地方本科院校轉(zhuǎn)型形勢下的單片機(jī)課程教學(xué)改革探索與實(shí)踐

張文昭 譚永宏 周文真 劉志壯

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地方本科院校轉(zhuǎn)型形勢下的單片機(jī)課程教學(xué)改革探索與實(shí)踐

張文昭 譚永宏 周文真 劉志壯

（湖南科技學(xué)院 電子與信息工程學(xué)院，湖南 永州 425199）

為適應(yīng)地方本科院校向應(yīng)用型大學(xué)轉(zhuǎn)型發(fā)展的需要，針對湖南科技學(xué)院現(xiàn)有的單片機(jī)教學(xué)模式，大膽調(diào)整教學(xué)體系，整合教學(xué)資源。教學(xué)內(nèi)容以基礎(chǔ)篇、核心篇、綜合篇和提高篇分塊，改革考試考核模式，充分應(yīng)用項(xiàng)目式教學(xué)，理論與實(shí)踐相結(jié)合；使學(xué)生的實(shí)踐環(huán)節(jié)由課內(nèi)為主轉(zhuǎn)變?yōu)檎n內(nèi)為重、課外為主，激發(fā)學(xué)生的主觀能動性。

地方本科院校，應(yīng)用型大學(xué)，單片機(jī)，課程教學(xué)改革

1　引　言

2013年初，教育部計(jì)劃實(shí)施一項(xiàng)重大高等教育改革項(xiàng)目，即將約 600 所新建地方本科院校轉(zhuǎn)變成為新型的應(yīng)用型本科院校，2014 年初教育部將此項(xiàng)轉(zhuǎn)型工作列入教育部當(dāng)年的工作要點(diǎn)[1]。在高校向應(yīng)用型轉(zhuǎn)型的新形勢下，高校教育教學(xué)應(yīng)以市場需求、職業(yè)需求為核心，培養(yǎng)學(xué)生不但要掌握理論基礎(chǔ)知識，更重要的是要注重實(shí)踐，要求學(xué)生畢業(yè)時與企業(yè)零距離就業(yè)，實(shí)現(xiàn)無縫對接[2]。

單片機(jī)課程是電類專業(yè)的核心課程，有著極強(qiáng)的實(shí)踐性和應(yīng)用性，隨著電子技術(shù)的迅速發(fā)展，基于單片機(jī)的電子產(chǎn)品、智能設(shè)備、測控裝置等在日常生活中隨處可見，社會對從事單片機(jī)開發(fā)人才的需求量日趨增加[3]。為迎接地方本科院校向應(yīng)用型轉(zhuǎn)型的挑戰(zhàn)，培養(yǎng)出理論與實(shí)踐并重，可以從事社會生產(chǎn)實(shí)踐的應(yīng)用型技術(shù)技能型人才，單片機(jī)課程教學(xué)模式應(yīng)不斷改革才能適應(yīng)時代的發(fā)展。

2　單片機(jī)教學(xué)現(xiàn)狀

近年來，湖南科技學(xué)院積極推進(jìn)轉(zhuǎn)型，在教育教學(xué)上以應(yīng)用型人才培養(yǎng)為目標(biāo)，單片機(jī)課程組成員曾對單片機(jī)課程教學(xué)方法進(jìn)行了探究：采用從外到內(nèi)，由淺到深，由簡單到復(fù)雜，由單一到綜合的教學(xué)方法[4]，將任務(wù)驅(qū)動法、項(xiàng)目教學(xué)法引入教學(xué)中[4~5]。上述教學(xué)改革在一定程度激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，教學(xué)效果能達(dá)到教學(xué)目標(biāo)。但單片機(jī)課程教學(xué)模式及方法仍不能很好地適配應(yīng)用型地方本科院校教育的主題，無法達(dá)到培養(yǎng)應(yīng)用型技術(shù)技能型人才的目標(biāo)，主要缺點(diǎn)體現(xiàn)在如下兩個方面。

2.1教學(xué)課時安排重理論輕實(shí)踐

我校電子信息工程專業(yè)的人才培養(yǎng)方案中單片機(jī)課程的理論課時與實(shí)驗(yàn)課時比44：12，以理論教學(xué)為主，實(shí)驗(yàn)教學(xué)為輔，課堂上理論性知識講授過多，容易使學(xué)生枯燥，實(shí)驗(yàn)課時少，學(xué)生參與少，不利于學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，達(dá)不到培養(yǎng)學(xué)生動手能力和應(yīng)用能力的培養(yǎng)目標(biāo)。

