“新工科”背景下單片機(jī)課程教學(xué)體系構(gòu)建＊

吳 陽，張亞勤，劉 潔，王明鑫

（無錫太湖學(xué)院 智能裝備工程學(xué)院，江蘇 無錫214064）

近年來，在“新工科”建設(shè)的大背景下，高校作為“新工科”人才培養(yǎng)的責(zé)任主體，必然面臨著新的挑戰(zhàn)，如何打破傳統(tǒng)工科辦學(xué)社會適應(yīng)性低、人才的適應(yīng)性不強(qiáng)等現(xiàn)有的局面，推動(dòng)傳統(tǒng)工科專業(yè)的升級，是一個(gè)亟需解決并需要深入探索的問題。

“單片機(jī)原理與應(yīng)用”課程是無錫太湖學(xué)院機(jī)械電子工程專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課。對“單片機(jī)原理與應(yīng)用”課程的課程內(nèi)容、教學(xué)手段、考核方式等方面進(jìn)行了改革，結(jié)合機(jī)械工程學(xué)院專業(yè)建設(shè)及學(xué)生特色，以學(xué)科競賽為平臺，應(yīng)用能力培養(yǎng)為核心，重構(gòu)單片機(jī)課程群的教學(xué)內(nèi)容及課程計(jì)劃，建立一支具有“學(xué)科交叉融合”、理論知識扎實(shí)、工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)豐富的導(dǎo)師隊(duì)伍。提高學(xué)生求知欲和學(xué)習(xí)興趣，推動(dòng)課程教學(xué)質(zhì)量的可持續(xù)性改進(jìn)及提高，對于同類高校的工科專業(yè)建設(shè)具有參考意義。

1 教學(xué)中存在的不足

自51 單片機(jī)問世以來，一直廣泛應(yīng)用于各種場合，經(jīng)過幾十年的教學(xué)積累，取得了寶貴經(jīng)驗(yàn)，但是隨著社會的進(jìn)步發(fā)展，根據(jù)“新工科”建設(shè)要求及應(yīng)用型本科院校的培養(yǎng)目標(biāo)[1]，原本的經(jīng)驗(yàn)已不能滿足新時(shí)代的需求。目前大部分高校的單片機(jī)教學(xué)是先理論再實(shí)驗(yàn)，理論和實(shí)驗(yàn)在時(shí)間和空間上斷檔，教學(xué)存在教學(xué)內(nèi)容、考核方式與實(shí)際應(yīng)用脫節(jié)。在很多高校中，高校教師以科研為主，學(xué)生參與的競賽資源不足，教師指導(dǎo)不到位，教師自身能力、課程內(nèi)容限制等，這與學(xué)生希望通過參加各類學(xué)科競賽提高自身的創(chuàng)新實(shí)踐能力不符。傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)箱不利于培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力，無法提升創(chuàng)新實(shí)踐。傳統(tǒng)教學(xué)中主要存在以下問題[2-3]。

1.1 課時(shí)安排較少，實(shí)驗(yàn)課時(shí)不足

“單片機(jī)原理與應(yīng)用”課程的總課時(shí)為48 學(xué)時(shí)，其中理論課時(shí)為40 學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)課時(shí)為8 學(xué)時(shí)。如何在保證教學(xué)質(zhì)量提升的前提下，在有限的學(xué)時(shí)內(nèi)完成教學(xué)任務(wù)，是當(dāng)前教學(xué)中所面臨的挑戰(zhàn)。

傳統(tǒng)的教學(xué)中理論課時(shí)匯編語言和C 語言編程都會講解，匯編語言具有以下缺點(diǎn)：①入門難，初學(xué)的學(xué)生往往難以理解；②可讀性差，匯編語言必須加比較詳盡的注釋；③缺乏人性化，匯編語言使用的是面向機(jī)器的指令，與人們的思維方式相悖，需要編程者轉(zhuǎn)變思維方式；④編程工作量大，匯編語言編程的語句要多于C 語言；⑤可移植性差，如51 的匯編移植到AVR 很困難。當(dāng)采用編程語言編程時(shí)，容易造成學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不高，而又由于缺乏網(wǎng)絡(luò)資源，使得優(yōu)秀學(xué)生水平得不到提高。課程包含8 學(xué)時(shí)的實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)共包括5 個(gè)，以驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)為主，實(shí)驗(yàn)課時(shí)偏少。設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)和綜合性實(shí)驗(yàn)幾乎沒有，限制了學(xué)生綜合技能的培養(yǎng)，學(xué)生興趣不高，傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)箱不利于培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力，無法提升創(chuàng)新實(shí)踐能力。

