面向應用型人才培養(yǎng)的單片機原理與應用課程教學改革研究

林木泉，許俊杰，鄭洪慶

（閩南理工學院，福建 泉州362700）

0 引言

應用型人才培養(yǎng)是近年來國家人才培養(yǎng)戰(zhàn)略調(diào)整的一項重要舉措，這也是地方本科高校服務區(qū)域經(jīng)濟社會發(fā)展的有效手段和途徑。培養(yǎng)適應社會需求的人才是應用型本科教育體系的重中之重，該模式下實踐技能的培養(yǎng)尤為重要。

如今電子技術的迅猛發(fā)展，生活中包含單片機的電子產(chǎn)品幾乎無處不在。單片機技術已成為一個重要的技術領域，“單片機原理與應用”課程也是電子、通信和電氣等專業(yè)的核心教學內(nèi)容。對于高校而言，應用型人才的培養(yǎng)落實到最底層，即是具體的課程教學?；诖耍疚膶Α皢纹瑱C原理與應用”課程進行研究。

1 課程教學現(xiàn)狀分析

傳統(tǒng)單片機課程的教學方法是以教材為載體，對理論知識分章節(jié)分模塊講解，不可否認在配合實驗課程的情況下能取得一定的教學成果，但是在此種教學方式下培養(yǎng)的學生基本無法直接參加學科競賽或者參與項目開發(fā)。傳統(tǒng)教學方法的弊端具體體現(xiàn)在以下幾個方面：

（1）側(cè)重理論教學。傳統(tǒng)教學方法中，教師根據(jù)教材整理出來的理論知識要點，因其抽象而無法形象表達，因此無論講的多詳細，學生始終始終覺得難以理解，進而導致部分學生產(chǎn)生上課玩手機或者睡覺等行為，實際也從側(cè)面反映該課程未能激發(fā)學生的學習熱情和主動性。

（2）實踐缺乏創(chuàng)新。傳統(tǒng)教學方法中的實踐教學主要依靠實驗室的專業(yè)實驗箱來完成，授課教師按照實驗手冊安排實驗項目，多是單一性的驗證性的實踐，且手冊已經(jīng)提供了完整的實驗思路和操作流程，甚至提供了完整的實驗代碼，學生處于被動接受狀態(tài)，按部就班即可完成，實驗過程缺乏創(chuàng)新性、設計性，未能起到鍛煉學生實踐能力的作用。另外，實驗室的實驗箱也不方便隨時外借，無法滿足學生隨時學習的需求。

（3）考核方式單一。傳統(tǒng)考核方式主要以筆試為主，以筆試成績?yōu)橹鞯脑u分標準導致學生在學習過程中就是囫圇吞棗，不加思考，在考試前突擊復習，死記硬背。以應付考試為目的的記憶基本在考試完后就忘記了。

2 課程改革策略分析

針對以上在傳統(tǒng)的單片機課程教學中出現(xiàn)的弊端，本文提出一種適用于應用型人才培養(yǎng)模式的高校學生的單片機課程教學方法。

2.1 大綱的修訂和教材的選取

大綱是課程的紀要性文件，需要適應發(fā)展需求。教師通過市場調(diào)研來了解相關崗位對學生掌握單片機能力的要求，結(jié)合社會需求修訂教學大綱，形成和完善創(chuàng)新應用型人才培養(yǎng)模式。宜選擇應用型、項目式教學的教材。

2.2 采用項目式教學

項目式教學法，這是課程教學改革的重點。單片機原理及應用課程采用項目式教學法，有助于學生將理論與實踐相結(jié)合，綜合鍛煉學生分析問題、解決問題的能力。一個完整項目包括需求分析、技術設計、功能測試等流程。讓學生參與項目開發(fā)的全部流程，有助于快速提升學生的職業(yè)技能。這是一個以項目為載體，以學生為主力，教師指導的教學活動。

實施過程分三個階段。

第一階段，前期準備。教師需對傳統(tǒng)的單片機課程知識進行熔煉，查閱相關資料，把實際工業(yè)場景經(jīng)過適當?shù)募庸ず透淖兪怪蔀檫m用于該課程的項目教學，比如交通燈控制系統(tǒng)、機械手控制系統(tǒng)、超聲波測距系統(tǒng)以及恒溫控制系統(tǒng)等。學生需要提前對每一個項目進行相關資料的查閱，保證上課之前至少有該項目基本的概念。

第二階段，項目實施。以恒溫控制系統(tǒng)為例，具體說明項目教學法在教學改革中的應用。

項目名稱：恒溫控制系統(tǒng)

相關理論：溫度傳感器DS18B20的原理；單總線通信協(xié)議；數(shù)碼管顯示原理；機械按鍵消抖原理；繼電器驅(qū)動電路。

實驗環(huán)境：實驗室，或者學生自主購買的開發(fā)板。

實驗分組：三人一組，根據(jù)個人愛好優(yōu)先原則，分配一人負責硬件，做電路設計、一人負責軟件，程序編寫，一人負責文檔撰寫。各類電子設計競賽組隊要求也是三人一組。學生根據(jù)項目再進行任務的細化分配。在項目實施過程中，教師實時跟進，根據(jù)各組實際情況進行針對性指導。