2.2考核模式單一

一直以來，單片機(jī)課程考核都是期末閉卷考試為主，平時作業(yè)及實(shí)驗(yàn)操作為輔，期末考試成績占60%，平時作業(yè)成績占20%，實(shí)驗(yàn)操作成績占20%。這種考核模式使得學(xué)生們的注意力只仍局限于老師期末的考試范圍，不注重平時的學(xué)習(xí)過程，僅在期末考試前被動突擊，死記硬背知識點(diǎn)，沒注重實(shí)際工程應(yīng)用，忽略了動手能力的培養(yǎng)。

3　教學(xué)模式探索與實(shí)踐

針對現(xiàn)有的教學(xué)模式存在的主要缺點(diǎn)，本課程組成員，以培養(yǎng)應(yīng)用型本科生為綜旨，以提高學(xué)生單片機(jī)技術(shù)應(yīng)用能力為目標(biāo)，結(jié)合工程與實(shí)際需求，加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)。

3.1調(diào)整課程體系

現(xiàn)有的教學(xué)模式是依據(jù)傳統(tǒng)的理論體系順序授課：概述、單片機(jī)結(jié)構(gòu)、單片機(jī)指令集、匯編語言程序設(shè)計(jì)、中斷系統(tǒng)、定時器/計(jì)數(shù)器、系統(tǒng)擴(kuò)展及接口技術(shù)，中間穿插4~6個相關(guān)的實(shí)驗(yàn)，這種模式已難以適應(yīng)應(yīng)用型本科教學(xué)。課程組成員根據(jù)學(xué)生認(rèn)知規(guī)律，優(yōu)化了課程體系，整合教學(xué)內(nèi)容，將教學(xué)體系內(nèi)容分基礎(chǔ)篇、核心篇、綜合篇、提高篇，每一個知識點(diǎn)都配備相應(yīng)的實(shí)踐項(xiàng)目，使理論與實(shí)踐有機(jī)結(jié)合。并將項(xiàng)目教學(xué)法和微課引入教學(xué)中。調(diào)整后的課程體系結(jié)構(gòu)如表1所示。

表1.課程體系結(jié)構(gòu)

教學(xué)順序教學(xué)內(nèi)容實(shí)踐項(xiàng)目 基本篇單片機(jī)基本結(jié)構(gòu)(1)點(diǎn)亮一只發(fā)光二極管；(2)發(fā)光二極管閃爍；(3)流水燈控制器的設(shè)計(jì)：8只發(fā)光二極管模擬流水燈操作；(4)按鍵控制多花樣流水燈（查詢法檢測按鍵狀態(tài)）；(2)~(4)的亮燈狀態(tài)由軟件實(shí)現(xiàn)延時維持 C51基礎(chǔ) 簡單I/O口應(yīng)用 Keil 軟件與Proteus仿真軟件應(yīng)用綜合運(yùn)用 核心篇中斷系統(tǒng)(5)按鍵控制多花樣流水燈（外部中斷法檢測按鍵狀態(tài)）；(6)外中斷應(yīng)用二進(jìn)制加法（減法）計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)； 定時器/計(jì)數(shù)器(7)用定時中斷法延時的流水燈控制器的設(shè)計(jì)；(8)用定時中斷法產(chǎn)生方波信號；(9)用定時中斷法產(chǎn)生周期和占空比一定的矩形波信號；(10)用定時中斷法產(chǎn)生秒脈沖信號； 串行口與串行通信技術(shù)(11)利用串行口及74HC164或者74HC595輸出端所接的8只發(fā)光二極模擬流水燈操作；(12)利用點(diǎn)對點(diǎn)串行異步通信，根據(jù)對方要求接收對方發(fā)來的數(shù)據(jù)并顯示收到的數(shù)據(jù)，或根據(jù)對方要求，發(fā)送數(shù)據(jù)給對方并能顯示所發(fā)送的數(shù)據(jù)； 綜合篇單片機(jī)接口技術(shù)(13)電子秒表的設(shè)計(jì)：最小計(jì)時單位為0.01s，最大計(jì)時為99.99s，用一按鍵控制開始/停止/歸零；開機(jī)時，顯示"00.00"，第1次按鍵后開始計(jì)時，第2次按鍵后，計(jì)時停止，第3次按鍵后計(jì)時歸零。用數(shù)碼管或LCD1602顯示；(14)數(shù)字電子時鐘的設(shè)計(jì)：用三個按鍵實(shí)再時、分、秒的調(diào)節(jié)。用數(shù)碼管或LCD1602顯示；(15)利用開發(fā)板上的矩陣鍵盤和LED數(shù)碼管構(gòu)成簡單的輸入顯示系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)鍵盤輸入和LED數(shù)碼顯示相應(yīng)鍵值的功能。(會設(shè)計(jì)4X4，3X4、2X4、3X3這4種矩陣鍵盤)；(16)設(shè)計(jì)一個實(shí)時時鐘，用存儲器AT24C02對時間信息進(jìn)行掉電保護(hù)，每過1秒鐘存一次數(shù)；(17)簡易數(shù)字電壓表的設(shè)計(jì)，用用數(shù)碼管或LCD1602顯示。(18)多波形發(fā)生器的設(shè)計(jì)，用按鍵選擇所需波形； 提高篇課程設(shè)計(jì)(19) 籃球比賽電子記時、記分系統(tǒng)的設(shè)計(jì)；(20)十字路口交通燈控制器的設(shè)計(jì)；(21)多功能數(shù)字電子鐘的設(shè)計(jì)；(22)電子密碼鎖設(shè)計(jì)；(23)直流電機(jī)調(diào)速控制設(shè)計(jì)；(24)信號發(fā)生器設(shè)計(jì)；(25)數(shù)顯頻率計(jì)設(shè)計(jì)；(26)超聲波測距系統(tǒng)設(shè)計(jì)；(27)溫、濕度檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)；

