地方本科院校轉(zhuǎn)型發(fā)展下單片機(jī)課程教學(xué)改革與實踐

李傳鋒　舒云星　李蒙

摘 要：針對地方應(yīng)用型本科院校轉(zhuǎn)型發(fā)展下單片機(jī)課程的特點(diǎn)，提出以培養(yǎng)社會需要的一線高層次技術(shù)人才為主要目標(biāo)，不斷改革教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)模式，從教學(xué)方法改革、實踐應(yīng)用能力培養(yǎng)、創(chuàng)新課堂教學(xué)、考核方法改革等方面具體闡述實踐過程，以培養(yǎng)具有實踐能力、創(chuàng)新能力的高級應(yīng)用型人才。

關(guān)鍵詞：應(yīng)用型本科；轉(zhuǎn)型發(fā)展；教學(xué)改革；單片機(jī)課程

0 引 言

地方應(yīng)用型本科院校的轉(zhuǎn)型發(fā)展，以培養(yǎng)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級和公共服務(wù)發(fā)展需要的一線高層次技術(shù)人才為主要目標(biāo)，以推進(jìn)產(chǎn)教融合、校企合作為主要路徑，通過試點(diǎn)推動、示范引領(lǐng)，引導(dǎo)和推動部分地方本科高校向應(yīng)用技術(shù)類型高校轉(zhuǎn)型發(fā)展，促進(jìn)地方高等教育更直接、有效地為產(chǎn)業(yè)升級、技術(shù)進(jìn)步和社會管理創(chuàng)新服務(wù)。地方本科院校轉(zhuǎn)型為應(yīng)用技術(shù)大學(xué)，不僅是地方本科院校的現(xiàn)實選擇，也是高等教育結(jié)構(gòu)調(diào)整的內(nèi)在必然[1-3]。

1 不斷改革教學(xué)方法，吸引學(xué)生積極參與

教學(xué)項目首先要解決理論與實踐相結(jié)合的問題，因為理論與實踐同屬一個整體并同等重要。杜威說，一克經(jīng)驗要好于一噸理論，因為每條理論只有在實踐中才有意義。真正的改變?nèi)Q于教師，要從育人的角度思考教學(xué)活動，通過相應(yīng)的形式訓(xùn)練學(xué)生的各種能力。

1.1 改革教學(xué)方法，積極調(diào)動學(xué)生

一是項目教學(xué)法，通過組織案例教學(xué)把難以描述的理論，用形象的演示表達(dá)出來。二是擴(kuò)展小組法，兩人合作、4人小組、8人小組討論，得出小組認(rèn)為最適合的答案。三是站位法，將同一問題選擇不同答案的學(xué)生進(jìn)行列隊，并選出代表進(jìn)行討論，從而加深對問題的理解與掌握。四是旋轉(zhuǎn)木馬法，通過內(nèi)圈、外圈學(xué)生的互相講解來訓(xùn)練學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，使教師不是單獨(dú)的演奏者。五是卡片復(fù)習(xí)法，在卡片上寫上重要知識點(diǎn)，讓學(xué)生隨機(jī)抽取，并根據(jù)所抽卡片內(nèi)容進(jìn)行回答，教師在學(xué)生回答的時候，要多觀察學(xué)生的行為，并綜合評價。

1.2 采用六種模式、三項能力訓(xùn)練

結(jié)合本課程實踐性強(qiáng)的特點(diǎn)，課程組采用“六種模式”“三項能力”立體式教學(xué)法，通過理論教學(xué)使學(xué)生掌握單片機(jī)的結(jié)構(gòu)及原理，在教學(xué)過程中采用項目驅(qū)動教學(xué)法，使學(xué)生對所學(xué)理論有深入的理解。通過實驗教學(xué)、課程設(shè)計，學(xué)生對單片機(jī)的部分功能、應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計有更深入的理解。通過第二課堂實物制作提高學(xué)生的實戰(zhàn)經(jīng)驗，真正實現(xiàn)學(xué)生的教、學(xué)、做一體化設(shè)計。通過本課程的學(xué)習(xí)，不僅培養(yǎng)學(xué)生的理論學(xué)習(xí)能力，更要培養(yǎng)他們的實踐動手能力、創(chuàng)新設(shè)計能力。采用的立體式教學(xué)法模塊圖見圖1。