1.2 考核形式單一，缺乏實(shí)踐考核

大多高等院校單片機(jī)課程還是以期末閉卷筆試為主，遵循期末考試成績和平時(shí)成績相結(jié)合的方式，如平時(shí)成績占40%，期末成績占60%。平時(shí)成績中基本由作業(yè)、實(shí)驗(yàn)報(bào)告、考勤成績、課堂表現(xiàn)四部分組成?？己诵问絾我唬瑹o法形成項(xiàng)目式考核。這樣的應(yīng)試教學(xué)下培養(yǎng)出來的學(xué)生缺乏實(shí)踐操作能力，造成本科畢業(yè)生在工作后從事單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)崗位工作既不能從事具體工作，缺乏動(dòng)手能力。評價(jià)方式單一也影響了這部分學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和創(chuàng)造性。

1.3 企業(yè)需求不明，無法適應(yīng)需求

把學(xué)習(xí)成績作為衡量教學(xué)成功的唯一標(biāo)準(zhǔn)，并不能培養(yǎng)出企業(yè)直接需要的人才。且現(xiàn)階段國家、行業(yè)對畢業(yè)生的要求已發(fā)生改變，企業(yè)在人才需求方面也是多樣化的，并不是每一個(gè)學(xué)生都能夠成為研發(fā)崗位中的技術(shù)創(chuàng)新人才?？傊S著社會環(huán)境的發(fā)展變化，知識學(xué)習(xí)途經(jīng)來源多樣化、個(gè)體成功評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)多樣化、企業(yè)行業(yè)人才需求多樣化都需要對教學(xué)環(huán)節(jié)進(jìn)行調(diào)整，以適應(yīng)新的形勢需求。

2 課程教學(xué)體系構(gòu)建

單片機(jī)課程屬于寬口徑的技術(shù)應(yīng)用類課程，強(qiáng)調(diào)實(shí)踐和應(yīng)用，單片機(jī)研發(fā)、應(yīng)用能力也是許多公司招收專業(yè)畢業(yè)生的度量標(biāo)準(zhǔn)。應(yīng)用型本科高校學(xué)生的個(gè)性發(fā)展應(yīng)符合社會需求，應(yīng)該實(shí)施因需施教[4]。本文以應(yīng)用型本科院校機(jī)電類專業(yè)為例，根據(jù)社會需要、結(jié)合學(xué)生特質(zhì)，構(gòu)建單片機(jī)課程教學(xué)體系。

2.1 精選教學(xué)內(nèi)容，調(diào)整課程體系

現(xiàn)行教材大多以理論作為學(xué)習(xí)重點(diǎn)，不能做到理論實(shí)踐結(jié)合。選擇基于項(xiàng)目式教學(xué)的教材才能讓學(xué)生切實(shí)了解“學(xué)的是什么”及“學(xué)了有什么用”，建立學(xué)習(xí)興趣?；诖丝紤]，進(jìn)行了多次企業(yè)調(diào)研，了解企業(yè)需求，了解目前單片機(jī)原理與應(yīng)用相應(yīng)的使用軟件和企業(yè)對人才的需求。由系主任統(tǒng)一協(xié)調(diào)，相關(guān)教師積極參與進(jìn)行課程培養(yǎng)方案的制定。結(jié)合應(yīng)用型本科教學(xué)特點(diǎn)和分類培養(yǎng)模式，將課程從培養(yǎng)方案中的理論課程設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)、實(shí)踐課程設(shè)計(jì)，進(jìn)行多次討論和修訂，最終制定出符合企業(yè)需求的培養(yǎng)目標(biāo)，并調(diào)整考核方式，加入案例式考核，以完成項(xiàng)目進(jìn)度為評價(jià)指標(biāo)。

調(diào)整后的課程由必修和選修兩部分組成。必修部分由理論、實(shí)驗(yàn)和課程設(shè)計(jì)等傳統(tǒng)模塊組成，選修部分由學(xué)科競賽和項(xiàng)目設(shè)計(jì)組成。并鼓勵(lì)學(xué)生參與到教師的項(xiàng)目中，鼓勵(lì)學(xué)生參加各種機(jī)器人比賽，進(jìn)一步鞏固單片機(jī)的應(yīng)用，使學(xué)生具備單片機(jī)使用及一定的工程開發(fā)能力。

2.2 引入仿真軟件，使用開發(fā)板

教學(xué)中，引入仿真軟件Proteus，為學(xué)生展示直觀效果，學(xué)生在課后仍可以使用Proteus 仿真軟件進(jìn)行仿真及使用開發(fā)板進(jìn)行學(xué)習(xí)驗(yàn)證，完成單片機(jī)電路設(shè)計(jì)、程序調(diào)試等。詳細(xì)講解開發(fā)板及使用說明、原理圖等，便于學(xué)生融會理解所學(xué)電工學(xué)知識，為自制開發(fā)板打下基礎(chǔ)。通過對開發(fā)板結(jié)構(gòu)的了解，知道此款開發(fā)板擁有的模塊及接口比較多，每個(gè)模塊或接口都能實(shí)現(xiàn)對應(yīng)的功能。并引導(dǎo)學(xué)生通過編寫C 語言程序?qū)崿F(xiàn)仿真，進(jìn)一步自己設(shè)計(jì)開發(fā)板，實(shí)現(xiàn)相關(guān)功能。通過減少匯編語言編程講解課時(shí)，增加項(xiàng)目式教學(xué)，采用仿真軟件，鍛煉學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力。

