應(yīng)用型本科辦學(xué)的單片機(jī)原理課程改革探索

王春榮， 夏爾冬， 熊昌炯， 高 浩， 晉芳偉

(三明學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院， 福建 三明 365004)

0 引 言

通過(guò)對(duì)實(shí)習(xí)生、與三明學(xué)院對(duì)接實(shí)習(xí)單位的調(diào)研和畢業(yè)生的反饋發(fā)現(xiàn)，我校工科學(xué)生的教育與企業(yè)需要具有一定的差距[1-3]。特別是單片機(jī)原理作為一門集成機(jī)電控制、自動(dòng)化高新技術(shù)的課程[4]，在自動(dòng)化控制、設(shè)備維護(hù)以及汽車生產(chǎn)制造等領(lǐng)域均得到了廣泛應(yīng)用；企業(yè)急需動(dòng)手能力強(qiáng)、實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)豐富的畢業(yè)生，與目前高校所培養(yǎng)的人才具有較大的出入。因此，我們結(jié)合企業(yè)需要、其他院校的改革經(jīng)驗(yàn)[5-6]與應(yīng)用型本科辦學(xué)人才培養(yǎng)模式[7-9]，對(duì)單片機(jī)原理及接口技術(shù)課程的教學(xué)改革進(jìn)行了探索。

1 單片機(jī)課程的教學(xué)現(xiàn)狀

單片機(jī)原理是一門理論與實(shí)踐密切結(jié)合的課程，是我校機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化和機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化(專升本)的專業(yè)必修課程，對(duì)近幾年的機(jī)械專業(yè)的教學(xué)效果進(jìn)行分析，單片機(jī)原理課程主要具有以下問(wèn)題：

(1) 所選教材與實(shí)踐不符。目前我校機(jī)械專業(yè)所用的單片機(jī)課程教材為梅麗鳳主編的《單片機(jī)原理及接口技術(shù)》，此教材主要以匯編語(yǔ)言的編程方法來(lái)介紹單片機(jī)，由于匯編語(yǔ)言缺乏一定的通用性、指令繁多不容易記并且與企業(yè)需求存在脫節(jié)。大多數(shù)企業(yè)、控制領(lǐng)域均以C語(yǔ)言/C++語(yǔ)言來(lái)進(jìn)行程序的編寫，這導(dǎo)致學(xué)生到企業(yè)之后，無(wú)法將所學(xué)知識(shí)快速應(yīng)用到實(shí)踐當(dāng)中，創(chuàng)新就更無(wú)從談起。

(2) 培養(yǎng)計(jì)劃制定不合理。單片機(jī)原理機(jī)電專業(yè)的一門綜合性課程，應(yīng)建立在“C程序設(shè)計(jì)”“模擬電子技術(shù)”“數(shù)字電子技術(shù)”“傳感器技術(shù)”等課程基礎(chǔ)上來(lái)學(xué)習(xí)的。而目前我校機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化未開(kāi)設(shè)“傳感器技術(shù)”課程，這導(dǎo)致在課程設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)等環(huán)節(jié)時(shí)，學(xué)生缺乏傳感器的基礎(chǔ)知識(shí)，給編程造成了巨大的阻礙；而機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化(專業(yè))的單片機(jī)課程于第二年上學(xué)期開(kāi)設(shè)，與“電工學(xué)”課程同時(shí)開(kāi)課并且未開(kāi)設(shè)“C程序設(shè)計(jì)”，如此增加了學(xué)生學(xué)習(xí)單片機(jī)課程的難度。