1.3 精選授課內(nèi)容，采用C語言教學(xué)

應(yīng)結(jié)合單片機(jī)實際應(yīng)用情況，精選講授教材內(nèi)容，修訂理論教學(xué)大綱及實驗大綱。雖然匯編語言以其精簡、高效等特點(diǎn)成為單片機(jī)系統(tǒng)開發(fā)的主要工具，但由于代碼可讀性差、移植性不好，在教學(xué)內(nèi)容上主要以講授C51語言編程為主。C51是目前單片機(jī)編程非常流行的語言，可移植性好，其編譯軟件不斷優(yōu)化，加上已有的C語言基礎(chǔ)，學(xué)生很容易理解和掌握新的單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)。在實際教學(xué)過程中教師采用以C語言教學(xué)為主的方法并結(jié)合keil c51 uvision4軟件開發(fā)平臺，重點(diǎn)講解C51的開發(fā)設(shè)計的流程。

1.4 精挑實戰(zhàn)案例，貫穿教學(xué)過程

在單片機(jī)課程教學(xué)過程中，應(yīng)將單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計作為教學(xué)主線貫穿始終[4]。在第一次講單片機(jī)概述時，教師先向?qū)W生演示一些與實際相關(guān)的應(yīng)用系統(tǒng)，如課程組設(shè)計的單片機(jī)開發(fā)板、多功能萬年歷、智能移動小車、競速賽車、工廠智能監(jiān)測控制系統(tǒng)等。通過演示，學(xué)生建立起單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的初步概念，認(rèn)識到單片機(jī)在生活、生產(chǎn)中確實具有重要的實際應(yīng)用，使他們產(chǎn)生學(xué)習(xí)好該課程去探索應(yīng)用系統(tǒng)的積極性。

在隨后各章節(jié)的學(xué)習(xí)過程中，要時刻注意強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)設(shè)計的概念，如在講授單片機(jī)計數(shù)器時，教師以簡單的測控系統(tǒng)為實例，向?qū)W生詳細(xì)分析如何利用單片機(jī)的軟、硬件實現(xiàn)對外部設(shè)備轉(zhuǎn)速的實際測量。在課程后期，以兩個較為復(fù)雜的應(yīng)用系統(tǒng)為實例，系統(tǒng)地向?qū)W生講解單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)從模擬仿真、硬件設(shè)計、軟件設(shè)計、系統(tǒng)調(diào)試、直至脫機(jī)運(yùn)行等系統(tǒng)開發(fā)的全過程。

這種一開始就從實際應(yīng)用系統(tǒng)上的分模塊逐步擴(kuò)展講解，到最后綜合設(shè)計的教學(xué)方法，其教學(xué)目的非常明確，有助于學(xué)生從學(xué)習(xí)該課程起就建立單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的整體概念，然后像解剖一樣，逐漸地學(xué)習(xí)系統(tǒng)中的每一個原理、功能、應(yīng)用。這種由簡到繁的方法使學(xué)生的學(xué)習(xí)由被動變?yōu)橹鲃?，設(shè)計的思路由模糊變得清晰，培養(yǎng)了學(xué)生獨(dú)立開發(fā)與應(yīng)用的能力。

2 鼓勵學(xué)生參與實踐，不斷提高應(yīng)用能力

2.1 采用教、學(xué)、做一體化教學(xué)模式

為了培養(yǎng)學(xué)生的實踐動手能力，教師在教學(xué)中采用教、學(xué)、做一體化的模式[5]。在課堂講授重點(diǎn)知識時，采用自行研制的多功能單片機(jī)教學(xué)板進(jìn)行演示，課下分組借給學(xué)生實踐。例如，在講到I/O口的時候，先從點(diǎn)亮1個發(fā)光二極管開始演示講解，讓學(xué)生掌握控制燈亮滅的原理與過程；課下讓學(xué)生練習(xí)利用并行口控制8個LED流水燈練習(xí)項目，通過這個項目的訓(xùn)練使學(xué)生能夠理解I/O口的結(jié)構(gòu)、原理、驅(qū)動LED燈點(diǎn)亮的方法和循環(huán)指令等基本知識；完成這個任務(wù)后，繼續(xù)讓學(xué)生進(jìn)行調(diào)節(jié)燈的明暗程度以及用按鍵控制燈等任務(wù)。隨著實踐任務(wù)的逐步加大，學(xué)生的好奇心也在不斷增強(qiáng)，也愿意嘗試完成新的任務(wù)，就會逐步引導(dǎo)學(xué)生探索單片機(jī)的神秘世界。同時，學(xué)院提供開放實驗室，供單片機(jī)愛好者進(jìn)行自主設(shè)計，逐步激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新潛能。

