、解決問題、創(chuàng)新精神、合作意識等多方面能力的應(yīng)用型人才.

課程鏈；單片機；項目驅(qū)動；創(chuàng)新

計算機專業(yè)是全國各高校的熱門專業(yè)，隨著高校擴招，計算機專業(yè)畢業(yè)人數(shù)的急劇增加，用人單位的要求越來越高，不僅要求應(yīng)聘者具有一定的專業(yè)素養(yǎng)和綜合素質(zhì)，還要具備職業(yè)能力，包括核心技能、行業(yè)通用技能和職業(yè)專門技能.

我校是應(yīng)用型本科高校，培養(yǎng)的是“實基礎(chǔ)、強能力、高素質(zhì)”的應(yīng)用型人才.客觀的說，高校在計算機專業(yè)傳統(tǒng)的理論型、研究型人才培養(yǎng)上具有較大的優(yōu)勢，但在應(yīng)用型人才的培養(yǎng)上可能存在層次單一、教學(xué)內(nèi)容滯后、理論與實踐脫節(jié)等情況.以我院計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)為例，共開設(shè)了C語言程序設(shè)計、微機原理、計算機組成與結(jié)構(gòu)、單片機接口與技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等課程.這些課程之間應(yīng)具有“鏈?zhǔn)健标P(guān)系，但在目前的教學(xué)內(nèi)容與實踐環(huán)節(jié)的設(shè)置方面存在很多的問題，對這些課程進行整合優(yōu)化具有重要意義.

1　單片機課程存在的主要問題

調(diào)查顯示目前的教學(xué)改革大多是針對單門課程展開，沒有關(guān)注相關(guān)課程之間的關(guān)聯(lián)性，對前導(dǎo)課和后繼課之間的聯(lián)系不了解，導(dǎo)致改革成果有限.

單片機課程目前存在的主要問題是：

1.1課程定位不準(zhǔn)確，教學(xué)目標(biāo)不明確，教學(xué)方法單一

計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)培養(yǎng)方案中包含多門硬件課程，教學(xué)內(nèi)容豐富，但有以下問題

1、定位不準(zhǔn)確.

課程內(nèi)容設(shè)置應(yīng)以辦學(xué)定位為前提，無關(guān)內(nèi)容即使再有價值都應(yīng)放棄.如微機原理與單片機原理課程均用匯編語言進行實驗教學(xué)，匯編語言在單片機及嵌入式系統(tǒng)開發(fā)底層驅(qū)動程序時確有其應(yīng)用價值，但隨著編譯技術(shù)的進步，軟硬件工程師、嵌入式工程師開發(fā)時大部分用C語言較少用到匯編，因此對匯編語言的要求只需讀懂而不需花大量課時在熟練編程上.

2、目標(biāo)不明確.

（1）重復(fù).教學(xué)內(nèi)容設(shè)置不合理，有限的課時浪費在了重復(fù)內(nèi)容的講解上.如組成原理與微機原理的存儲器及輸入輸出部分，微機原理和單片機原理的功能結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)部分，雖然側(cè)重點有所不同，但需要學(xué)生掌握的知識點基本相同.

（2）滯后.教材內(nèi)容與最新技術(shù)有較大差距，教學(xué)不聯(lián)系實際無法學(xué)以致用.課程講解的技術(shù)與實際生活中采用的技術(shù)有差異.

（3）無關(guān)聯(lián).整個硬件課程課程鏈中，應(yīng)層層關(guān)聯(lián)以達到遞進式教學(xué)目的，但大多教師只負責(zé)講好本職課程，對其前導(dǎo)課和后繼課之間的聯(lián)系不了解也不關(guān)心，沒有注意到一系列課程的教學(xué)內(nèi)容相近，有些內(nèi)容相對陳舊，教學(xué)目標(biāo)不明確，課程重難點的設(shè)置及實驗項目的開設(shè)只憑個人的教學(xué)經(jīng)驗，沒有理論價值，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)起來興趣不高.

3、教學(xué)方法單一.

教師只用板書和多媒體授課，沒有利用現(xiàn)代化教學(xué)手段為教學(xué)服務(wù).課堂上，與學(xué)生互動性不強，講課吸引不了學(xué)生，無法調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，講課效果不好.

1.2教學(xué)過程重理論，輕應(yīng)用

1、知其所以然，更要知其然.

硬件課程因涉及到系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與軟件的結(jié)合，知識點較多且繁雜難懂.教師在授課過程中往往只注重知識傳授，忽略“知其然”而直接將學(xué)生帶入“所以然”，學(xué)生在被灌入各種原理與工作過程的講解與實驗后，大多失去了學(xué)習(xí)該門課的興趣和信心，導(dǎo)致教者覺得難教，學(xué)習(xí)者覺得難學(xué).

2、實驗流于形式.