(3) 課時(shí)安排不合理。我校單片機(jī)原理共有64學(xué)時(shí)，其中實(shí)驗(yàn)12學(xué)時(shí)，理論52學(xué)時(shí)，理論學(xué)時(shí)還是在傳統(tǒng)的多媒體教室由教師進(jìn)行授課[10-11]。由于本課程主要在理解了單片機(jī)的原理、結(jié)構(gòu)以及外部接口之后，主要的任務(wù)就是在于編寫完成特定任務(wù)的程序。傳統(tǒng)的多媒體教室無(wú)法讓學(xué)時(shí)驗(yàn)證自己所設(shè)計(jì)程序的正確性，而教師的課堂時(shí)間有限，也無(wú)法對(duì)每個(gè)學(xué)生的錯(cuò)誤程序進(jìn)行糾正。這導(dǎo)致了許多學(xué)生在實(shí)驗(yàn)課程時(shí)，往往無(wú)法在規(guī)定的課時(shí)內(nèi)完成相關(guān)的實(shí)驗(yàn)，而想讓學(xué)生在原有的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)之上再創(chuàng)新是更加不可能完成的。

(4) 考核方式單一。目前單片機(jī)原理課程主要以期末考核計(jì)成績(jī)，考核方式單一。無(wú)法對(duì)學(xué)生的電路設(shè)計(jì)，程序編寫的精簡(jiǎn)、規(guī)范，電路板的制作等進(jìn)行考核，而且難以激勵(lì)學(xué)生通過(guò)參加各種相關(guān)競(jìng)賽來(lái)提高動(dòng)手、實(shí)踐能力。

2 單片機(jī)課程教學(xué)改革

2.1 項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)，提升學(xué)生學(xué)習(xí)興趣

(1) 針對(duì)上述存在的問(wèn)題，先選擇一本以通用C程序設(shè)計(jì)為主、工程實(shí)例多、偏向應(yīng)用的教材；合理調(diào)整培養(yǎng)方案，使得學(xué)生學(xué)習(xí)起來(lái)更加循序漸進(jìn)。然后對(duì)教材進(jìn)行精簡(jiǎn)、提煉，將每一堂課都濃縮成一個(gè)可以應(yīng)用于實(shí)際的為例子來(lái)講解，形成“例子課堂”，如定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的章節(jié)，提煉成普通電表的計(jì)數(shù)、門禁系統(tǒng)人員出入個(gè)數(shù)的計(jì)數(shù)或者十字路口的紅綠燈控制等；I/O口的擴(kuò)展，可提煉成彩燈、光立方的控制機(jī)等，這樣通過(guò)生活中實(shí)際應(yīng)用的講解，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高課堂效率。

(2) 利用我校第二課堂項(xiàng)目，提高學(xué)生自身的興趣。我校第二課堂項(xiàng)目是針對(duì)學(xué)生課外科技設(shè)計(jì)而設(shè)立的專項(xiàng)，凡申請(qǐng)成功將給予500～800元的資助。為鼓勵(lì)學(xué)生申請(qǐng)項(xiàng)目的積極性，在本課程最后一次課時(shí)，對(duì)大家的項(xiàng)目作品進(jìn)行評(píng)估，能實(shí)現(xiàn)基本功能的可加平時(shí)成績(jī)10分，具有創(chuàng)新性的可加平時(shí)成績(jī)20分，通過(guò)項(xiàng)目吸引學(xué)生提高實(shí)踐能力。通過(guò)此措施，申請(qǐng)項(xiàng)目的學(xué)生比例從之前的5%上升為現(xiàn)在是85%，效果顯著而且學(xué)生反映良好。

(3) 以競(jìng)賽吸引，提升課堂教學(xué)效率。鼓勵(lì)學(xué)生報(bào)名加入我院的機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室，參加“全國(guó)電子設(shè)計(jì)大賽”“亞太機(jī)器人大賽”“Robocup”等競(jìng)賽，不僅可以利用我院現(xiàn)有的設(shè)備將課堂的理論知識(shí)轉(zhuǎn)為實(shí)際應(yīng)用，而且還可以在比賽中積累豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)增加與外校學(xué)生交流，反過(guò)來(lái)也促進(jìn)了教學(xué)。我校今年的參賽學(xué)生數(shù)達(dá)到了20%，并在“Robocup”“全國(guó)電子設(shè)計(jì)大賽”等比賽中獲得了一等獎(jiǎng)等佳績(jī)，在學(xué)生中影響廣泛，吸引了更多的學(xué)生前來(lái)報(bào)名加入實(shí)驗(yàn)室參數(shù)，從而在另一方面也促進(jìn)了我院機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)。

