應用型工科院校單片機課程教學改革與實踐

樊莉莉

（安徽電子信息職業(yè)技術(shù)學院，安徽 蚌埠 233000）

應用型工科院校單片機課程教學改革與實踐

樊莉莉

（安徽電子信息職業(yè)技術(shù)學院，安徽 蚌埠 233000）

新時期，隨著科學技術(shù)水平不斷提升，單片機技術(shù)發(fā)展日漸成熟，其應用領(lǐng)域也日益廣泛，同時對應用型單片機技術(shù)人員要求也提高.在部分應用型工科院校單片機課程設(shè)計與教學過程中，存在著教學內(nèi)容單一、教學方法簡單枯燥、教學質(zhì)量與效果不佳等問題，嚴重制約了單片機技術(shù)人才的培養(yǎng)與發(fā)展.本文從應用型工科院校辦學特色出發(fā)，對單片機課程教學特點進行了分析，闡述了當前單片機課程教學現(xiàn)狀問題，并提出了相應的改革與實踐對策.

應用型工科院校；單片機課程；教學改革；實踐

進入二十一世紀，社會經(jīng)濟發(fā)展與進步離不開科學技術(shù)進步與發(fā)展，而科學技術(shù)發(fā)展的一個重要標志就是知識和產(chǎn)品的創(chuàng)新發(fā)展.可見，創(chuàng)新能力已成為影響一個國家社會經(jīng)濟發(fā)展的重要因素.因此，培養(yǎng)具有創(chuàng)新意識、創(chuàng)新思維、創(chuàng)新能力、創(chuàng)新精神和創(chuàng)新素質(zhì)的高質(zhì)量人才已成為新時期大學教育的重要任務[1].基于此，國內(nèi)以應用型工科院校辦學數(shù)量和規(guī)模逐漸擴大，其旨在培養(yǎng)學生知識與技能綜合能力.本文著重分析了應用型工科院校中單片機教學改革與實踐.

1 應用型工科院校單片機課程教學現(xiàn)狀

由于單片機屬于應用型學科，在應用型工科院校開設(shè)單片機課程旨在培養(yǎng)單片機相關(guān)技術(shù)人才，提高其創(chuàng)新與實踐能力，以不斷開發(fā)出新型單片機產(chǎn)品.基于此，單片機課程設(shè)計分為以單片機基礎(chǔ)理論知識教學為主的課堂教學和以培養(yǎng)學生單片機實踐操作技能為主的實踐教學.

在單片機課堂教學中[2]，普遍采用多媒體設(shè)備，將教學內(nèi)容制作成幻燈片，對著PPT講解電路和程序、CPU內(nèi)部結(jié)構(gòu)、I/O接口、硬件、軟件，均采用演示的教學方法.此教學方法在一定程度上有利于學生對單片機基礎(chǔ)知識進行了解和掌握，課堂教學氛圍較為活潑.但是，該教學方法存在的最大問題就是課堂教學中偏重于單片機基礎(chǔ)理論知識的傳授，而忽略了培養(yǎng)學生實踐動手能力，最終導致學生理論知識扎實而實踐操作生疏的問題.

匯編語言作為單片機課程教學體系中不可缺少的一部分，其由于具有代碼緊湊、執(zhí)行時間短、控制及時且易于記憶等優(yōu)點，使得單片機教學中廣受教師歡迎，而忽略了對單片機C語言方面的教學.這種情況下，C語言自身具有的豐富函數(shù)庫，以及在結(jié)構(gòu)上、功能上、可維護性上與可讀性等優(yōu)勢無法充分發(fā)揮出來，在很大程度上影響了學生利用C語言技術(shù)開發(fā)新型單片機的能力.

在單片機實踐教學中，以培養(yǎng)學生工程應用實踐能力為主，并作為單片機課堂理論教學的輔助性課程.但是，在實際教學過程中，受傳統(tǒng)教學模式和單片機知識體系等影響，單片機實驗課程編排按知識點為序，這種情況下較按項目模塊重構(gòu)課程內(nèi)容，用實例組織單元教學效果大大折扣，在一定程度上制約了學生單片機實踐操作技能的發(fā)展與提高.