2.2 精選實驗內(nèi)容，提高實踐效率

課程實驗是學(xué)生實踐教學(xué)的重要組成部分，為了提高學(xué)生的實踐效果和效率，教師提前給學(xué)生布置好設(shè)計內(nèi)容和任務(wù)。在實驗課時，由于大部分學(xué)生利用Keil C51和Proteus仿真軟件提前做了編程和仿真實驗，對整個內(nèi)容有了直觀的認(rèn)識，因此在實驗室學(xué)生主要進(jìn)行軟硬件調(diào)試，同時解決在仿真、調(diào)試過程中出現(xiàn)的問題，部分能力強(qiáng)的學(xué)生還可以進(jìn)行該實驗的擴(kuò)展訓(xùn)練。通過實驗編程仿真，降低了單片機(jī)的學(xué)習(xí)成本，開拓了學(xué)生學(xué)習(xí)的空間。

2.3 重視實踐環(huán)節(jié)，強(qiáng)化課程設(shè)計

單片機(jī)原理與應(yīng)用課程設(shè)計是相關(guān)專業(yè)學(xué)生在學(xué)習(xí)完該課程后進(jìn)行的實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，通過課題分析、方案論證、軟件仿真、硬件焊接、軟硬件聯(lián)調(diào)、現(xiàn)場答辯、撰寫課程設(shè)計報告等環(huán)節(jié)培養(yǎng)學(xué)生的綜合設(shè)計能力。單片機(jī)原理與應(yīng)用課程設(shè)計的題目可以在給定的幾個題目中選取，也可以結(jié)合應(yīng)用點(diǎn)自行設(shè)計。課程設(shè)計的實戰(zhàn)訓(xùn)練，不僅鍛煉了學(xué)生的單片機(jī)編程能力，也培養(yǎng)學(xué)生的應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計能力。通過課程設(shè)計的訓(xùn)練，能夠選拔出素質(zhì)高、具有創(chuàng)新精神的學(xué)生，加入學(xué)院的科技制作協(xié)會，經(jīng)過專門的集訓(xùn)后，根據(jù)每個人的特點(diǎn)，分成不同的開發(fā)小組。經(jīng)過團(tuán)隊設(shè)計的作品經(jīng)考核后，可以參加不同類型的國家級、省市級科技制作競賽活動。學(xué)生部分課程設(shè)計作品見圖2。

2.4 開展第二課堂，鞏固教學(xué)效果

由于本課程具有實踐性強(qiáng)的特點(diǎn)，特別適合學(xué)生開展第二課堂活動[6]。在活動中，教師逐步要求學(xué)生利用單片機(jī)知識，開發(fā)設(shè)計并實現(xiàn)一些單片機(jī)應(yīng)用小制作。通過學(xué)生的第二課堂活動，豐富了部分學(xué)生的業(yè)余創(chuàng)作，促進(jìn)其對理論知識的理解，同時營造良好的學(xué)習(xí)氛圍。第二課堂活動既培養(yǎng)了學(xué)生的獨(dú)立動手和查找資料的能力，又培養(yǎng)了他們的團(tuán)隊合作精神。多屆任教學(xué)生的反饋表明第二課堂活動對他們影響很大，部分學(xué)生第二課堂作品見圖3。

