以學(xué)生為中心的單片機(jī)原理及應(yīng)用課程教學(xué)改革研究

◇平頂山學(xué)院信息工程學(xué)院 周瑞敏 岳雪亭 周志青

針對(duì)單片機(jī)原理及應(yīng)用課程教學(xué)過程存在的問題，提出以學(xué)生為中心的課程教學(xué)改革，并從課程教學(xué)方式、課程教學(xué)方法及課程考核方式三個(gè)方面提出了改革措施及實(shí)施辦法。通過改革后兩個(gè)學(xué)期的教學(xué)實(shí)踐證明，學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力明顯提升，取得了預(yù)期的效果。

1 緒論

“單片機(jī)原理及應(yīng)用”課程是電子信息工程、通信工程、物聯(lián)網(wǎng)工程等專業(yè)在本科階段的必修課程，對(duì)實(shí)踐性要求極強(qiáng)。本門課程是培養(yǎng)學(xué)生硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)能力的啟蒙課程，在課程教學(xué)過程中，如何在保證理論基礎(chǔ)的前提下培養(yǎng)一批動(dòng)手實(shí)踐能力強(qiáng)的學(xué)生成為本專業(yè)本科教學(xué)過程中思考的主要問題之一。

2 教學(xué)過程存在的問題

傳統(tǒng)的單片機(jī)課程教學(xué)采用理論+實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)方式完成教學(xué)，存在以下問題：①理論教學(xué)“滿堂灌”，學(xué)生聽得多，練得少。課后學(xué)生普遍反映，單片機(jī)課程的知識(shí)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，概念多，雖然在理論課上對(duì)老師所講原理和程序?qū)崿F(xiàn)能夠理解，但是直觀獲得感少，自己課下實(shí)踐時(shí)仍無從下手[1]；②部分學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不高，動(dòng)手能力較弱。對(duì)于主動(dòng)性相對(duì)弱的學(xué)生，單片機(jī)課程難度較大，往往出現(xiàn)一次課沒跟上就放棄整門課程學(xué)習(xí)的現(xiàn)象；③不利于培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力。學(xué)生理論課按部就班聽講，實(shí)驗(yàn)課參照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書一步一步完成實(shí)驗(yàn)，甚至編寫的程序代碼都是抄襲別的同學(xué)，這樣的教學(xué)效果很難滿足培養(yǎng)應(yīng)用型人才的需求；④考核機(jī)制不合理，不能突出對(duì)應(yīng)用實(shí)踐能力的考核。目前，單片機(jī)課程大多還采用傳統(tǒng)理論課的考核方式，采取卷面考試為主，實(shí)踐考核為輔的方式，卷面成績(jī)達(dá)到整個(gè)成績(jī)考核的60%～70%，這種考核機(jī)制達(dá)不到考核學(xué)生實(shí)踐應(yīng)用能力的目的[2]。

3 課程教學(xué)改革

基于以上問題，探索以學(xué)生為中心的課程教學(xué)改革并從課程教學(xué)方式、課程教學(xué)方法和課程考核方式三個(gè)方面提出了可行的改革機(jī)制[3]。

3.1 課程教學(xué)方式改革

（1）理實(shí)一體化教學(xué)方式。單片機(jī)原理及應(yīng)用課程對(duì)學(xué)生實(shí)踐能力要求很高，以往理論教學(xué)+零星課內(nèi)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)方式顯然不能滿足要求?；诖耍鹃T課程采用理實(shí)一體化教學(xué)，每次課安排四節(jié)，并且都安排2～3個(gè)完整的小應(yīng)用項(xiàng)目進(jìn)行實(shí)踐練習(xí)。用1～2節(jié)課講解理論知識(shí)，剩余時(shí)間在自己焊接的開發(fā)板上進(jìn)行實(shí)踐鍛煉。既能將學(xué)到的理論知識(shí)應(yīng)用于實(shí)踐，又能從實(shí)踐中加深對(duì)理論知識(shí)的理解。

（2）層次化教學(xué)方式。一個(gè)班級(jí)中學(xué)生的學(xué)習(xí)能力有高有低，同樣一節(jié)課不同學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握程度也不相同。傳統(tǒng)的教學(xué)往往忽略了這種不一致這種現(xiàn)象，因此將教學(xué)目標(biāo)根據(jù)學(xué)生的掌握程度不同進(jìn)行分層級(jí)的制定更具有實(shí)際意義。在教學(xué)過程中，實(shí)踐項(xiàng)目安排基本項(xiàng)目、提升項(xiàng)目和挑戰(zhàn)項(xiàng)目，基本項(xiàng)目是必須完成的項(xiàng)目，學(xué)有余力的學(xué)生可以在完成基本項(xiàng)目之后繼續(xù)進(jìn)行提升項(xiàng)目和挑戰(zhàn)項(xiàng)目的實(shí)踐鍛煉?；卷?xiàng)目、提升項(xiàng)目、挑戰(zhàn)項(xiàng)目之間存在難度梯度，這樣能保證所有學(xué)生都能有所學(xué)，有所獲[4]。以串口通信這一節(jié)的知識(shí)為例，這一節(jié)的知識(shí)在實(shí)際的單片機(jī)開發(fā)中應(yīng)用十分廣泛。在講解完串口通信的原理之后，布置如表1所示項(xiàng)目讓不同層次的學(xué)生根據(jù)實(shí)際掌握情況進(jìn)行實(shí)踐練習(xí)。

