單片機(jī)課程設(shè)計(jì)教學(xué)改革探究

崔鳳英　樊春玲　周春麗

［摘 要］單片機(jī)課程設(shè)計(jì)教學(xué)目前仍存在不足，文章提出一種新型的開放式教學(xué)模式，并從課程設(shè)計(jì)形式（時間、地點(diǎn)）、設(shè)計(jì)內(nèi)容和考核方式等方面對開放式教學(xué)模式進(jìn)行了闡述，同時詳細(xì)分析了開放式教學(xué)模式落地所需要注意的事項(xiàng)。實(shí)踐結(jié)果表明，開放式教學(xué)能夠大大激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提升學(xué)生實(shí)際動手能力，培養(yǎng)學(xué)生自主創(chuàng)新精神，滿足新工科建設(shè)的要求。

［關(guān)鍵詞］單片機(jī)課程；開放式教學(xué)模式；課程設(shè)計(jì)；考核方式

［中圖分類號］ G642.0 ［文獻(xiàn)標(biāo)識碼］ A ［文章編號］ 2095-3437（2023）04-0056-03

引言

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，單片機(jī)在智能儀器儀表、工業(yè)過程控制、計(jì)算機(jī)集成控制、人工智能、通信設(shè)備等智能化方面的應(yīng)用越來越廣泛，以單片機(jī)和各種微處理器為核心的技術(shù)成為實(shí)現(xiàn)智能化技術(shù)開發(fā)應(yīng)用的主流方向[1]。單片機(jī)原理與應(yīng)用課程（以下簡稱單片機(jī)課程）是青島科技大學(xué)在測控、自動化及其他相近專業(yè)開設(shè)的課程，是繼電子類課程（如電路、模電和數(shù)電等課程）后開設(shè)的必修專業(yè)課。該課程是否學(xué)好在學(xué)生將來就業(yè)時起著舉足輕重的作用， 因?yàn)槟壳昂芏喙た祁惖穆毼灰蟠蠖寂c電子類以及單片機(jī)的知識相關(guān)。因此，對于自動化專業(yè)的學(xué)生來說，學(xué)好單片機(jī)課程不僅是為了拿學(xué)分，更是為了培養(yǎng)自己的專業(yè)能力，以適應(yīng)未來工作的需要。單片機(jī)課程設(shè)計(jì)正是對所學(xué)專業(yè)課程知識的綜合運(yùn)用，是理論聯(lián)系實(shí)際的產(chǎn)物，是培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力的有效載體[2]。

目前，在單片機(jī)課程設(shè)計(jì)中普遍存在兩方面的問題：一方面，多數(shù)學(xué)生對該課程有一定的興趣， 但存在畏難情緒。學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了有關(guān)的基礎(chǔ)知識，渴望有機(jī)會去嘗試和驗(yàn)證學(xué)習(xí)效果，但單片機(jī)課程設(shè)計(jì)的特點(diǎn)是綜合性強(qiáng)、實(shí)踐性強(qiáng)，同時還具有工程性的特點(diǎn)， 設(shè)計(jì)過程中經(jīng)常會涉及電工電路和電子方面的知識，內(nèi)容涉及范圍廣， 尤其是課程基礎(chǔ)未打牢的學(xué)生學(xué)起來很費(fèi)勁，因此很多學(xué)生存在畏難情緒。另一方面，部分學(xué)生缺乏思考習(xí)慣，習(xí)慣指令性學(xué)習(xí)，如果教師不給出具體說明就不會學(xué)習(xí)；或者是教師直接給出設(shè)計(jì)方案，學(xué)生生搬硬套，缺乏主動思考，難以提出自己的見解，也不能發(fā)現(xiàn)問題。這種培養(yǎng)方式還是以教師為中心，培養(yǎng)出的學(xué)生在社會上缺乏競爭力，不符合新工科建設(shè)對人才培養(yǎng)的要求。因此，探索一種新的教學(xué)方式來緩解和消除學(xué)生的畏難情緒，培養(yǎng)和訓(xùn)練學(xué)生的思考習(xí)慣非常必要[3]?；诖?，本研究嘗試把開放式教學(xué)模式應(yīng)用于單片機(jī)課程設(shè)計(jì)教學(xué)，取得了較好的教學(xué)效果。

