“單片機原理與應用”課程教學改革研究

王通 朱士虎

摘要：在“單片機原理與應用”課程教學中，應以創(chuàng)新的理念為基礎，與科技發(fā)展前沿相結合，要做到理論與實踐相結合。針對在目前的教學中存在的人才培養(yǎng)模式傳統(tǒng)化、課程體系安排不規(guī)范、課程教材選擇不創(chuàng)新、學習評價方式不全面的情況，對課程教學的多方面進行探索與改革，提出相應的可行性方案，完善該課程的教學實施，已達到了提高學生的實踐與創(chuàng)新能力的效果，并且形成了相應的可推廣的教學改革方案。

關鍵詞：單片機;教學改革;實踐;創(chuàng)新

單片機是指采用數(shù)字處理和微電子技術、集成技術等相融合的一種控制器，與PLC、ARM、DSP等數(shù)字處理控制器擁有相類似的功能和作用;單片機內(nèi)部集成了微處理器、定時計數(shù)器模塊、數(shù)據(jù)存儲器、通信模塊、輸入輸出接口模塊甚至模數(shù)轉換模塊等;根據(jù)單片機種類不同、型號不同，其功能也不盡相同;單片機根據(jù)處理速度不同分為4位、8位、16位、32位和64位等，一般64位及以上的單片機又可以成為ARM。[1]“位”值越大，單片機處理的速度便越快。

目前，單片機廣泛應用于通信、家電、儀表、工業(yè)、軍事、宇航等各個領域，而“單片機原理與應用”是很多高等院校電氣自動化、電子信息工程、通信工程等專業(yè)學習的基礎課程，也是一門工程、實踐和應用性很強的學科。但在課程教學中，現(xiàn)有教學模式存在弊端，沒能充分發(fā)揮學生的自主學習性和創(chuàng)新性思維。體現(xiàn)為教學與實驗出現(xiàn)脫節(jié)，枯燥的基礎知識和抽象的理論會使學生產(chǎn)生畏難情緒并逐漸喪失學習興趣。因此，有必要對“單片機原理與應用”課程進行教學改革，以激發(fā)學生學習興趣、提高課程教學質(zhì)量，最終培養(yǎng)出適應社會需求的應用型、創(chuàng)新型人才。

一、課程教學存在的問題

目前，“單片機原理及應用”課程教學中存在以下幾個方面的主要問題：

（一）教學方式傳統(tǒng)化

“單片機原理與應用”對實踐性、工程性和應用性的要求都非常強。新一輪高校課程改革強調(diào)以學生為主體，采用探究式教學方法;但大部分教師還是習慣用傳統(tǒng)的灌輸式教學方法，使得目前還是把理論教學置于課程教學的主體位置，對實踐重視不夠，忽視了“單片機原理與應用”這門課程實踐為上的教學目標，對學生動手能力、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)不足，很難培養(yǎng)出具有創(chuàng)新精神和實踐能力的人才。

（二）課程體系安排不合理

“單片機原理及應用”課程突出了典型與實用兩個特質(zhì)，是實踐性非常強的課程。學習理論的過程中要與大量的實踐相結合，幫助學生理解和掌握，而目前課堂教育很多以PPT的形式授課，教學方式單一、內(nèi)容抽象枯燥。此外，實驗多為驗證型實驗，實驗時通常依照實驗指導書在現(xiàn)有的實驗箱完成連線，將現(xiàn)成的程序編譯好下載到單片機并操作相關的按鈕，很多學生不積極思考實驗電路結構和實驗原理，也不清楚實驗代碼編寫和修改。上完實驗課，學生雖然完成了實驗，觀察到了實驗現(xiàn)象，很多學生甚至都不清楚該實驗用到了哪些理論知識[2]。通過這種類型的實驗課學習，學生收獲有限，仍然無法將理論知識應用到實際單片機系統(tǒng)的設計中。

（三）教材選擇不與時俱進

隨著科學技術的發(fā)展，基于單片機的技術應用、工程應用也日新月異，從20世紀80年代，由當時的4位、8位單片機，發(fā)展到現(xiàn)在的16位、32位的高速單片機。課程教學在缺乏實踐與工程實例的情況下，學習相對枯燥抽象的理論知識，會導致學生理解難度加大，新技術與新應用又沒有及時跟進學習，對學生的創(chuàng)新性培養(yǎng)會造成很大的影響。面對不斷發(fā)展的單片機技術革新，有些高校多年使用相同或相似的教材，教材更新明顯滯后，已經(jīng)滿足不了當前的技術發(fā)展要求。

（四）課程考核方式不全面

普遍存在的問題是課程考核評價方式不科學不全面，很多高校仍然以考試成績作為評價標準，衡量一個學生所學所掌握的只側重于理論分數(shù)，許多學生為了獲取高分將多數(shù)時間花在理論理解與記憶上，甚至壓縮實驗時間，導致許多學生雖然可以在考試中獲得高分，但是實際進行操作、設計和應用時效果卻很差，甚至有些學生無從下手。只從理論分數(shù)中不足以衡量學生對該門課程的掌握程度和評價學生的綜合水平、創(chuàng)新能力[2]。

