《單片機(jī)原理與應(yīng)用》課程立體化教學(xué)體系建設(shè)的研究與實(shí)踐
——以桂林理工大學(xué)南寧分校為例

周紅鍇，陸生鮮，朱敦忠

（桂林理工大學(xué) 南寧分校，廣西 南寧 530001）

0 前言

高職院校普遍開設(shè)有《單片機(jī)原理與應(yīng)用》（下稱《單片機(jī)》），它是電類專業(yè)核心課程，通過《單片機(jī)》課程理論和實(shí)踐的教學(xué)，學(xué)生在掌握單片機(jī)理論知識的基礎(chǔ)上學(xué)會設(shè)計單片機(jī)電路、繪制印刷電路板、設(shè)計應(yīng)用軟件和系統(tǒng)軟件、焊接元器件和軟硬件調(diào)試等單片機(jī)電子產(chǎn)品的研發(fā)流程，從而達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力、新產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)能力和工程應(yīng)用能力，為將來從事電子產(chǎn)品研發(fā)工作奠定堅實(shí)基礎(chǔ)。

行業(yè)調(diào)查結(jié)果表明，在今后相當(dāng)長一段時間內(nèi)，企業(yè)對高級單片機(jī)技術(shù)人才的需求量很大，具備從事單片機(jī)應(yīng)用開發(fā)能力的技術(shù)人才倍受歡迎。傳統(tǒng)的《單片機(jī)》課程教學(xué)理念更多地停留在為了教學(xué)而教學(xué)、為了傳授知識而傳授知識的認(rèn)知層次，缺乏在創(chuàng)新思維和創(chuàng)業(yè)意識方面的培養(yǎng)，教學(xué)內(nèi)容不能與時俱進(jìn)，課程的教材以及授課過程中單片機(jī)內(nèi)部硬件部分內(nèi)容過于枯燥，軟件部分匯編語句太煩雜，教學(xué)過程中遵循的是“先原理，后應(yīng)用；先硬件知識，再語句語法，最后再實(shí)際編程”的思路。大部分教材的前半部分內(nèi)容介紹硬件過多，大量特殊寄存器，各種各樣的尋址方法，如同詞典般重復(fù)羅列，學(xué)生感到抽象、枯燥，學(xué)習(xí)的信心受到極大打擊，成為了學(xué)生入門學(xué)習(xí)的瓶頸[1]。高職院校的職能是向社會培養(yǎng)、輸送高素質(zhì)的技能應(yīng)用型人才，為適應(yīng)社會的新需求，《單片機(jī)》課程教學(xué)改革勢在必行。

2015年，國務(wù)院辦公廳發(fā)布《關(guān)于深化高等學(xué)校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育改革的實(shí)施意見》（國辦發(fā)[2015]36號）的文件中指出，高職創(chuàng)新教育要“面向全體、分類施教、結(jié)合專業(yè)、強(qiáng)化實(shí)踐，促進(jìn)學(xué)生全面發(fā)展；豐富課程、創(chuàng)新教法、強(qiáng)化師資、改進(jìn)幫扶，推進(jìn)教學(xué)、科研、實(shí)踐緊密結(jié)合，突破人才培養(yǎng)薄弱環(huán)節(jié)，增強(qiáng)學(xué)生的創(chuàng)新精神、創(chuàng)業(yè)意識和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力”。在強(qiáng)化創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育的大環(huán)境下，我?！秵纹瑱C(jī)》課程教學(xué)改革團(tuán)隊從理論學(xué)習(xí)到實(shí)踐訓(xùn)練、從課內(nèi)到課外等方面，全方位立體化融入創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育理念，取得了顯著的成績。

1 課程教學(xué)改革的目標(biāo)

以重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)意識為落腳點(diǎn)，充分發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的主體地位，助力不同層次學(xué)生成長成才，對課程的教學(xué)理念、教學(xué)體系、教學(xué)模式、教學(xué)支撐條件以及教學(xué)評價方式等進(jìn)行全方位立體化課程體系改革與建設(shè)，積極培育學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)技能并始終貫穿于人才培養(yǎng)的各個關(guān)鍵環(huán)節(jié)，使學(xué)生真正熟練掌握單片機(jī)應(yīng)用開發(fā)技術(shù)，滿足用人單位對單片機(jī)人才的規(guī)格要求，實(shí)現(xiàn)“人人好就業(yè)，人人好成才”的目標(biāo)。