調(diào)整后的課程體系，使知識點(diǎn)從簡單到復(fù)雜，從單一到綜合，一環(huán)扣一環(huán)層層遞進(jìn)，且理論與實(shí)踐緊密結(jié)合，充分體現(xiàn)了應(yīng)用性、實(shí)踐性。

3.2優(yōu)化教學(xué)手段

教學(xué)手段直接影響課堂教學(xué)效率。傳統(tǒng)的課堂教學(xué)，教學(xué)形式多以教師講解為主，難以使學(xué)生產(chǎn)生情緒高昂和智力振奮的內(nèi)心狀態(tài)，學(xué)生只能在枯燥、乏味的課堂上冷漠、被動地接收知識而產(chǎn)生厭學(xué)和逃學(xué)的心理，更不可能談得上提高課堂教學(xué)效率。教學(xué)組人員從如下三個方面優(yōu)化教學(xué)手段，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，變“要我學(xué)”為“我要學(xué)”，充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，提高了課堂教學(xué)效率。

3.2.1將微課引入教學(xué)中

微課是近幾年新起的一種創(chuàng)新型的教學(xué)模式，它將課程中的重要知識點(diǎn)、難懂的知識點(diǎn)設(shè)計(jì)開發(fā)成在線視頻課程資源，借助力于網(wǎng)絡(luò)平臺供學(xué)生自主學(xué)習(xí)。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展、4G網(wǎng)絡(luò)的成熟，我校無線網(wǎng)絡(luò)已全面覆蓋各個角落，此外，我校還有功能強(qiáng)大的課程中心，這些都是我們將微課引入教學(xué)中的一個良好契機(jī)。我們單片機(jī)課程的教學(xué)充分利用了課程中心這一平臺，將各相關(guān)知識點(diǎn)，做成微視頻，上傳到課程中心，每一個知識點(diǎn)的微課內(nèi)容由微視頻、微教案、微練習(xí)、微點(diǎn)評、微互動等構(gòu)成。學(xué)生可以按照自己的節(jié)奏自主學(xué)習(xí)，學(xué)生可以根據(jù)自己實(shí)際情況來播放視頻，如：可反復(fù)播放沒聽懂知識點(diǎn)片段視頻直到聽懂為止、跳過已掌握的知識點(diǎn)片段視頻、暫停播放以思考或記筆記等，學(xué)生可以帶著微課遇到的疑問進(jìn)入課堂教學(xué)與學(xué)生和老師進(jìn)行交流討論。微練習(xí)是該知識點(diǎn)與生活密切相關(guān)的應(yīng)用項(xiàng)目設(shè)計(jì)題。將微課引入單片機(jī)教學(xué)中，兼顧不同層次、不同水平的學(xué)生的學(xué)習(xí)，能充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性。