二、改進教學理念

受20世紀科學思潮影響，伴隨著心理學特別是行為科學的發(fā)展，人們意識到，教學也是科學，即教學不僅有科學的基礎，而且可以用科學的方法來研究。于是，人們開始關注教學的哲學、心理學、社會學的理論基礎，以及如何用觀察、實驗等科學的方法來研究教學問題。在以教師為知識和思想權威的傳統(tǒng)教學情境中，要想激發(fā)學生的創(chuàng)造力比較困難，因為權威會產(chǎn)生控制，潛在地引發(fā)抵觸，因此，教學改革首先要進行教學理念改革。

（一）堅持“以人為本”的教學理念

在“單片機原理及應用”課程教學中要關注學生的進步和發(fā)展。首先，要求教師有“對象”意識。教學不是唱獨角戲，離開“學”，就無所謂“教”，因此，教學中必須確立學生的主體地位，樹立“一切為了學生的發(fā)展”的思想。其次，要求教師有“全人”的概念。學生發(fā)展是全面發(fā)展，而不限于某一方面或某一學科的發(fā)展。

（二）培養(yǎng)學生理論與實踐的結合能力

現(xiàn)有教育中“高分低能”依然存在，而“單片機原理與應用”是一門工程性、實踐性、創(chuàng)新性很強的基礎課程，不能只關注理論考試，學習的最終目的是為了應用與實踐。在教學過程中應結合實際，讓學生“從實踐中來，到實踐中去”，在理論教學中穿插實踐，在實踐時滲透進理論，激發(fā)學生的學習熱情，從內(nèi)心深處喜歡上“單片機原理與應用”這門課程。

（三）充分發(fā)揮學生的自主學習性

目前教育現(xiàn)狀是老師課堂授課，學生被動吸收，理論知識枯燥、編程代碼抽象以及復雜的實驗開發(fā)板，會使學生產(chǎn)生畏難情緒，削弱學生的學習積極性。社會生活中需要的是應用型人才、創(chuàng)新型人才，人才培養(yǎng)首先要培養(yǎng)他們的自主學習性，要充分發(fā)揮學生的主觀能動性，課程教學中應以素質(zhì)教學為根本，培養(yǎng)學生的主動思維能力和創(chuàng)新意識。

三、課程教學改革措施

（一）采用科學的教學模式

教學是為了幫助學生壘實科學基礎并激發(fā)學生開發(fā)思考與創(chuàng)新熱情，而傳統(tǒng)教學在“單片機原理與應用”課程教學上存在很多不足，用枯燥乏味的課件進行填鴨式教學是一種普遍現(xiàn)象，重理論輕實踐，抹殺了學生的學習積極性與創(chuàng)造性。在一定程度上違背了教學原本的目標。正如多爾所說：“具有創(chuàng)造性和轉變性的課程必須將科學與美學相結合?！盵3]這種認識已形成共識，難在怎樣有機結合，力求在教授基礎科學的同時，將單片機的“美學”展示給學生。當前條件下可借助圖像處理軟件進行直觀展示，讓實例分析走進課堂，以實為據(jù)，結合實踐，幫助學生分析理解，將復雜抽象問題簡單化、具體化、直觀化。讓學生了解到“單片機原理與應用”的魅力所在。這樣能更好地幫助學生把理論與實際相結合，自行構建學習“單片機原理與應用”的整體框架，使學有所得，學有所用。

（二）確立實踐主體地位

在現(xiàn)實教學中，課程教學與實踐存在脫節(jié)，沒有形成一個完整的有機體。課堂教學最好放在能夠?qū)嶒灥膱鏊?，在所有學生擁有完整的實驗環(huán)境和良好的實驗平臺及相關器材的條件下，教學效果可以達到最佳。授課教師借助于多媒體教學，在真實的應用環(huán)境中現(xiàn)場講解、現(xiàn)場演示。教學過程直觀明了，通俗易懂，學生在教師的引導下直接上手，進行實際操作，現(xiàn)場演練[4]。如果受條件所限不能同步實施，應盡可能將實踐緊湊安排在課程教學之后，縮短遺忘時間，在學生對教學內(nèi)容印象深刻的時候加強理解、深化和掌握。課程與實驗的時間比例最好在1∶2左右，這會讓學生消化吸收所學知識的效果達到最好，并且對“單片機原理與應用”這門課程所學能夠有所思考，有所創(chuàng)新。