一、單片機(jī)課程設(shè)計(jì)開展開放式教學(xué)的必要性和意義

傳統(tǒng)的單片機(jī)課程設(shè)計(jì)存在以下幾個問題：一是時間安排有待完善。課程設(shè)計(jì)時間一般安排在學(xué)期末，和單片機(jī)理論課程的教學(xué)安排在同一個學(xué)期，是在理論課教學(xué)結(jié)束后進(jìn)行的，這樣的安排導(dǎo)致課程設(shè)計(jì)時間滯后，而且時間集中在一周內(nèi)，很多學(xué)生感覺課程完成度較差。二是設(shè)備固定。課程設(shè)計(jì)的進(jìn)行主要依托于實(shí)驗(yàn)室的儀器和設(shè)備，而期末實(shí)踐類課程相對集中，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)室儀器設(shè)備不好安排。三是考核模式單一。由于題目相對固定，實(shí)驗(yàn)結(jié)果趨于雷同，考核主要側(cè)重于學(xué)生課程設(shè)計(jì)報告，因此難以真實(shí)地衡量和考核學(xué)生設(shè)計(jì)水平[4]?？傊?，諸多限制因素使課程設(shè)計(jì)教學(xué)仍是以教師為中心而不是以學(xué)生為中心，學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性受到限制，也無法滿足學(xué)生的求知欲，制約了學(xué)生綜合素質(zhì)和綜合能力的發(fā)展。因此，單片機(jī)課程設(shè)計(jì)通過開放式教學(xué)改革，可以增強(qiáng)教學(xué)的靈活性，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新潛能，提升學(xué)生的動手實(shí)踐能力，培養(yǎng)出滿足社會需要的高素質(zhì)人才。

二、采取開放式教學(xué)模式開展單片機(jī)課程設(shè)計(jì)教學(xué)的探索

開放式教學(xué)模式是指教學(xué)處于一種全開放的狀態(tài)，包括教學(xué)的時間、地點(diǎn)、設(shè)備、內(nèi)容、指導(dǎo)方式和考核方式，所有都是靈活的，無固定模式，學(xué)生可以盡情發(fā)揮想象力與潛力。開放式教學(xué)模式給學(xué)生安上了飛翔的翅膀，有助于充分激發(fā)其想象力和創(chuàng)新思維[5]。因此，單片機(jī)課程設(shè)計(jì)的開放式教學(xué)是對課程設(shè)計(jì)教學(xué)的改革。

（一）注重教學(xué)時間的靈活性

以往的課程設(shè)計(jì)通常安排在學(xué)期末，實(shí)踐類課程較集中，而且這也是很多課程的考試時間，學(xué)生們忙于各科考試，此時如果需要做課程設(shè)計(jì)，極易導(dǎo)致學(xué)生重視理論課考試而忽視課程設(shè)計(jì)，這就違背了開設(shè)課程設(shè)計(jì)的初衷。教學(xué)時間開放的模式就是在學(xué)期開始時安排課程設(shè)計(jì)任務(wù)，把課程設(shè)計(jì)的過程貫穿于整個學(xué)期，相當(dāng)于是采用項(xiàng)目式的教學(xué)方式完成對理論課程和課程設(shè)計(jì)的教學(xué)。在理論課授課的同時安排設(shè)計(jì)任務(wù)，這樣學(xué)生在學(xué)習(xí)理論的同時便能結(jié)合所學(xué)知識構(gòu)思設(shè)計(jì)內(nèi)容，平時多觀察多思考，不斷積累相關(guān)知識素材與能力。正是這種長時間的思考和思維方式，訓(xùn)練和培養(yǎng)了學(xué)生的思考習(xí)慣，也提高了其創(chuàng)新思維能力。時間的開放性使學(xué)生可以自由支配時間，靈活性強(qiáng)。在實(shí)施過程中交叉進(jìn)行理論知識學(xué)習(xí)和實(shí)踐探索，有助于培養(yǎng)學(xué)生的思考習(xí)慣與知識應(yīng)用能力，達(dá)到以理論指導(dǎo)實(shí)踐和通過實(shí)踐驗(yàn)證理論的教學(xué)目的。