3.2.2將項(xiàng)目教學(xué)法引入教學(xué)中

我校辦學(xué)目標(biāo)正轉(zhuǎn)向培養(yǎng)應(yīng)用型技術(shù)技能型人才，在應(yīng)用型人才培養(yǎng)的新教學(xué)模式下，教學(xué)過程應(yīng)著重體現(xiàn)應(yīng)用型和實(shí)踐性。為了更好地培養(yǎng)學(xué)生動手操作能力、分析和解決問題能力、實(shí)踐創(chuàng)新能力，單片機(jī)教學(xué)組人員將項(xiàng)目教學(xué)法[4－5]引入單片機(jī)課程教學(xué)中。此教學(xué)法已經(jīng)歷過多年的教學(xué)實(shí)踐，且在實(shí)踐中不斷優(yōu)化項(xiàng)目內(nèi)容，積累經(jīng)驗(yàn)，現(xiàn)如今已達(dá)到較好教學(xué)效果。

3.2.3 Proteus仿真與開發(fā)板實(shí)驗(yàn)平臺相結(jié)合

PROTEUS仿真軟件是英國Labcenter Electronics公司研發(fā)的EDA工具軟件，是目前最先進(jìn)的單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真平臺。它實(shí)現(xiàn)了在計(jì)算機(jī)上完成單片機(jī)系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)、代碼級調(diào)試與仿真、系統(tǒng)測試與功能驗(yàn)證、再形成PCB的完整設(shè)計(jì)研發(fā)過程。將Proteus軟件與編譯調(diào)試軟件Keil軟件聯(lián)合使用，就能逼真的仿真所設(shè)計(jì)的單片機(jī)系統(tǒng)所實(shí)現(xiàn)的實(shí)際功能。將Proteus仿真用于課堂教學(xué)中即能清楚理解單片機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程，又能直觀地看到所實(shí)現(xiàn)的功能及設(shè)計(jì)效果，加深學(xué)生對單片機(jī)教學(xué)的感性認(rèn)識，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、積極性和主動性。學(xué)生課后也可以用仿真軟件自行設(shè)計(jì)各種單片機(jī)系統(tǒng)而不受硬件條件的限制。

應(yīng)用型人才培養(yǎng)應(yīng)把重點(diǎn)放在實(shí)踐教學(xué)上，為加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)，更好地實(shí)施項(xiàng)目教學(xué)法，學(xué)校為上單片機(jī)課的學(xué)生每人配備一塊單片機(jī)系統(tǒng)開發(fā)板，學(xué)生可以隨時在宿舍或?qū)嶒?yàn)完成各個項(xiàng)目的設(shè)計(jì)，讓學(xué)生真實(shí)地體驗(yàn)單片機(jī)系統(tǒng)開發(fā)的全過程。

Proteus仿真與開發(fā)板實(shí)驗(yàn)平臺相結(jié)合的單片機(jī)教學(xué)手段，能幫助學(xué)生更好地掌握單片機(jī)理論知識及單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)，提高學(xué)生分析問題、解決實(shí)際應(yīng)用問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，為學(xué)生今后就業(yè)、創(chuàng)業(yè)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

3.3加強(qiáng)課外創(chuàng)新實(shí)踐活動

單片機(jī)課程學(xué)習(xí)如果僅僅局限于課堂，則獲取的知識是很有限而無法滿足實(shí)際應(yīng)用的需要，更談不上創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。需在課后加強(qiáng)學(xué)生課外創(chuàng)新實(shí)踐活動。單片機(jī)教學(xué)組人員以現(xiàn)有的二十間大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室為依托，①組建單片機(jī)學(xué)習(xí)創(chuàng)新小組，定期舉行學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)交流活動，分享和討論在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中取得的新成果、遇到的問題及解決的方法；②定期組織以單片機(jī)為控制核心的各類學(xué)科競賽，如校園電子設(shè)計(jì)大賽、“挑戰(zhàn)杯”校園課外學(xué)術(shù)作品大賽、校園程序設(shè)計(jì)大賽、互聯(lián)網(wǎng)+等；③鼓勵學(xué)生申報校級科研項(xiàng)目、大學(xué)生研究性學(xué)習(xí)與創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目；參加省級或全國的各類學(xué)科競賽；④鼓勵學(xué)生假期到相關(guān)企業(yè)實(shí)習(xí)。課外創(chuàng)新實(shí)踐活動的開展，使積極參與這些活動的學(xué)生，不僅能更好鞏固和理解理論課上所學(xué)的知識，而且大大提高了自身的創(chuàng)新實(shí)踐能力，并在各類學(xué)科競賽中取得了較好的成績。而且，在這一部分同學(xué)的帶動下，大多數(shù)同學(xué)的學(xué)習(xí)積極性被調(diào)動起來，踴躍參與課外創(chuàng)新實(shí)踐活動。