3 參與科技制作活動，積累項目實戰(zhàn)經(jīng)驗

學(xué)生通過學(xué)習(xí)理論知識并自己動手完成任務(wù)，能夠深刻理解單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理并掌握編程的技巧，遠(yuǎn)比直接聽教師講、看教師做效果好。通過項目驅(qū)動教學(xué)法，學(xué)生知道整個項目的開發(fā)步驟和流程；通過教學(xué)實踐，學(xué)生學(xué)習(xí)該課程的積極性隨之提高；通過不斷提出任務(wù)的要求，學(xué)生自己修改程序，實現(xiàn)新的功能要求。這樣由簡入繁的學(xué)習(xí)方式，使學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中不僅掌握了理論知識，也獲得并積累開發(fā)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的經(jīng)驗[7]。

經(jīng)過大家的努力，該課程于2011年成為校級網(wǎng)絡(luò)課程，2012年成為校級重點(diǎn)建設(shè)主干課程，2014年成為校級精品資源共享課程，2015年成為河南省精品資源共享課程。課程組教師非常重視學(xué)生的實踐動手能力培養(yǎng)，提供場所和元器件供學(xué)生實踐制作。近5年來，學(xué)生共獲得國家級獎勵20項、省級獎勵35項，其中，在2015年第十屆全國大學(xué)生“飛思卡爾”杯智能汽車競賽中獲得國家二等獎，在2012瑞薩超級MCU模型車大賽中獲得國家二等獎，在第六屆、第八屆中國大學(xué)生物聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽獲得國家二等獎，在第七屆、八屆全國信息技術(shù)應(yīng)用水平大賽獲得國家二等獎，在第十一屆“挑戰(zhàn)杯”河南省大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽獲得一等獎等。

4 注重學(xué)生學(xué)習(xí)過程，改革課程考核方法

課程組本著加強(qiáng)對學(xué)生學(xué)習(xí)過程的監(jiān)管，進(jìn)行了課程考核方法改革。平時成績除了考勤、作業(yè)外，還增加了第二課堂實踐項的成績。實驗成績由基礎(chǔ)實驗、擴(kuò)展實驗、應(yīng)用實驗、綜合性實驗組成。理論成績由平時測驗和期末考試組成，期末考試采用試卷庫隨機(jī)抽取，考試命題以教學(xué)大綱為依據(jù)，重點(diǎn)考查基礎(chǔ)知識、基礎(chǔ)理論和學(xué)生分析問題、解決問題以及實際應(yīng)用的能力，注重考題對啟發(fā)學(xué)生創(chuàng)新思維和培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的引導(dǎo)。命題質(zhì)量、內(nèi)容、題量、覆蓋面、難易程度均符合教學(xué)大綱，并附有標(biāo)準(zhǔn)答案及評分標(biāo)準(zhǔn)，評分標(biāo)準(zhǔn)客觀、準(zhǔn)確，采用流水作業(yè)閱卷，閱卷嚴(yán)格規(guī)范。同時，設(shè)立加分項，鼓勵學(xué)生參加科技創(chuàng)新比賽，對于獲得不同級別獎勵、申請專利、發(fā)表論文的學(xué)生增加附加項，鼓勵他們參與科技創(chuàng)新制作。最后，結(jié)合學(xué)生的幾項成績，客觀評價學(xué)生的綜合成績。

5 結(jié) 語

學(xué)生通過本課程的學(xué)習(xí)，不僅掌握了相應(yīng)的理論知識，更能夠利用所學(xué)知識設(shè)計應(yīng)用系統(tǒng)來解決實際問題，這與培養(yǎng)應(yīng)用技術(shù)研究、教學(xué)等工作的高素質(zhì)應(yīng)用型工程技術(shù)人才的培養(yǎng)目標(biāo)相吻合。經(jīng)過近幾年的教學(xué)改革與實踐，課程大大提高了學(xué)生動手實踐的積極性，培養(yǎng)了一大批具有實踐能力、創(chuàng)新能力的應(yīng)用型人才，也為學(xué)生后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)、畢業(yè)設(shè)計、參加工作奠定了良好的基礎(chǔ)。以上是課程組成員經(jīng)過多年的教學(xué)實踐總結(jié)出來的經(jīng)驗，希望能對相關(guān)課程的教學(xué)起到拋磚引玉的作用，也為地方應(yīng)用型本科的轉(zhuǎn)型發(fā)展做出積極有益的探索。

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（編輯：孫怡銘）