項目評價：對項目成果進行展示，每一組由代表進行演示，需要對電路的設計原理和程序框架及關鍵代碼進行說明，說明設計過程中遇到的問題以及解決辦法。由其他學生和教師共同評分，最后由教師根據(jù)每一組完成的實際情況（綜合考慮項目完成度、采用的方法、步驟等）給出最終成績。

第三階段，項目總結(jié)。在課程結(jié)束后，把該教學方式與傳統(tǒng)教學方式培養(yǎng)出來的學生進行對比，挖掘出該教學方式對學生掌握理論知識和提升實踐技能的優(yōu)缺點，在下一學期的課程中有目的的進行調(diào)整、優(yōu)化。

2.3 鼓勵學生積極參加學科競賽和參與項目實踐

鼓勵學生參大學生電子設計大賽和大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)競賽以及“挑戰(zhàn)杯”等各類國家級、省級、校級的與該課程相關度高的比賽，鼓勵學生參與校企合作橫向科研項目，鼓勵學生進行發(fā)明、實用新型專利的申請。通過參加比賽和參與項目所獲得的經(jīng)驗更豐富，能力提高也更快。

3 課程改革實施案例

以本校電子信息工程專業(yè)的三年級學生為對象，在授課過程中應用項目式教學法。按照前面提到的三個階段統(tǒng)籌規(guī)劃，在第二階段的項目實施部分，將授課過程中歸納為3個環(huán)節(jié)。

第一環(huán)節(jié)為基礎部分。一共3個項目，第一個項目是Keil和軟件的應用，第二個項目是按鍵更改數(shù)值，第三個項目是密碼鎖。涉及的內(nèi)容包括單片機最小系統(tǒng)、IO端口配置、數(shù)碼管靜/動態(tài)顯示、LCD液晶顯示、LED指示，驅(qū)動蜂鳴器等。

第二環(huán)節(jié)為模塊部分。一共3個項目，第一個項目是定時秒表，第二個項目是人流量統(tǒng)計，第三個項目是上位機顯示溫度。涉及的內(nèi)容包括單片機的定時器/計數(shù)器、自定義通信協(xié)議、串口、中斷系統(tǒng)、人體熱釋電感應傳感器，DS18B20溫度傳感器。

第三環(huán)節(jié)為綜合部分。一共3個項目，第一個項目是電壓預警系統(tǒng)，第二個項目是恒溫控制系統(tǒng)，第三個項目是無線環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)。

在本次課程改革中不使用Proteus軟件仿真軟件，學生人手一塊教師繪制并寫好配套例程的51單片機開發(fā)板，這個開發(fā)板可完成該課程全部項目。Proteus軟件僅作為一種補充的教學手段。

每個項目大概4到8個課時。第二環(huán)節(jié)和第三環(huán)節(jié)的項目可根據(jù)實際情況微調(diào)整。在機房授課，先進行理論知識點的講解后學生直接動手操作。

4 教學改革實踐成果

選擇電子信息工程專業(yè)的兩個班級（以下簡稱1班和2班）各30名學生，分別進行項目式教學與傳統(tǒng)教學的實驗的對比，A班學生采用項目式教學，B班采用傳統(tǒng)教學方法。在學期末的時候，根據(jù)A班學生學習的實際情況，設定項目題目——基于51單片機的電機調(diào)速系統(tǒng)設計。學生自主查閱相關資料，3人組成一個隊伍，每個班級10個隊伍，以隊伍為單位各自選擇方案，并進行電路圖的繪制和C語言編程實現(xiàn)功能。整個環(huán)節(jié)只有在學生遇到疑問而查資料又無法解決的情況下，教師才參與指導。這個環(huán)節(jié)內(nèi)，充分調(diào)動了學生的主動性、學習興趣。

經(jīng)過一學期的項目式教學法教學實踐的A班學生與傳統(tǒng)教學方式教學的B班學生對比，項目完成度更高。表1是兩個班級量化對比的結(jié)果。學習興趣的量化標準是課堂表現(xiàn)，以及和老師交流的次數(shù)進行綜合評價。查閱資料能力量化標準是項目完成過程提供的參考文獻和對參考文獻的理解，以及參考文獻的種類和出處進行綜合評價。動手能力量化標準是電路板焊接的美觀程度、代碼編寫的規(guī)范程度和功能實現(xiàn)的完整度來綜合評價。

表1 學生學習狀況及能力培養(yǎng)情況對比統(tǒng)計表

從表1可以看出，項目式教學下A班的學生學習興趣更高，項目完成情況更好。動手實踐能力和查閱資料的能力也更強。因此，項目式教學法在一定的環(huán)境下是優(yōu)于傳統(tǒng)教學方法的，更有利于培養(yǎng)應用型科技創(chuàng)新人才。

5 結(jié)束語

應用型人才培養(yǎng)模式的落地最終在于課程的改革，針對單片機原理及應用這門課程，項目式教學法是一種創(chuàng)新性、有效的新的教學模式，該模式下培養(yǎng)出來的學生，學習的積極性和主動性有了很大提升。該模式有利于培養(yǎng)學生自主分析問題、解決問題以及團隊協(xié)作的能力，是比較理想的教學模式，希望該方法能夠應用到更多的課程教學實踐中。