2.2 引入虛擬仿真提升實(shí)踐能力

針對(duì)學(xué)生在編程時(shí)無(wú)法驗(yàn)證對(duì)錯(cuò)以及實(shí)驗(yàn)課堂上的措手不及，引入虛擬仿真提升實(shí)踐能力[12-13]。對(duì)將原有課時(shí)安排進(jìn)行改革：32學(xué)時(shí)在普通教室授課，16學(xué)時(shí)在計(jì)算機(jī)機(jī)房授課(仿真分析)，16實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)。通過(guò)增加16學(xué)時(shí)的仿真分析，將Proteus和Keil軟件引入到單片機(jī)課程教學(xué)中。利用仿真軟件學(xué)生不僅可以驗(yàn)證自己在課堂上所編程程序的正確性以及直觀的觀看到程序引起的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，而且杜絕了學(xué)生在實(shí)驗(yàn)課堂時(shí)對(duì)編程軟件不熟悉，造成時(shí)間的浪費(fèi)，無(wú)法完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。此舉，可以說(shuō)是“零成本”的加深了學(xué)生對(duì)單片機(jī)的直觀認(rèn)識(shí)，提高對(duì)本課程的興趣。

增加的4個(gè)實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)用于第二課堂項(xiàng)目作品的調(diào)試與講解，教師對(duì)作品進(jìn)行點(diǎn)評(píng)打分，讓學(xué)生深刻的理解單片機(jī)在各行各業(yè)的實(shí)際應(yīng)用，同時(shí)可以邀請(qǐng)下一屆的學(xué)生觀看，激發(fā)學(xué)生對(duì)單片機(jī)課程的向往與興趣。此法目前已經(jīng)在我校實(shí)施，而且取得了良好的效果。

2.3 多種考核方式改革

期末考核是了解學(xué)生對(duì)本課程知識(shí)掌握的一種重要方式。單片機(jī)課程在我校以往都是以期末考試來(lái)評(píng)定，這容易導(dǎo)致：學(xué)生上課不積極，“玩手機(jī)”“打瞌睡”現(xiàn)象屢禁不止；平時(shí)學(xué)習(xí)狀態(tài)懶散，臨考前突擊、通宵，純粹的應(yīng)付考試而考試；考試作弊現(xiàn)象嚴(yán)重等。

因此，對(duì)單片機(jī)課程提出了多種考核方式結(jié)合，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，具體方式為：平時(shí)成績(jī)?yōu)?0%(主要出勤率、遲到、早退、曠課、上課回答情況等構(gòu)成)初始每個(gè)同學(xué)的成績(jī)都為60分、虛擬仿真課程10%、實(shí)驗(yàn)20%(主要考核實(shí)驗(yàn)完成情況、第二課堂項(xiàng)目作品等)，期末考試50%，各類競(jìng)賽10%，此外，凡是參加各類競(jìng)賽獲得省一等獎(jiǎng)以上的學(xué)生期末可以申請(qǐng)免試，但必須參加“面對(duì)面”考核具體實(shí)施方案詳見(jiàn)表1。通過(guò)多種考核方式相結(jié)合，達(dá)到提高學(xué)生平時(shí)學(xué)習(xí)、參加各類競(jìng)賽和申請(qǐng)項(xiàng)目的積極性，提高學(xué)生各方面的綜合能力。

表1 考核方法改革

2.4 引入課程地圖教學(xué)

通過(guò)以上的改革方案，制作成課程地圖[14-16]，如圖1所示。在第一次上課時(shí)，通過(guò)課程地圖的詳細(xì)講解，使得學(xué)生對(duì)本門課程應(yīng)該學(xué)習(xí)的知識(shí)、上課流程、考核方式以及通過(guò)本門課程學(xué)習(xí)能提高哪方面的能力都有一個(gè)非常直觀的理解，學(xué)生可以對(duì)自己的課余時(shí)間做出更合理的安排，避免浪費(fèi)大量的課余時(shí)間。同時(shí)，課程地圖也可用于新生入學(xué)教育，目前此措施已經(jīng)在我校展開(kāi)，具有良好的教學(xué)效果。