（二）注重教學(xué)地點(diǎn)的開放性

教學(xué)地點(diǎn)的開放性是指學(xué)生開展課程設(shè)計(jì)的地點(diǎn)不再局限于實(shí)驗(yàn)室。高校實(shí)驗(yàn)室設(shè)備使用一般是周期性的，每個學(xué)期的實(shí)驗(yàn)周數(shù)較少，實(shí)驗(yàn)室很多時候都是閑置的，比如很多專業(yè)實(shí)驗(yàn)室只是在后半學(xué)期集中開設(shè)2至8周時間。課程設(shè)計(jì)因?yàn)閮?nèi)容具有開放性，各種類型的課題都有，學(xué)生可根據(jù)自己的需要選擇某些實(shí)驗(yàn)儀器，體積小的儀器甚至可以借出，讓學(xué)生帶回宿舍進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。只要是有利于學(xué)生有效開展實(shí)驗(yàn)的資源和條件都可以利用起來。比如電子實(shí)驗(yàn)室、智能儀器實(shí)驗(yàn)室、檢測儀表實(shí)驗(yàn)室、仿真實(shí)驗(yàn)室等，學(xué)生如果需要都可以申請使用。注重教學(xué)地點(diǎn)的開放性不僅改善了儀器使用率低的狀況，更重要的是整合了實(shí)驗(yàn)資源，為學(xué)生創(chuàng)造了良好的學(xué)習(xí)環(huán)境，有助于學(xué)生更好地完成課程設(shè)計(jì)。

（三）注重教學(xué)內(nèi)容、方式、過程的開放性

興趣是最好的老師，興趣使學(xué)生可以全身心投入。學(xué)生根據(jù)自己的興趣進(jìn)行選題，這就大大提高了學(xué)習(xí)的積極性與效率。而且從確定選題到查閱資料、制訂設(shè)計(jì)方案，再到閱讀儀器說明書、準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)器材、組裝實(shí)驗(yàn)裝置、開展實(shí)驗(yàn)編程，一直到最后的實(shí)驗(yàn)調(diào)試和結(jié)果分析等， 在這一系列的過程中， 學(xué)生始終處于自主狀態(tài)[6]。這種新的教學(xué)模式正是按照工程教育專業(yè)認(rèn)證的要求做到以學(xué)生為中心。課程設(shè)計(jì)最開始是單一的題目，全班一個類型，后來改為每班三個或五個題目，學(xué)生可以任選。但是教師個人的想法畢竟還是有限的，思維方式是個人化的，不能全面照顧到所有學(xué)生的興趣愛好，因而效果不理想。

開放式教學(xué)真正體現(xiàn)了以學(xué)生為主體的教學(xué)理念，具體實(shí)施內(nèi)容包括六個方面。（1）選題：學(xué)生根據(jù)自己的興趣進(jìn)行選擇。（2）制訂設(shè)計(jì)方案：學(xué)生通過圖書館、網(wǎng)絡(luò)等平臺查找相關(guān)資料，同時還可借鑒師哥師姐的經(jīng)驗(yàn)，獨(dú)立地去完成。查找資料篩選資料的過程本身就是一種學(xué)習(xí)過程、一種鍛煉，這個過程對很多學(xué)生來講是一個挑戰(zhàn)，但受興趣的驅(qū)使，學(xué)生們躍躍欲試、樂此不疲。（3）儀器設(shè)備：學(xué)生可以去實(shí)驗(yàn)室申請，或自己購買元器件。（4）畫電路圖和PCB制版：根據(jù)方案，學(xué)生用Altium Designer畫各部分硬件電路圖，自己焊接器件，進(jìn)行調(diào)試。（5）軟件設(shè)計(jì)：根據(jù)任務(wù)要求，運(yùn)用課程所學(xué)的理論知識進(jìn)行編程，通過程序的上傳下載，不斷調(diào)試，實(shí)現(xiàn)相關(guān)功能。（6）系統(tǒng)搭建和測試：學(xué)生搭建各器件，對軟硬件進(jìn)行連接調(diào)試，直到最后輸出結(jié)果。