表1 串口通信層次化教學(xué)實(shí)踐項(xiàng)目

3.2 課程教學(xué)方法改革

單片機(jī)課程中一些專業(yè)術(shù)語相當(dāng)晦澀，使用傳統(tǒng)的教學(xué)方法，學(xué)生僅記住了這些專業(yè)術(shù)語，應(yīng)用能力卻很差勁。有很多往屆學(xué)生反映，盡管自己考試取得了很高的分?jǐn)?shù)，但在參加相關(guān)比賽或者面試時(shí)往往沒有底氣?；谶@種現(xiàn)象，在單片機(jī)的教學(xué)過程中使用項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)法進(jìn)行大部分教學(xué)設(shè)計(jì)，把教學(xué)內(nèi)容融入具體項(xiàng)目中，學(xué)生以團(tuán)隊(duì)的形式完成項(xiàng)目，以此提升學(xué)生的知識(shí)應(yīng)用能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力和創(chuàng)新實(shí)踐能力[5]。在具體項(xiàng)目設(shè)計(jì)時(shí)，每個(gè)項(xiàng)目都包含幾個(gè)子項(xiàng)目，項(xiàng)目實(shí)施過程中循序漸進(jìn)。在子項(xiàng)目完成的基礎(chǔ)上，最終進(jìn)行組合調(diào)試。表2以項(xiàng)目“人體感應(yīng)智能小夜燈”為例說明一個(gè)項(xiàng)目的實(shí)施過程。

表2 “人體感應(yīng)智能小夜燈”項(xiàng)目實(shí)施過程

項(xiàng)目一：通過配置相關(guān)引腳，編寫LCD1602的讀寫函數(shù)，實(shí)現(xiàn)在1602液晶模塊上的指定位置顯示指定字符。項(xiàng)目二：通過外部中斷結(jié)合HC-SR501模塊實(shí)現(xiàn)紅外感應(yīng)燈。項(xiàng)目三：通過高級(jí)定時(shí)器TIM1的輸出比較功能輸出占空比不同的PWM波，進(jìn)而控制發(fā)光二極管的亮度變化。項(xiàng)目四：通過STM8微控制器內(nèi)部的逐次逼近型ADC結(jié)合光敏三極管測(cè)量當(dāng)前環(huán)境的光照強(qiáng)度。最終，通過四個(gè)項(xiàng)目的綜合，完成亮度隨光照強(qiáng)度變化的人體感應(yīng)智能小夜燈，檢測(cè)范圍內(nèi)有人出現(xiàn)并且環(huán)境光亮度低于某一閾值小燈才亮，其他情況不亮，同時(shí)將環(huán)境光照強(qiáng)度顯示到1602上。

3.3 課程考核方式改革

對(duì)于單片機(jī)原理及應(yīng)用課程，傳統(tǒng)的閉卷考試不能達(dá)到考察學(xué)生實(shí)踐應(yīng)用能力的目的。因此，筆者在教學(xué)過程中對(duì)課程考核方式進(jìn)行了改革。學(xué)生綜合成績(jī)包括平時(shí)和期末考核成績(jī)。學(xué)生結(jié)合所提供的小型單片機(jī)開發(fā)板，自選題目，運(yùn)用課堂知識(shí)，以小組為單位設(shè)計(jì)具有一定功能的實(shí)物，根據(jù)設(shè)計(jì)結(jié)果評(píng)定期末考核成績(jī)[6]。期末考核成績(jī)?cè)u(píng)定依據(jù)如表3所示。

表3 期末考核成績(jī)?cè)u(píng)定依據(jù)

4 結(jié)論

在教學(xué)改革的過程中，教師注重對(duì)學(xué)生的自學(xué)能力、實(shí)踐動(dòng)手能力以及思考解決問題能力的培養(yǎng)，突出學(xué)生在教學(xué)過程中的中心地位，經(jīng)過兩學(xué)期的改革實(shí)踐，學(xué)生的綜合能力特別是實(shí)踐動(dòng)手能力得到了很大的提升，獲得了良好的教學(xué)效果。