在單片機教學評價方法方面，主要存在著時間選取不合理、題目選取不科學等問題.其中，在單片機教學考評時間安排方面，多數(shù)應用型工科院校將課程考核安排在單片機課堂教學和實驗教學全部結(jié)束后，并且時間相對較為緊湊，這種安排雖然在引導學生理論聯(lián)系實際方面具有積極作用，但是由于正處于學期末，學生面臨期末考試任務，往往忽視了單片機應用設(shè)計任務，造成考評質(zhì)量與效果不佳；在單片機考評設(shè)計題目方面，多數(shù)應用型工科院校存在著題目過于單一，與往年重復率較高，導致部分學生設(shè)計任務的完成是直接向高年級學生索要相關(guān)資料和源代碼.由于單片機教學評價在時間選取和題目選取方面不合理問題，造成學生沒有養(yǎng)成良好的學習習慣，對于單片機教學質(zhì)量與效果產(chǎn)生了嚴重不利影響.

可見，目前在多數(shù)應用型工科院校單片機課程教學中都存在著或多或少的問題，導致問題出現(xiàn)的原因也不盡相同，但從整體上對于學生創(chuàng)新能力、學習設(shè)計能力、實踐操作能力等方面都產(chǎn)生不利影響.因此，加強應用型工科院校單片機教學改革，提升學生單片機開發(fā)設(shè)計、實踐應用能力實在必行.

2 應用型工科院校單片機課程教學改革思路和內(nèi)容

應用型工科院校辦學特色中堅持“以學生為本”和“工程形成”的理念，并在教學過程中應充分遵循教育教學規(guī)律、通過引入先進的學科技術(shù)，不斷培養(yǎng)學生各方面綜合素質(zhì)能力.因此，針對應用型工科院校單片機課程教學現(xiàn)狀問題[3]，應對“單片機原理與接口技術(shù)”課程，建設(shè)模塊化教學模式，以促進學生的實踐能力的提升.

一方面，應充分了解應用型工科院校學生實際情況，對應用型工科院校中單片機課程教學特點和規(guī)律進行分析，并將二者有效結(jié)合起來，轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的人才培養(yǎng)模式，加強應用型工科院校單片機理論與實踐教學改革；另一方面，構(gòu)建“以任務為主線[4]、以教師為主導、以學生為主體”，“教、學、做”一體化任務驅(qū)動型的教學模式；此外，在應用型工科院校中逐步建立高水平立體化單片機課程教學資源.

3 應用型工科院校單片機課程教學改革與實踐對策

針對應用型工科院校單片機課程教學現(xiàn)狀問題，為提升其教學質(zhì)量與效率，可通過以下三方面進行教學改革，具體為[5]：

（1）改革應用型工科院校單片機課程過程中，應從院校學生的認知方式出發(fā).對于認知方式來說，指的是個體在知、覺、思維、記憶和理解問題等認知活動中加工和組織信息時所顯示出來的獨特而穩(wěn)定的風格[6].應用型工科院校學生的認知方式由于受工科學科具有較強的邏輯思維性，對學生實踐動手能力和創(chuàng)新能力要求較高，因此其偏向于系統(tǒng)型認知風格.在學習方式方面，應用型工科院校學生習慣于有步驟、有組織的學習方式，對于有難度且嚴謹?shù)膶W習資料較為偏好，樂于集中精力處理完一項學習任務后再處理下一項任務.

基于此特點，在應用型工科院校開展多種課堂教學方式進行單片機技術(shù)的傳授.例如，單片機學科教師在課堂教學中著重介紹一些難度適中且具有一定實際應用價值的知識點，并以此為基礎(chǔ)開展理論結(jié)合實際的教學，同時充分激發(fā)學生創(chuàng)新思維能力.常見課堂教學實例包括交通信號燈模擬控制、波形發(fā)生器、實例如電子琴、數(shù)字電壓表、智能電子鐘以及自動循跡小車等.實例教學的優(yōu)點諸多，不但有利于單片機學科教師能夠更加全面、深入的指導學生學習相關(guān)理論知識，而且有利于明確學生的學習目標.