2 課程教學(xué)改革的措施

2.1 構(gòu)建課程立體化教學(xué)體系培養(yǎng)模式

基于單片機(jī)的自身特點(diǎn)，對編程者的素質(zhì)（諸如思維條理性、邏輯性等）要求很高。能夠?qū)W好《單片機(jī)》的學(xué)生，大多具備全面扎實(shí)的專業(yè)知識和良好的解決問題的能力，而且能夠立即上手工作，受用人單位青睞，因而就業(yè)質(zhì)量明顯高于其它絕大多數(shù)畢業(yè)生。同時，這類學(xué)生具備很強(qiáng)的實(shí)踐能力，容易把自己創(chuàng)新型的想法“落地”。為此，課改團(tuán)隊以學(xué)定教，將創(chuàng)新思維和創(chuàng)業(yè)意識培養(yǎng)融入到人才培養(yǎng)全過程各環(huán)節(jié)，在長期的改革實(shí)踐中摸索出了行之有效的具備“雙創(chuàng)”能力的人才團(tuán)隊培養(yǎng)模式，即以“工程項目性”+“創(chuàng)新技能性”為核心的《單片機(jī)》課程立體化教學(xué)體系培養(yǎng)模式（如圖1）。

圖1 立體化“雙創(chuàng)”能力人才團(tuán)隊培養(yǎng)模式

實(shí)施“工程項目”式的教學(xué)培養(yǎng)模式[2]，重構(gòu)《單片機(jī)原理與應(yīng)用》教學(xué)內(nèi)容，以典型電子產(chǎn)品設(shè)計項目為主體，每個項目分解分一到三個小的任務(wù)來完成，每個任務(wù)的設(shè)計將單片機(jī)的硬件知識、指令和典型編程、仿真調(diào)試完全融入每個項目教學(xué)中，由簡單到復(fù)雜循序漸進(jìn)。前一個任務(wù)教學(xué)內(nèi)容是后一個任務(wù)內(nèi)容的基礎(chǔ)，學(xué)生完成項目分解的任務(wù)也就完成了項目的學(xué)習(xí)內(nèi)容，接著逐個遞進(jìn)學(xué)習(xí)其他的項目。對學(xué)習(xí)掌握程度好的學(xué)生進(jìn)一步以“創(chuàng)新技能”教學(xué)理念和教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行培育，將其帶入教師、企業(yè)的項目研發(fā)過程中，為學(xué)生日后從事單片機(jī)開發(fā)工作及創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)打下良好基礎(chǔ)。采用“師傅帶徒弟”的培養(yǎng)模式，助力普通層次學(xué)生成才就業(yè)；采用“研究生式內(nèi)弟子”的培養(yǎng)模式，助力高層次學(xué)生（內(nèi)弟子）創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)。

2.2 教學(xué)內(nèi)容立體化重構(gòu)整合優(yōu)化

（1）制定適應(yīng)學(xué)生專業(yè)發(fā)展的教學(xué)標(biāo)準(zhǔn)文件，包括全新的課程教學(xué)大綱、實(shí)踐教學(xué)大綱、課程整體設(shè)計、課程單元設(shè)計、試題庫等教學(xué)資源。對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行整合、優(yōu)化，將課程內(nèi)容整體優(yōu)化成八個以工程項目為載體的教學(xué)模塊二十一個理論教學(xué)子任務(wù)、十四個實(shí)驗教學(xué)子任務(wù)，基本型、提高型、創(chuàng)新型三個能力層次和單片機(jī)技術(shù)基礎(chǔ)能力訓(xùn)練為主線，實(shí)現(xiàn)課程結(jié)構(gòu)模塊化，實(shí)驗內(nèi)容層次化和教學(xué)科研一體化。

（2）將C51定位為本課程的編程語言與匯編語言并重。長久以來，《單片機(jī)》課程一直采用的是匯編語言編寫程序，匯編語言與單片機(jī)內(nèi)部硬件結(jié)構(gòu)和工作原理聯(lián)系緊密，具有代碼效率高等優(yōu)點(diǎn)，其最大的缺點(diǎn)是艱澀、難懂、不夠靈活。將C51編程語言與匯編語言并重，既兼顧到基礎(chǔ)又兼顧到工作崗位實(shí)際開發(fā)所需，符合產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新要求[3]。采用與匯編語言并重的C51編程語言，教學(xué)針對性強(qiáng)，學(xué)生掌握得快，教學(xué)效果良好。