2.3 建立單片機(jī)課程服務(wù)平臺，采用項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式教學(xué)

重構(gòu)單片機(jī)課程群的教學(xué)內(nèi)容及課程計(jì)劃，充分利用互聯(lián)網(wǎng)優(yōu)勢，建立單片機(jī)課程資源公共服務(wù)平臺。建立一支具有“學(xué)科交叉融合”、理論知識扎實(shí)、工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)豐富的導(dǎo)師隊(duì)伍。采用項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式教學(xué)，提高學(xué)生分析問題解決問題的能力，融會貫通，面向應(yīng)用。教師隊(duì)伍中具備工程經(jīng)驗(yàn)的教師占比80%以上，為后續(xù)教學(xué)、競賽、應(yīng)用型本科人才培養(yǎng)、項(xiàng)目申報(bào)等奠定良好的基礎(chǔ)。

目前大部分大學(xué)生處于被灌輸狀態(tài)，缺少自主學(xué)習(xí)能力培養(yǎng)，遇到問題時(shí)，不知道從何處解決。采用項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式教學(xué)模式，每周布置并分析下周要完成的項(xiàng)目，學(xué)生利用課后時(shí)間結(jié)合仿真軟件和開發(fā)板，選擇傳感器，設(shè)計(jì)電路，編寫程序，驗(yàn)證想法，完成項(xiàng)目。通過查閱資料及討論，解決問題。一方面提高學(xué)生分析、設(shè)計(jì)、解決問題的能力；另一方面提高課堂教學(xué)效率，和學(xué)生一起解決問題，激發(fā)學(xué)生的思考、分析問題的能力。

2.4 加強(qiáng)實(shí)踐性教學(xué)建設(shè)

購入單片機(jī)開發(fā)板，傳感器以及單片機(jī)技術(shù)實(shí)訓(xùn)設(shè)備，供學(xué)生學(xué)習(xí)、了解單片機(jī)的使用及傳感器技術(shù)。讓學(xué)習(xí)傳感器與單片機(jī)技術(shù)不再空洞乏味。高度重視教學(xué)實(shí)訓(xùn)條件建設(shè)，經(jīng)過長期建設(shè)，擁有單片機(jī)技術(shù)實(shí)訓(xùn)室、電工電子技術(shù)實(shí)訓(xùn)室、自動(dòng)化創(chuàng)新實(shí)訓(xùn)室等多個(gè)專業(yè)技能實(shí)訓(xùn)室，并配有Protel、Multisim、Keil 及Proteus 等相關(guān)專業(yè)軟件。實(shí)訓(xùn)室可以完成傳感器與單片機(jī)技術(shù)應(yīng)用課程的相關(guān)實(shí)驗(yàn)、實(shí)訓(xùn)和生產(chǎn)實(shí)習(xí)。同時(shí)，制定、完善實(shí)訓(xùn)管理制度，將教師校內(nèi)實(shí)訓(xùn)與企業(yè)實(shí)踐鍛煉相結(jié)合，完善崗位基本能力和綜合能力考核標(biāo)準(zhǔn)。

3 結(jié)論

本文通過研究“新工科”的內(nèi)涵，結(jié)合應(yīng)用型本科院校建設(shè)特點(diǎn)，從新工科的視角出發(fā)，分析傳統(tǒng)教學(xué)模式的不足，對“單片機(jī)原理與應(yīng)用”課程的課程內(nèi)容、教學(xué)手段、考核方式等方面進(jìn)行了改革，提高了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，單片機(jī)設(shè)計(jì)與開發(fā)能力，學(xué)生求知欲和學(xué)習(xí)興趣。并提升了學(xué)生參加學(xué)科競賽的積極性及成績，學(xué)生參與學(xué)科競賽獲獎(jiǎng)比例逐年提高，近三年，學(xué)生在各類競賽中獲得獎(jiǎng)勵(lì)100 余項(xiàng)，其中在A 類大賽中獲獎(jiǎng)8 項(xiàng)并多次獲得冠軍，2 位教師榮獲中國工程機(jī)器人大賽暨國際公開賽優(yōu)秀指導(dǎo)教師稱號。畢業(yè)生工作能力和專業(yè)素質(zhì)受企業(yè)認(rèn)可。