在開展應用型工科院校單片機教學過程中，有效對多媒體教學資源進行充分利用.例如，在教學課件中融入單片機教學圖片、動畫演示等，集文字、圖像、聲音多項功能于一體，增大信息幫助學生學習相關(guān)知識.多媒體技術(shù)在應用型工科院校單片機教學中應用，不但可以有效的節(jié)省教師的課堂板書時間，能夠更加深入和廣泛的挖掘單片機知識，而且演示屏幕可以隨時變換重點部分可以隨機重復[7]，便于記憶，為課堂教學中的內(nèi)容變化和環(huán)節(jié)修補提供了方便，節(jié)省授課時數(shù).

此外，加強應用型工科院校單片機教學課堂的師生互動性，活躍的課堂教學氣氛不但有利于學生對單片機學習積極性和主動性，而且還能夠在課堂學習中與教師對單片機深化問題進行了解，并且可以有效的拓展學生獲得高級認識能力.

（2）將計算機教學模擬仿真系統(tǒng)融入到應用型工科院校單片機教學中.不但實驗教學項目、教學指導書、實驗方法和實驗步驟過于單一，而且在單片機實驗教學質(zhì)量和效率方面偏低.這種情況下，學生只能在固定的實驗題目范圍變更接線，不但理論學生不夠扎實，而且實踐動手能力相對較弱.長此以往，學生對單片機學習積極性和主動性將明顯降低，而且學生在創(chuàng)新精神、創(chuàng)新能力等方面缺乏培養(yǎng)，致使學生在認識新器件、新電路應用等方面明顯不足.

基于此相關(guān)研究學者提出了在單片機實驗教學中采用模擬仿真系統(tǒng)，即學生在設(shè)計實驗電路時，依據(jù)具有參考性質(zhì)的一些電路和程序，并改編或者學生重新編寫實驗程序[8]，來達到課程所要求的實驗現(xiàn)象或者實驗結(jié)果，并觀察、分析、研究實驗過程和結(jié)果，該種實驗方法要求學生部分掌握電路設(shè)計和程序設(shè)計的內(nèi)容和方法，提高分析和解決問題的能力.

以單片機某個實驗教學過程為例，應用型工科院校學生通過查閱資料，對單片機的最新發(fā)展情況進行了解.同時在課堂教學過程中，教師應按照單片機教材和教案中貫穿著一些較為新的知識，引導學生去查閱資料，教他們查資料的方法，引導學生自己查閱資料了解新技術(shù)、新器件.如在教學過程中單片機的外圍接口的設(shè)計，可以引入嵌入式設(shè)計中廣泛應用的可編程邏輯器件來實現(xiàn).通過實例穿插教學模式，有利于培養(yǎng)學生對單片機性知識和技術(shù)的學習熱情，而且對于開拓學生的創(chuàng)新思維，提高學生自主發(fā)展能力等具有顯著作用.

（3）積極開展應用型工科院校學生單片機應用實踐教學，鼓勵和引導學生參與課外實踐和競賽.在對單片機課程設(shè)計方面，加強單片機分散、獨立的知識的統(tǒng)一協(xié)調(diào)，在具體系統(tǒng)充分應用，以促進學生單片機的實際綜合開發(fā)能力的培養(yǎng).

首先，前期設(shè)計單片機課程過程中，教師可以對學生課程設(shè)計方案進行簡單指導，并給予一定的提示，整個過程中主要依靠學生自己摸索和查閱相關(guān)資料，并制定出芯片類型、器件組織、編程實現(xiàn)、聯(lián)機調(diào)試以及指標測試等相應方案，以此可以有效提升學生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力.

其次，在單片機課題完成后，學生應編寫出相應的單片機課程設(shè)計報告，有利于提升學生綜合設(shè)計能力，同時對于培養(yǎng)學生嚴謹?shù)目茖W態(tài)度具有積極作用.

