“互聯(lián)網(wǎng)+學(xué)科競賽”為導(dǎo)向的單片機(jī)課程群教學(xué)模式改革實(shí)踐

雷曉春 俸皓 陳俊彥

摘要：以模塊化知識(shí)點(diǎn)為教學(xué)內(nèi)容，以構(gòu)建單片機(jī)為核心的應(yīng)用為教學(xué)目標(biāo)的傳統(tǒng)單片機(jī)系列課程的教學(xué)模式已經(jīng)漸漸跟不上時(shí)代的發(fā)展。文中提出了以互聯(lián)網(wǎng)+學(xué)科競賽為導(dǎo)向，以大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目和各類學(xué)科競賽為平臺(tái)開展項(xiàng)目式、跨課程、多學(xué)科交叉的單片機(jī)系列課程教學(xué)實(shí)踐，激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)造能力，適應(yīng)解決復(fù)雜過程問題的人才培養(yǎng)的要求。

關(guān)鍵詞：單片機(jī)課程群;互聯(lián)網(wǎng)+;學(xué)科競賽

1.引言

在“互聯(lián)網(wǎng)+”的浪潮席卷一切的背景之下，隨著物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的到來，單片機(jī)作為感知層設(shè)備的主要計(jì)算部件，國內(nèi)外各大企業(yè)紛紛投入巨資加快了單片機(jī)及其應(yīng)用產(chǎn)品的研發(fā)，由此導(dǎo)致了單片機(jī)人才的需求猛增;2015年，針對德國工業(yè)4.0，我國提出了具有中國特色的制造業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略綱領(lǐng)《中國制造2025》， 單片機(jī)作為各種自動(dòng)化機(jī)電系統(tǒng)的主要控制器之一，其原理與應(yīng)用不僅成為了計(jì)算機(jī)專業(yè)的學(xué)生必須掌握的知識(shí)，同時(shí)也對計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生的基于單片機(jī)的智能自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力提出了更高的要求[1]。

2.傳統(tǒng)教學(xué)方式的缺陷

很多專家學(xué)者都對各種類型的單片機(jī)課程如《單片機(jī)原理與應(yīng)用》、《單片機(jī)原理與接口技術(shù)》的理論和實(shí)踐環(huán)節(jié)進(jìn)行了全面深入的研究，從發(fā)表的教學(xué)研究論文的數(shù)量和質(zhì)量上來看，取得了較為豐碩的成果。但是這些研究，大多是從課程自身出發(fā)，設(shè)計(jì)教學(xué)目標(biāo)與對應(yīng)的教學(xué)方法，評(píng)價(jià)指標(biāo)也僅僅設(shè)置為本課程所包含知識(shí)點(diǎn)的接受程度，較少的把單片機(jī)課程作為整個(gè)計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中的一個(gè)環(huán)節(jié)，從更高的層面進(jìn)行考察[2]。這導(dǎo)致了在課程結(jié)束之后，即使最好的學(xué)生，也只能達(dá)到以單片機(jī)為核心構(gòu)建簡單應(yīng)用的程度。

這是由于在傳統(tǒng)的教學(xué)方式中的單片機(jī)應(yīng)用系列課程的教學(xué)目標(biāo)，基本上分為兩級(jí)。第一級(jí)目標(biāo)將課程分解為單片機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)，中斷技術(shù)、接口技術(shù)、匯編語言程序設(shè)計(jì)等模塊，針對每個(gè)模塊的特點(diǎn)和自身需要構(gòu)建理論和實(shí)踐相關(guān)的教學(xué)項(xiàng)目。第二級(jí)目標(biāo)主要培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用單片機(jī)的相關(guān)知識(shí)解決實(shí)際工程問題的能力，如多用途信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)、智能交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)等，鍛煉學(xué)生在解決工程問題過程中的學(xué)習(xí)能力。在以前的以單機(jī)應(yīng)用或簡單的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用時(shí)代，這樣的培養(yǎng)目標(biāo)沒有顯示出嚴(yán)重的缺陷，但是隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”時(shí)代的到來，如何將單片機(jī)應(yīng)用嵌入到各類以4G或光纖網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的復(fù)雜應(yīng)用中，使之成為一個(gè)復(fù)雜工程應(yīng)用中的一個(gè)有機(jī)的組成部分，成為了擺在教師和學(xué)生面前的一道共同的難題[3]。

3.學(xué)科競賽為導(dǎo)向的單片機(jī)課程群建設(shè)及實(shí)踐

為使學(xué)生具備開發(fā)基于單片機(jī)的互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的能力，更大程度上獲得創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)活動(dòng)中所需要的專業(yè)技術(shù)知識(shí)技能，我們提出并開展了以O(shè)BE理念為導(dǎo)向，以CDIO三級(jí)項(xiàng)目教學(xué)理論為基礎(chǔ)的單片機(jī)課程群建設(shè)實(shí)踐。

首先圍繞單片機(jī)系列相關(guān)課程如《匯編語言》、《微機(jī)接口與應(yīng)用技術(shù)》、《單片機(jī)原理與應(yīng)用》、《嵌入式系統(tǒng)》等展開課程群的建設(shè)。課程群中的課程，通過修訂教學(xué)大綱、充實(shí)教學(xué)資源，加強(qiáng)課程之間的銜接，明確各自的目標(biāo)，形成教學(xué)合力。