實驗教學(xué)內(nèi)容綜合性、設(shè)計性不強，多數(shù)為驗證性實驗，缺少新意，且開設(shè)的實驗項目很多僅是設(shè)備制造商提供的實驗項目的簡單組合，學(xué)生面對復(fù)雜的實驗設(shè)備，只是參照說明書機械的完成相關(guān)實驗任務(wù)，或者簡單的把程序抄上了事，對具體的工程應(yīng)用知之甚少，學(xué)生得不到真正的實戰(zhàn)訓(xùn)練，缺乏創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，課程效果大打折扣.

3、考核方式單一，無法反映學(xué)生能力.

考試不是目的只是檢測手段，通過正確的考核方能讓學(xué)生認識到與預(yù)期教學(xué)目標(biāo)的差距，實現(xiàn)以考促學(xué).在現(xiàn)階段綜合成績評定中，平時成績的80%為出勤次數(shù)及作業(yè)完成情況，期末考試均為筆試，側(cè)重學(xué)生對理論知識掌握的考核方式無法體現(xiàn)單片機課程的實踐性、應(yīng)用型特點.實驗考核中因?qū)嶒瀰^(qū)分度不高，實驗結(jié)果大同小異，無法調(diào)動學(xué)生的創(chuàng)新積極性.

以上這些問題直接關(guān)系著學(xué)生素質(zhì)的培養(yǎng)，因此，對單片機課程進行教學(xué)內(nèi)容與實踐環(huán)節(jié)的改革勢在必行，刻不容緩.

2　實施課程改革，推進素質(zhì)教育

2.1構(gòu)建硬件一體化課程鏈.應(yīng)結(jié)合我院專業(yè)培養(yǎng)計劃，制定新的教學(xué)大綱，對各課程中教學(xué)內(nèi)容相近、重復(fù)的部分進行整合、刪減.融合微機原理和單片機接口與技術(shù)課程開設(shè)單片機原理及接口技術(shù)課程，增加課程設(shè)計，加強實踐教學(xué).調(diào)整微機原理、C語言程序設(shè)計、單片機接口與技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)等課程的教學(xué)內(nèi)容、學(xué)時數(shù)，減少內(nèi)容的冗余，補充新理論、新方法.通過市場調(diào)研及與公司企業(yè)交流合作，深入研究最新行業(yè)動向、技術(shù)方向及嵌入式工程師等職位所需資格能力，結(jié)合本專業(yè)培養(yǎng)方案中所開設(shè)的各門硬件課程，建立硬件課程教學(xué)團隊，構(gòu)建硬件一體化課程鏈，形成遞進式教學(xué)模式.教學(xué)內(nèi)容以整合相關(guān)課程中相同知識點使之更加精煉，根據(jù)市場和企業(yè)對硬件人才的需求，將重要、經(jīng)典的基本概念、知識點連同相應(yīng)的技能串聯(lián)起來講授和實踐，幫助學(xué)生更加系統(tǒng)有效的學(xué)習(xí)硬件課程.

2.2引入項目驅(qū)動式仿真教學(xué)模式.引入項目驅(qū)動法及Proteus、Keil等仿真技術(shù)，在項目仿真實現(xiàn)過程中貫穿各知識點，解決教師難教學(xué)生難懂問題.設(shè)計項目包括：項目名稱、項目目的、所用理論知識點、項目的硬件電路圖及仿真、軟件編程、項目注意事項、項目拓展等，以培養(yǎng)學(xué)生的實際工程項目開發(fā)能力.借助于Proteus等仿真軟件，教師可以在課前準(zhǔn)備好項目仿真圖，在授課中隨時講解知識點或連接硬件，并進行調(diào)試講演，使學(xué)生形象地觀察并深刻地理解每一步軟件和硬件之間的內(nèi)在關(guān)系，在有實例基礎(chǔ)的前提下更容易對知識點產(chǎn)生興趣.

2.3將開放性仿真實驗推廣到學(xué)科競賽、科研項目申報及畢業(yè)設(shè)計中.精選實驗內(nèi)容，實驗緊跟理論教學(xué)，通過實驗使學(xué)生掌握單片機指令系統(tǒng)、定時器、中斷、芯片擴展等知識和基本用法.建立可預(yù)約的時間、內(nèi)容及實驗器材的硬件開放型實驗室，減少基礎(chǔ)驗證型實驗，增加設(shè)計提高型、綜合擴展型實驗比例.其中基礎(chǔ)驗證型實驗必做，主要采用虛擬仿真與實物相結(jié)合的方式.設(shè)計提高型實驗一部分必做，另一部分可選做.全部選做的綜合創(chuàng)新型實驗，是具有一定難度的、需大量查閱資料反復(fù)調(diào)試才能完成的綜合性題目，教師僅給出實驗要求，必要時給出設(shè)計框圖，讓學(xué)生獨立查閱資料，設(shè)計硬件電路、編寫程序及完成調(diào)試過程.要尊重學(xué)生的個性差異，可以讓三個學(xué)生為一個設(shè)計小組，互相支持，配合交流，有助于培養(yǎng)團隊意識.有能力完成綜合型實驗的學(xué)生，可以推廣到學(xué)科競賽、科研項目申報及畢業(yè)設(shè)計中，以改善為了競賽而競賽、項目申報缺少可持續(xù)發(fā)展空間及畢業(yè)設(shè)計90%都是軟件系統(tǒng)設(shè)計的局面.