2.3 打造立體化教學(xué)資源庫

“互聯(lián)網(wǎng)+”教育背景下，信息化技術(shù)與教育教學(xué)的深度融合進(jìn)一步改善了課堂教學(xué)結(jié)構(gòu)，學(xué)生主動學(xué)習(xí)能力得到提高。開發(fā)立體化教學(xué)資源庫，如多媒體課件、動畫、視頻庫、仿真軟件、微課等教學(xué)網(wǎng)絡(luò)資源，將單片機(jī)知識立體化、可視化展現(xiàn)。

2.4 教學(xué)手段立體化

（1）建設(shè)《單片機(jī)》網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺，開展線上、線下混合式教學(xué)改革。開發(fā)移動終端APP應(yīng)用平臺，借助網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺學(xué)生可隨時隨地自主開展學(xué)習(xí)活動；運(yùn)用微助教課堂互動平臺開展課中隨機(jī)測試，加強(qiáng)教學(xué)互動效果。教材方面選用立體化教材如高等教育出版社出版的《單片機(jī)原理與應(yīng)用》新形態(tài)一體化教材。該紙質(zhì)教材的特色是將每個章節(jié)的重難點(diǎn)理論內(nèi)容、實(shí)操視頻都設(shè)計提供二維碼立體化呈現(xiàn)學(xué)習(xí)內(nèi)容，學(xué)生在閱讀教材時隨時掃描二維碼就能鏈接到出版社的網(wǎng)絡(luò)平臺進(jìn)行閱讀或觀看相關(guān)的學(xué)習(xí)內(nèi)容視頻，動態(tài)自主學(xué)習(xí)知識點(diǎn)，不受時空的限制。

（2）將信息化教學(xué)融入實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)。在校園網(wǎng)建立了校級精品課程《單片機(jī)》課程教學(xué)網(wǎng)站。通過線上線下學(xué)習(xí)，建立一種能夠充分發(fā)揮學(xué)生主動性的“實(shí)踐-理論-再實(shí)踐”應(yīng)用能力培養(yǎng)模式。建設(shè)工程管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)與企業(yè)對接，建立學(xué)校、企業(yè)、老師和學(xué)生共同參與的信息傳遞平臺，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維和創(chuàng)業(yè)意識。

2.5 創(chuàng)新技能立體化培養(yǎng)

構(gòu)建“立體支撐、多維保障、快捷便利”的課程教學(xué)機(jī)制，多維度開展創(chuàng)新技能立體化培養(yǎng)。

（1）積極搭建校企互通、校企交融的合作平臺，力爭做到專業(yè)與企業(yè)的對接、課程標(biāo)準(zhǔn)和企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的對接、教師與企業(yè)技術(shù)骨干對接、學(xué)生與企業(yè)員工對接，真正實(shí)現(xiàn)“校企一家，產(chǎn)教一體，工學(xué)合一”協(xié)同育人的局面。不斷增加和完善實(shí)踐教學(xué)基地；校企合作共建學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐基地；建設(shè)基于校園網(wǎng)的PROTEUS仿真實(shí)訓(xùn)平臺；建設(shè)教師企業(yè)工作室等，為學(xué)生實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)、教師培訓(xùn)以及校企合作提供保障，改善教學(xué)實(shí)踐條件和基地建設(shè)質(zhì)量。

（2）研發(fā)便攜式ISP單片機(jī)實(shí)驗板。學(xué)生人手一套可隨身攜帶，隨時隨地動手實(shí)踐。編寫與實(shí)驗板相對應(yīng)的適合各教學(xué)階段應(yīng)用的功能模塊例程，發(fā)布到網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺上，隨時供學(xué)生在課堂內(nèi)外學(xué)習(xí)使用，讓每個學(xué)生在入門之初就能隨時進(jìn)行功能驗證，在保持學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的同時，提高了學(xué)生軟硬件聯(lián)合調(diào)試的能力，實(shí)現(xiàn)對大學(xué)生單片機(jī)課程動手能力循序漸進(jìn)、環(huán)環(huán)相扣的不斷線培養(yǎng)。