在實(shí)施這種新的教學(xué)模式過程中我們發(fā)現(xiàn)，學(xué)生具有巨大的學(xué)習(xí)潛力，其選題內(nèi)容多樣化，即便是題目類似其方案也是多種多樣。比如有工業(yè)應(yīng)用方面的智能溫度測試儀、液位控制系統(tǒng)、空調(diào)機(jī)控制系統(tǒng)，有醫(yī)學(xué)應(yīng)用方面的心率檢測儀、脈搏檢測儀、血壓檢測儀等，有生活應(yīng)用方面的激光電子密碼鎖、多功能電子時鐘、自動澆花系統(tǒng)設(shè)計(jì)，有娛樂應(yīng)用方面的光立方設(shè)計(jì)、電子琴設(shè)計(jì)、智能避障小車等。教學(xué)內(nèi)容、方式與過程的開放性，讓學(xué)生充分發(fā)揮其想象力和創(chuàng)造力，學(xué)會從生活中發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題，在嘗試、挑戰(zhàn)、失敗與成功中培養(yǎng)專業(yè)能力。

（四）注重考核方式的開放性

不再局限于一種考核方式，而是采取多種方式進(jìn)行綜合考查、全面考查。單片機(jī)課程設(shè)計(jì)成績分配包括四個部分：一是考勤，占10%；二是設(shè)計(jì)成果展示，這部分是重點(diǎn)考核內(nèi)容，占60%；三是答辯環(huán)節(jié)，占10%；四是設(shè)計(jì)報告，占20%?？记谥饕强雌綍r簽到次數(shù)以及平時學(xué)生提問的情況，對于所提問題有深度、思考能力強(qiáng)的學(xué)生可適當(dāng)加分。設(shè)計(jì)成果展示，既要看運(yùn)行情況，也要看課題內(nèi)容的難易程度和寬泛程度，由導(dǎo)師掌握。答辯環(huán)節(jié)主要是展示PPT，查看學(xué)生PPT的制作能力，現(xiàn)場講解的表達(dá)能力。設(shè)計(jì)報告重點(diǎn)看學(xué)生撰寫能力，是否結(jié)構(gòu)合理、重點(diǎn)突出、層次分明、敘述清楚等。通過這幾個方面的考核，基本可以全面考查學(xué)生基礎(chǔ)知識掌握情況及知識應(yīng)用的能力，學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力以及綜合素質(zhì)情況。

三、單片機(jī)課程設(shè)計(jì)開放式教學(xué)實(shí)施需要注意的問題

如何管理學(xué)生學(xué)習(xí)過程是一個重要的環(huán)節(jié)，必須有合理的管理措施保證開放式教學(xué)的有效實(shí)施。

其一，開放式教學(xué)要建立考勤制度，要增強(qiáng)學(xué)生的組織紀(jì)律性?？记诓荒馨凑粘Ｒ?guī)做法進(jìn)行，本研究采取的方式是把每個班級作為小組，安排一個負(fù)責(zé)人，每個星期學(xué)生要向負(fù)責(zé)人匯報這一周的學(xué)習(xí)進(jìn)展，說明時間地點(diǎn)，同時有數(shù)據(jù)或截圖記錄。每個班有一個考勤報表，每周提交一次，學(xué)生之間互相監(jiān)督。