（三）教材選擇規(guī)范化

目前，單片機技術迅猛發(fā)展、不斷更新與完善，若用過時的理論與實例來教授當前的學生，所選教材自然有其局限性與落后性。一個人的智慧與眼光總會因自身的經(jīng)歷與認識存在其局限性。為嚴把教材選擇關，可成立校內(nèi)教材選擇專家小組，將有經(jīng)驗的專家學者組織在一起，輔以有工程實踐經(jīng)驗的老師，根據(jù)單片機技術發(fā)展態(tài)勢以及未來的發(fā)展前景廣泛討論，擇優(yōu)選擇一本符合當下教學的教材;或集思廣益、集中人力才力編寫教材，教材編寫要結合教學實際和學生實情，力求全面且科學，緊跟技術發(fā)展，符合課程教學要求。

（四）考核方法多元化科學化

目前，對于“單片機原理與應用”課程的主要考核方式是考試，結合平時考勤、作業(yè)、實驗等?？荚囉衅浞e極意義，一方面是檢測學生所學知識的掌握情況，是為了幫助學生查漏補缺，知道自身的不足所在，而不僅僅只是為了完成教學任務而考試;另一方面是為了督促學生認真學習，使學生知道學習的任務，處于一種良性的學習壓力之下，始終繃緊學習這根“弦”。但傳統(tǒng)的試卷考試有些片面單一，不能夠全面反映學生對“單片機原理與應用”這門課程的掌握情況，很容易導致學生為了考試而學習，舍本逐末。

“單片機原理與應用”是一門實踐性很強的課程，考核的最終目的，要學有所成、學有所用，知識不能只停留在腦海里，要能“說出來，做得到”，筆試考核是必須的，因為這可以檢驗學生基礎知識所學情況，但卷面成績應該只占一定的比重。課程考核的重點應該是考查學生對“單片機原理與應用”理論知識的掌握和單片機技術的實踐應用能力。可通過布置相關的既有基礎性又有創(chuàng)新性的課題，要求學生在規(guī)定的時間內(nèi)解決問題，完成相關設計，給予考核評分。就目前的課程考核來說，需要增加實踐成績的相對比重，給學生實踐能力進行考核打分。最后，綜合考試成績與實踐考核，給學生一個全面的合理的評價。

（五）加強師資隊伍建設

課程建設的關鍵是教師，提高教師的業(yè)務能力和綜合素質(zhì)，是加強和提高大學生素質(zhì)教育的基本前提，是實施素質(zhì)教育的關鍵所在[5]。一方面，對于在職教師，可以定期組織培訓，輪流總結、輪流提問的方式，交流授課、學習心得，互相促進、查漏補缺;每年組織教師去一線學習一段時間，讓教師的理解不僅僅停留在課本和字面上，教師理解得越深入，教授學生的知識越容易被學生所理解、吸收。另一方面，可以在一定程度上改進選拔新任教師的機制，在原有基礎條件上補充具有深厚理論基礎和工程實踐能力等條件，在根本上強化高校教師理論與實踐相結合的綜合能力。

四、結語

隨著信息技術不斷更新與發(fā)展，單片機也在不斷發(fā)展與完善，并且越來越多地應用于各個領域，“單片機原理與應用”課程的教學改革和實踐也應與時俱進，不斷吸收新知識新技術，豐富教學內(nèi)容;培養(yǎng)學生的實踐動手能力、創(chuàng)新意識與綜合設計能力。就“單片機原理與應用”課程教學存在的不足和問題，課題組從教學內(nèi)容、教學方式以及教學目標等方面提出了一系列改進和改革措施，通過教學觀察和結果反饋，證實上述的改革措施取得了一定的成效。學生對課程的興趣有所增強，很多學生分析及解決問題的能力得到了很好提高。使學生緩解了“單片機原理與應用”課程因較為抽象的理論知識而產(chǎn)生“害怕”的情緒，促進了教學工作的有效開展。因此，這些改革措施為“單片機原理與應用”課程的教學帶來了積極正面的影響。當然，課題組在實施教學改革與實踐中，也發(fā)現(xiàn)了一些新的問題和有待完善的地方，這些都需要進一步改進和實踐驗證，力爭課程改革向縱深發(fā)展。

參考文獻：

[1]梁小廷.單片機技術的發(fā)展及應用研究[J].民營科技，2018.

[2]龍小麗，李欣雪.以培養(yǎng)應用型人才為目標的《單片機原理與應用》課程教改探討[J].電子世界，2019.

[3][美]小威廉姆·E.多爾.后現(xiàn)代課程觀（王紅宇譯）[M].北京：教育科學出版社，2000.

[4]袁小翠，于禎，郭波，曾瑄.單片機原理及應用課程多元化教學改革與實踐——以南昌工程學院為例[J].科技世界，2019.

[5]吳小凡，楊馨夢，李申.習近平關于教師隊伍建設重要論述的理論淵源、邏輯體系和精神特質(zhì)[J].高教論壇，2019.

基金項目：江蘇省現(xiàn)代教育技術研究課題（編號為2017R54486）階段性成果

作者簡介：王通（1994—），男，漢族，江蘇徐州人，2019級碩士研究生。

*通訊作者：朱士虎（1970—），男，漢族，江蘇徐州人，博士，碩士生導師，副教授，研究方向：信息處理與電路設計。