2.4改革考核制度，建立靈活、合理的考核體系

對學(xué)生考核時，將理論考試、實驗?zāi)芰己艘约罢n程設(shè)計等考核結(jié)合起來.在學(xué)期初將課程設(shè)計題目及待討論問題布置給學(xué)生，平時成績中加大課堂討論的力度及分值，期末考試可試行綜合設(shè)計答辯式免考機制以反映學(xué)生的真實能力，其中免考申請可在名額數(shù)限制的前提下考慮課堂討論積極度及實驗完成情況等條件.實驗方面，各類實驗設(shè)定不同的起評分讓學(xué)生按能力選擇完成類型，綜合設(shè)計型實驗可分小組完成，最后以組內(nèi)抽簽答辯方式考核成績，以反映學(xué)生的真實能力及提高學(xué)生的實驗創(chuàng)新積極性.

2.5其他措施.加大實驗室建設(shè)力度，改造單片機實驗設(shè)備，建設(shè)新的實驗室，給學(xué)生創(chuàng)造良好的學(xué)習(xí)環(huán)境.學(xué)院積極與企業(yè)建立聯(lián)系，加強合作，建立產(chǎn)、學(xué)、研基地，給學(xué)生提供實踐平臺.增加實習(xí)實踐，讓學(xué)生走出校門，走進企業(yè)，在實踐中積累經(jīng)驗，學(xué)以致用.開設(shè)技能培訓(xùn)班，讓學(xué)生通過努力考取到國家信息產(chǎn)業(yè)部和勞動部頒發(fā)的證書，提高就業(yè)機會.

3　鞏固成果，傳承素質(zhì)教育

通過計算機專業(yè)硬件課程課程鏈建設(shè)，形成硬件課程統(tǒng)一架構(gòu)，對體系中的單片機課程進行教學(xué)內(nèi)容與實踐環(huán)節(jié)進行改革，對授課內(nèi)容進行全面的優(yōu)化，減少重復(fù)，加強實踐性、創(chuàng)新性內(nèi)容，以實際應(yīng)用為導(dǎo)向，最終形成以培養(yǎng)能力為主導(dǎo)的單片機課程教學(xué)體系，培養(yǎng)學(xué)生分析解決實際問題的能力以及創(chuàng)新精神.

本改革自12級開始，在計算機科學(xué)與技術(shù)、自動化等專業(yè)逐步實施，通過改革，學(xué)生逐次掌握單片機的基本概念、原理，掌握了單片機的各種應(yīng)用技術(shù)，培養(yǎng)出了一批實際能力強、綜合素質(zhì)高的創(chuàng)新型人才.

〔1〕宋躍，余熾業(yè)，胡勝.省級精品單片機課程教學(xué)改革探索［J］.實驗室研究與探索，2012，31（4）：124-126.

〔2〕王慶鈺，唐心龍，楊柏明，等.加強實踐教學(xué)培養(yǎng)高素質(zhì)人才［J］.中國教育導(dǎo)刊，2009（1）：65-66.

〔3〕沈敏，唐志凌，唐春玲.單片機課程教學(xué)的探索與實踐［J］.科技信息，2012（25）：261-262.

〔4〕程曉艷，黨國慶.突出學(xué)生個性發(fā)展的大學(xué)單片機課程教學(xué)改革［J］.新余學(xué)院學(xué)報，2012，17（4）：117-118.

〔5〕龔益民.《單片機原理及應(yīng)用》教學(xué)改革與實踐［J］.教學(xué)改革與實踐，2007（5）：119-120.

〔6〕李潔，李衛(wèi)兵，杜玉杰.《單片機原理及應(yīng)用》實驗教學(xué)改革與實踐［J］.實驗科學(xué)與技術(shù)，2012（8）：92-94.

〔7〕周冠玲，馮占英，李戰(zhàn).《單片機原理及應(yīng)用》課程教學(xué)改革的探討［J］.中國電化教育，2012，（6）：105-07.

〔8〕付和惠，郭青.加強高校實踐教學(xué)的若干思考［J］.中國成人教育，2008（12）：143-144.

G642.0

A

1673-260X（2016）08-0240-02

2016-06-23

安徽省振興計劃教育研究重大項目（2013zdjy152）；宿州學(xué)院人才培養(yǎng)模式模式創(chuàng)新實驗區(qū)項目（szxypycx201301）；專業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整服務(wù)地方發(fā)展計劃項目（2014zytz030）