3 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)對(duì)單片機(jī)課程教學(xué)進(jìn)行改革，形成了“教師主導(dǎo)，學(xué)生主體”的教學(xué)模式，將學(xué)生從以往的被動(dòng)學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)為主動(dòng)學(xué)習(xí)，使得所學(xué)的理論知識(shí)在實(shí)踐中得到應(yīng)用，提高學(xué)生的動(dòng)手操作能力，非常符合應(yīng)用型本科教學(xué)方案，能培養(yǎng)出企業(yè)真正需要的人才。其中本文所提出的“第二課堂項(xiàng)目”與“課程地圖”模式來(lái)促進(jìn)教學(xué)的方式，也可在其他的課程中實(shí)施，相信會(huì)取得很好的效果。

[1] 陳 嬋.把造就應(yīng)用創(chuàng)新人才擺上戰(zhàn)略地位[J].中國(guó)高等教育,2005(2): 25-26.

[2] 黃大明,秦鋼年,楊春蘭，等.提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)人才培養(yǎng)功能 適應(yīng)創(chuàng)新人才培養(yǎng)[J]. 實(shí)驗(yàn)室研究與探索,2011, 30(6):126-129.

[3] 曾小彬. 深化實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)改革 提升應(yīng)用型人才培養(yǎng)質(zhì)量[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索,2010,29(2):1-3.

[4] 謝維成,楊加國(guó).單片機(jī)原理與應(yīng)用及C51程序設(shè)計(jì)[M].3版.北京：清華大學(xué)出版社,2014.

[5] 李有光,聞 新,南 英.本科生AVR單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)探索與研究[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索,2015,34(9):216-218,276.

[6] 唐 續(xù),趙芳斌,劉 曦,等.單片機(jī)與EDA綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)整合的探索與實(shí)踐[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索,2014,33(1): 252-254,270.

[7] 付興鋒,張常年,尹天光,等. 應(yīng)用型本科人才培養(yǎng)中實(shí)踐教學(xué)體系的構(gòu)建[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索,2011,30(6):148-150.

[8] 吳中江,黃成亮.應(yīng)用型人才內(nèi)涵及應(yīng)用型本科人才培養(yǎng)[J].高等工程教育研究,2014(2):66-70.

[9] 劉煥陽(yáng),韓延倫.地方本科高校應(yīng)用型人才培養(yǎng)定位及其體系建設(shè)[J].教育研究,2012(12):67-70,83.

[10] 王秋平,李合祥,吳延?xùn)|.多媒體教學(xué)在教學(xué)改革中的作用[J].實(shí)驗(yàn)室科學(xué),2007,26(6):176-177.

[11] 陳 敏.高校多媒體教室開(kāi)放式管理的構(gòu)建與探索[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索,2014,33(5):244-247.

[12] 朱敏玲,張 偉,侯凌燕.基于Proteus的微機(jī)原理與接口技術(shù)教學(xué)改革[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索,2016, 35(1):155-160.

[13] 方天紅,張升義.Proteus在“數(shù)字邏輯電路”課程項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)中的應(yīng)用[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索,2014, 33(4):195-197,285.

[14] 高敬陽(yáng),朱群雄,尤 楓,等.基于課程地圖的計(jì)算機(jī)專業(yè)本科培養(yǎng)方案的制訂[J].中國(guó)大學(xué)教學(xué), 2015(12): 30 -35.

[15] 郭士清,莊 宇,顏兵兵.基于成果導(dǎo)向與課程地圖理念的高校課程規(guī)劃探究[J].高教論壇,2016(1):60- 63.

[16] 鞏建閩,蕭蓓蕾.臺(tái)灣高校課程地圖對(duì)大陸課程地圖發(fā)展的啟示[J].中國(guó)高教研究,2014(5):105-110.