3.4改革課程考核模式

為加強(qiáng)學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)，單片機(jī)課程組成員對單片機(jī)課程考核模式進(jìn)行了改革，單片機(jī)課程考核成績由平時作業(yè)成績、實(shí)驗(yàn)成績、keil軟件操作過關(guān)考試成績、期末考核成、等四部分構(gòu)成，各占的分值如下：

考核總成績=作業(yè)成績×20%+實(shí)驗(yàn)成績×20%+期中keil軟件操作過關(guān)成績×10%+期末考核成績×50%。

平時作業(yè)以相關(guān)知識的項(xiàng)目設(shè)計(jì)為主。

學(xué)期期中進(jìn)行keil軟件操作過關(guān)考核，學(xué)生都必須熟練使用keil軟件：新建工程項(xiàng)目、新建C文件(或匯編語言程序文件)、添加C文件到工程(或匯編語言程序文件)、編譯、查錯糾錯、成功生成 .HEX。不能完成以上操作步驟的，需補(bǔ)考，但此次成績只能為及格。

期末考核，不以試卷考試的方式進(jìn)行，改為用單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)項(xiàng)目設(shè)計(jì)：要求每個學(xué)生在規(guī)定的時間完成一個以MCS－51單片機(jī)為核心的應(yīng)用系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)，在用開發(fā)板上完成設(shè)計(jì)系統(tǒng)的功能，并驗(yàn)證設(shè)計(jì)效果，寫出相應(yīng)的設(shè)計(jì)報告。考試的題型在期初就發(fā)給學(xué)生，共20種題型，能分化出50個以上的應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)項(xiàng)目，考試時，可選的應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)項(xiàng)目共50個，由學(xué)生抽簽選題，同班學(xué)生完成不同的項(xiàng)目。

該考核模式克服了傳統(tǒng)考核重理論輕實(shí)踐，學(xué)生對知識死記硬背的缺點(diǎn)，加強(qiáng)了學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)，鞭策學(xué)生時時投入學(xué)習(xí)中、實(shí)踐中，而不是在期末復(fù)習(xí)應(yīng)付了事。

4　結(jié)　論

針對現(xiàn)有的教學(xué)模式存在的主要缺點(diǎn)，在轉(zhuǎn)型的新形勢下，為培養(yǎng)創(chuàng)新應(yīng)用型人才，提高學(xué)生單片機(jī)技術(shù)應(yīng)用能力，單片機(jī)課本課程組成員從4個方面對單片機(jī)教學(xué)模式進(jìn)行了改革：調(diào)整課程體系、優(yōu)化教學(xué)手段、加強(qiáng)創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)、改革考核模式，4個方面都體現(xiàn)了實(shí)踐教學(xué)的加強(qiáng)。以培養(yǎng)應(yīng)用型本科生為綜旨，以提高學(xué)生單片機(jī)技術(shù)應(yīng)用能力為目標(biāo)，結(jié)合工程與實(shí)際需求，加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)。

[1]施曉光,游蠡.新建地方本科院校轉(zhuǎn)型問題的理論探討[J],北京聯(lián)合大學(xué)學(xué)報,2015,29(1):1-5

[2]王選誠,孫玉梅.應(yīng)用型本科高校單片機(jī)課程教學(xué)模式的探索與實(shí)踐[J].科技視界,2016,(2):121.

[3]陳朋,楊東勇.面向創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的《單片機(jī)原理》教學(xué)改革探索[J].科技視界,2015,(20):23,97.

[4]劉志壯,張文昭,周文真.單片機(jī)原理課程教學(xué)改革研究與實(shí)踐[J].當(dāng)代教育理論與實(shí)踐,2014,6(9):48-50.

[5]張文昭,李艷芳,劉愛林,等.任務(wù)驅(qū)動法和項(xiàng)目教學(xué)法整合在單片機(jī)課程中的實(shí)踐[J].湖南科技學(xué)院學(xué)報,2010,(12):99-101.

（責(zé)任編校：宮彥軍）

2016－01－05

湖南省教育廳普通高校教學(xué)改革研究項(xiàng)目(湘教通[2013]223號；湘教通[2012]401號)。

張文昭（1968－），女，湖南永州人，教授，碩士，主要研究方向?yàn)殡娮蛹夹g(shù)應(yīng)用。

G642/TP368

A

1673-2219（2016）05-0028-03