同時，在實踐環(huán)節(jié)的教學過程中，學校應加強各方面人力、物力和財力等投入，例如設(shè)立專項經(jīng)費，成立科技創(chuàng)新實驗室，積極鼓勵、大力支持并引導學生參與課外實踐和競賽.定期在應用型工科院校組織單片機相關(guān)專業(yè)的大學生電子競賽、“挑戰(zhàn)杯”校園知識競賽等，并給予學生一定的經(jīng)費支持，并由學生自由立項、獨立選題等方式參與其中.另外，為培養(yǎng)學生學習單片機的熱情和積極性，促進學生工程設(shè)計素養(yǎng)和動手能力的提升，可以由部分教師承擔的項目中具有一定難度的課題引入到實驗室，積極引導和鼓勵部分學有余力的高年級學生參與研究.

（4）改變傳統(tǒng)的單片機教學模式，充分結(jié)合單片機教學情況和學生自身特點等，應突出以單片機教師為主導，學生為主體的教學模式.在開展單片機教學過程中，以“項目任務”為主線[9]，采用教師講授和學生講解相結(jié)合、單個提問和小組討論相結(jié)合、課上教學和課下交流相結(jié)合，通過課堂講授、研討課、小論文、綜合性實驗和項目訓練，實行啟發(fā)式、參與式教學，協(xié)調(diào)發(fā)展學生知識、能力及素質(zhì)，培養(yǎng)了學生創(chuàng)新精神、實踐能力、自學能力、交流能力、團隊意識和社會適應能力.

（5）在應用型工科院校單片機教學過程中，建立融“教、學、做”為一體的新型教學方法.先通過多媒體理論教學方式，對單片機教學任務和內(nèi)容進行明確，并加強教師與學生的交流溝通；再推動單片機實驗教學的開展，確保學生的計算機仿真訓練有序進行，加強學生的學習能力，促進其實踐動手能力的提升；后學生可以結(jié)合大作業(yè)和課外科技活動[10]，真正完成工作任務，這一層次主要是學生“做”，充分發(fā)揮學生的主觀能動性，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新和實踐能力.

4 結(jié)語

總而言之，應用型工科院校單片機課程設(shè)計與教學過程中，存在著教學內(nèi)容單一、教學方法簡單枯燥、教學質(zhì)量與效果不佳等問題，嚴重制約了單片機技術(shù)人才的培養(yǎng)與發(fā)展.基于此，應轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)單片機教學模式，既要加強單片機理論教學，又要積極開展單片機實踐教學，通過對單片機教學改革與實踐，不斷提升應用型工科院校單片機教學質(zhì)量與效率.

〔1〕陳小虎，劉志遠.應用型本科院校辦學特色的思考與實踐[J].長春工程學院學報（社會科學版），2002，3（3）：45-47.

〔2〕楊立林．單片機原理與應用課程教學的實踐與思考[J]．江蘇技術(shù)師范學院學報（自然科學版），2009，15（2）：62-66.

〔3〕朱月秀.單片機實驗教學改革的探索[J].實驗室研究與探索，2002，21（4）：17-19.

〔4〕顧學雍.聯(lián)結(jié)理論與實踐的CDIO——清華大學創(chuàng)新性工程教育的探索[J].高等工程教育研究，2009（1）：11-23.

〔5〕魯俊生，萬忠，萬光毅.單片機課程教學改革的實踐和思考[J].實驗室研究與探索，2004（3）：54-56.

〔6〕許超，吳新杰，張丹.基于Proteus和Keil的單片機課程教學改革[J].遼寧大學學報（自然科學版），2011，38（1）：27-29.

〔7〕李紹民.單片機開放實驗教學的探索[J].實驗技術(shù)與管理，2002（6）：84-85.

〔8〕肖洪兵，胡輝，郭速學.跟我學單片機[M].北京：北京航空航天大學出版社，2002.

〔9〕朱月秀，單片機實驗教學改革的探索[J].實驗室研究與探索，2002，21（4）：17-19.

〔10〕鮑吉龍，傅越千，樓建明，應用型本科電類專業(yè)實踐教學改革的探索 [J].高等工程教育研究，2009（6）：100-103.

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1673-260X（2016）11-0226-02

2016-07-22