（3）搭建大賽平臺和科研平臺，通過深度參與賽事和項目，提高學(xué)生的專業(yè)知識和技能。組織學(xué)生參加“互聯(lián)網(wǎng)+”創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽、大學(xué)生電子設(shè)計大賽、全國職業(yè)技能大賽等[4]。結(jié)合企業(yè)具體的生產(chǎn)和生活實(shí)際問題，引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計具有實(shí)際應(yīng)用價值的電子產(chǎn)品。鼓勵大學(xué)生發(fā)揮專業(yè)技術(shù)特長積極申報科研項目，或參與教師相關(guān)科研項目，踐行為學(xué)?；虻胤絽^(qū)域經(jīng)濟(jì)服務(wù)的職能，為社會服務(wù)的同時也為學(xué)校帶來各種資源，實(shí)現(xiàn)學(xué)校、企業(yè)、學(xué)生三方共贏，資源共享，為學(xué)生日后創(chuàng)業(yè)創(chuàng)造條件。

（4）營造寬松的創(chuàng)新設(shè)計學(xué)習(xí)環(huán)境。在課堂上采用師傅帶徒弟、手把手教編程的方式，教會學(xué)生無論在解讀程序還是編程前，先用自己的語言（漢語）對功能要求進(jìn)行組織，搭建框架并加以描述，從粗到細(xì)層層分解，最后再“翻譯”成程序代碼。對學(xué)習(xí)程度較好的學(xué)生（內(nèi)弟子）提出更高要求，把他們帶入到老師和企業(yè)研發(fā)隊伍中，讓他們除了掌握單片機(jī)專業(yè)知識外，還學(xué)會撰寫科技論文、項目立項申報書、知識產(chǎn)權(quán)申報文檔等，為日后創(chuàng)業(yè)打基礎(chǔ)；在實(shí)踐基地中自由沉浸在單片機(jī)知識海洋中，學(xué)生們享受到學(xué)習(xí)的樂趣。樂教樂學(xué)使教學(xué)質(zhì)量得到了保證。

2.6 創(chuàng)新單片機(jī)人才培養(yǎng)考核評價體系

構(gòu)建融“過程性學(xué)習(xí)評價、課程設(shè)計、競賽參賽、撰寫課程專題論文和單片機(jī)作品制作”為一體的多元化激勵性評價考核方式，全方位保障實(shí)現(xiàn)人才培養(yǎng)目標(biāo)。

3 課程改革的成效

以學(xué)生為中心，構(gòu)建和實(shí)施以“工程項目性”+“創(chuàng)新技能性”為核心的《單片機(jī)》課程立體化教學(xué)體系培養(yǎng)模式，有利于學(xué)生個性發(fā)展和創(chuàng)新能力培養(yǎng)，分層次采取“師傅帶徒弟”、“研究生式內(nèi)弟子”的培養(yǎng)模式，助力各個層次的學(xué)生成長成才，人才培養(yǎng)質(zhì)量顯著提高。近三年，我校電子類專業(yè)學(xué)生在全國職業(yè)院校技能競賽中，獲國家級二等獎1項，三等獎2項；在全國、廣西大學(xué)生電子設(shè)計競賽中，獲區(qū)級一等獎3項，二等獎5項，三等獎13項；在2018年廣西“互聯(lián)網(wǎng)+”創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽中，獲得銀獎；師生共同獲得國家發(fā)明專利1項，實(shí)用新型1項，處于公示階段的實(shí)用新型專利3項。畢業(yè)生就業(yè)率均達(dá)95%以上。大學(xué)生創(chuàng)業(yè)能力顯著提高，畢業(yè)生職業(yè)發(fā)展良好，得到企業(yè)的好評，取得了良好的社會效益。同時也建設(shè)了一支高水平工程應(yīng)用型、創(chuàng)新型專兼結(jié)合的教師隊伍。

4 結(jié)語

構(gòu)建和實(shí)施以“工程項目性”+“創(chuàng)新技能性”為核心的《單片機(jī)》課程立體化教學(xué)體系培養(yǎng)模式，打破了傳統(tǒng)《單片機(jī)》教學(xué)中“師傳生受”的舊框框，改變知識的單向傳播，變被動學(xué)習(xí)為主動參與。采用“師傅帶徒弟”的培養(yǎng)模式，助力普通層次學(xué)生成才就業(yè)；采用“研究生式內(nèi)弟子”培養(yǎng)模式，助力高層次學(xué)生（內(nèi)弟子）創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)。多重教學(xué)方法和手段并舉，創(chuàng)新了“做中學(xué)、學(xué)中做”、“教、學(xué)、做融合”的工學(xué)結(jié)合教學(xué)模式[5]，使不同層次學(xué)生學(xué)有所得，助力學(xué)生成長成才。