其二，開放式教學(xué)要有完善的任務(wù)書和考核要求，保證課題內(nèi)容的質(zhì)量，比如對選題的正確性、與課程的關(guān)聯(lián)性以及難度適中等進(jìn)行規(guī)定。這方面指導(dǎo)老師要在設(shè)計(jì)伊始就提出明確要求，學(xué)生在選題時也只有一定程度的自由，學(xué)生選好題后，設(shè)計(jì)方案必須經(jīng)過指導(dǎo)老師審核，合格后再開始具體實(shí)施，這樣有助于保證選題合理和內(nèi)容達(dá)到質(zhì)量要求。

其三，指導(dǎo)要及時有效和多樣化。指導(dǎo)可以通過QQ、郵件、電話或者在辦公室、實(shí)驗(yàn)室面對面進(jìn)行，時間的靈活性較強(qiáng)，最大限度保證學(xué)生的問題得到及時解決。課程設(shè)計(jì)的每個階段都有指導(dǎo)老師參與。指導(dǎo)老師清楚每個學(xué)生的設(shè)計(jì)進(jìn)展情況，隨時督促學(xué)生，保證設(shè)計(jì)有效進(jìn)行。

單片機(jī)課程設(shè)計(jì)的開放式教學(xué)，從始至終都強(qiáng)調(diào)發(fā)揮學(xué)生的主體作用，體現(xiàn)以學(xué)生為中心的理念。開放式教學(xué)也對教師提出了更高的要求， 其涉及的知識面更廣，教師必須不斷加強(qiáng)自身的專業(yè)學(xué)習(xí)，不斷更新知識儲備，提高自身綜合素質(zhì)，積累實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，才能夠全方位地指導(dǎo)學(xué)生開展課程設(shè)計(jì)。

四、結(jié)語

單片機(jī)課程設(shè)計(jì)開放式教學(xué)的改革和實(shí)踐，是在工程教育專業(yè)認(rèn)證以學(xué)生為中心理念的指導(dǎo)下，對原教學(xué)模式進(jìn)行探索與創(chuàng)新。文章從教學(xué)的時間、地點(diǎn)、內(nèi)容和考核方式等方面給出了改革思路或具體實(shí)施過程。實(shí)踐結(jié)果表明，該模式能夠充分激發(fā)學(xué)生設(shè)計(jì)的興趣，鍛煉學(xué)生思考能力，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識，增強(qiáng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力，深度挖掘?qū)W生的潛力，提升學(xué)生工程實(shí)踐應(yīng)用能力，所培養(yǎng)的學(xué)生在將來畢業(yè)時具備較強(qiáng)的競爭力，是一種有效的值得推廣的教學(xué)模式。

［ 參 考 文 獻(xiàn) ］

[1] 祖一康，徐妙婧，徐純輝.基于 CDIO 理念的單片機(jī)課程設(shè)計(jì)教學(xué)模式研究[J].計(jì)算機(jī)教育，2019（9）：34-37.

[2] 劉獻(xiàn)君.論大學(xué)課程設(shè)計(jì)[J].高等教育研究，2018，39（3）：51-57.

[3] 于海龍.工程教育專業(yè)認(rèn)證背景下的課程教學(xué)改革研究[J].教育教學(xué)論壇，2018（42）：119-120.

[4] 葛浩，林其斌.單片機(jī)課程設(shè)計(jì)教學(xué)改革與實(shí)踐[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2011，28（10）：138-140.

[5] 元澤懷. 開放式設(shè)計(jì)性綜合實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)的改革與實(shí)踐[J]. 實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2009，28（11）：120-122.

[6] 王晶，胡立夫.嵌入式課程設(shè)計(jì)開放式教學(xué)的研究與實(shí)踐[J].教育現(xiàn)代化，2016，3（38）：257-258.

［責(zé)任編輯：龐丹丹］