其次，依托學(xué)科競賽和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)平臺(tái)，開展以學(xué)科競賽為導(dǎo)向的課程建設(shè)實(shí)踐。課程群中的各門課程，從時(shí)間上基本覆蓋了1-3年級(jí)，這也是整個(gè)大學(xué)期間學(xué)生最具有學(xué)習(xí)熱情和創(chuàng)造力的階段。我們在具體的實(shí)踐之中，首先從低年級(jí)起，就鼓勵(lì)學(xué)生在學(xué)長的帶領(lǐng)之下，參加各類學(xué)科競賽。其次，在課堂教學(xué)之中，也與學(xué)生開展競賽項(xiàng)目的討論。對于低年級(jí)課程中的學(xué)生，討論以較為成熟的獲獎(jiǎng)項(xiàng)目為主，而對于高年級(jí)的學(xué)生，則使用正在進(jìn)行中的項(xiàng)目開展討論，以此調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，激發(fā)創(chuàng)造力。

最后，我們根據(jù)CDIO三級(jí)項(xiàng)目教學(xué)理論，依托各種學(xué)科競賽和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)平臺(tái)設(shè)置了相應(yīng)的教學(xué)項(xiàng)目。在傳統(tǒng)教學(xué)過程之中，學(xué)生被分為好、中、差三類，然后因材施教。而我們嘗試根據(jù)課程群之中的表現(xiàn)，將學(xué)生進(jìn)行了新的三分類：沒有創(chuàng)意基礎(chǔ)弱的學(xué)生、有創(chuàng)意但基礎(chǔ)較弱的學(xué)生或是基礎(chǔ)較好但缺乏創(chuàng)意的學(xué)生、有想法且基礎(chǔ)較好的學(xué)生。根據(jù)新的學(xué)生分類，我們構(gòu)建了CDIO三級(jí)教學(xué)項(xiàng)目。

第一級(jí)項(xiàng)目來自于傳統(tǒng)實(shí)踐項(xiàng)目的互聯(lián)網(wǎng)化改造，強(qiáng)調(diào)了應(yīng)用系統(tǒng)的互聯(lián)互通的能力，如基于單片機(jī)的智能時(shí)鐘系統(tǒng)，即在傳統(tǒng)的單機(jī)萬年歷時(shí)鐘系統(tǒng)中加入天氣、實(shí)時(shí)時(shí)鐘校準(zhǔn)等互聯(lián)網(wǎng)功能，從而在不大幅度增加工作量和難度的前提下，培養(yǎng)學(xué)生的互聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目開發(fā)能力。第一級(jí)項(xiàng)目適合第一類學(xué)生。第二級(jí)項(xiàng)目針對第二類學(xué)生設(shè)置，該類項(xiàng)目以更加重視創(chuàng)意的各級(jí)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)平臺(tái)的為項(xiàng)目的實(shí)施背景，涵蓋了項(xiàng)目的申請、立項(xiàng)、開展、驗(yàn)收整個(gè)過程，在培養(yǎng)能力的同時(shí)，能夠更好的加深學(xué)生對整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的了解。針對第三類學(xué)生的第三級(jí)項(xiàng)目，就是各類學(xué)科競賽。這些競賽不僅涉及了產(chǎn)、學(xué)、研的各個(gè)環(huán)節(jié)，對教學(xué)改革、課程更新和創(chuàng)新人才培養(yǎng)也起到了重要的推動(dòng)作用。競賽為參賽的指導(dǎo)老師提供了更廣泛的交流學(xué)習(xí)的機(jī)會(huì);對學(xué)生而言，通過競賽強(qiáng)化了學(xué)生的創(chuàng)新能力、實(shí)踐能力與表達(dá)能力，推動(dòng)了學(xué)生基于問題、案例和項(xiàng)目的自主學(xué)習(xí)，進(jìn)一步縮小了高校教育與企業(yè)需求的差距。同時(shí)，這些創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)活動(dòng)和學(xué)科競賽往往涉及到多學(xué)科交叉及合作的問題，進(jìn)一步強(qiáng)化了學(xué)生在復(fù)雜環(huán)境下解決復(fù)雜工程問題的能力。

在近三年的實(shí)踐之中，截止至3年級(jí)上學(xué)期，我院計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生中平均每年獲得單片機(jī)等硬件相關(guān)的廳級(jí)以上創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目立項(xiàng)8項(xiàng)，省部級(jí)競賽獲獎(jiǎng)20余項(xiàng)，國家級(jí)競賽獲獎(jiǎng)15項(xiàng)，覆蓋了近70%的計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生。

4.結(jié)論

隨著各類“互聯(lián)網(wǎng)+”學(xué)科競賽的蓬勃開展和CDIO模式的提出為計(jì)算機(jī)專業(yè)的教育教學(xué)提供了很好的應(yīng)用型轉(zhuǎn)型發(fā)展的平臺(tái)和環(huán)境及理論支持。單片機(jī)系列課程教學(xué)的改革已勢在必行。我們應(yīng)當(dāng)抓住機(jī)遇，利用所有的有利因素，進(jìn)行全方位的深入教學(xué)改革，有必要利用“互聯(lián)網(wǎng)+”的優(yōu)勢建設(shè)更為合理的單片機(jī)系列課程群。

參考文獻(xiàn)

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