一流專業(yè)背景下單片機原理與應(yīng)用教學(xué)探索

摘 要：為了適應(yīng)一流本科專業(yè)課程建設(shè)的要求及推動自動化類專業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，對單片機原理課程進行教學(xué)改革。課程改革主要以培養(yǎng)學(xué)生綜合能力為目的，采用多元化教學(xué)方法，實現(xiàn)所學(xué)知識從會學(xué)到會用、用好等轉(zhuǎn)變。教學(xué)實踐證明，該教學(xué)模式可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的動手及創(chuàng)新能力。

關(guān)鍵詞：多元化；單片機；教學(xué)改革；C51；現(xiàn)代電子工程；教學(xué)評價

中圖分類號：TP39；G642.41 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-1302（2024）04-0-02

DOI：10.16667/j.issn.2095-1302.2024.04.042

0 引 言

課程是人才培養(yǎng)的核心要素，課程質(zhì)量直接決定著人才培養(yǎng)的質(zhì)量。教育部提出全面開展一流本科課程建設(shè)，樹立課程建設(shè)新理念，因此要大力推進課程改革創(chuàng)新，消滅“水課”。合理科學(xué)、具有創(chuàng)新性的教學(xué)內(nèi)容體現(xiàn)了前沿性與時代性，更能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，加大學(xué)習(xí)投入，科學(xué)“增負”才能培養(yǎng)出與時俱進的高素質(zhì)復(fù)合型新工科人才[1-3]。

在一流本科課程建設(shè)的背景下，地方高校應(yīng)該以應(yīng)用型復(fù)合人才培養(yǎng)為目標(biāo)。學(xué)生不僅能掌握好本專業(yè)知識，同時積極學(xué)習(xí)交叉學(xué)科，從而為知識的實際應(yīng)用提供輔助工具。為響應(yīng)習(xí)主席對延安大學(xué)在八十周年校慶的重要批示，全校積極開展各項課程改革。自動化作為物理與電子信息學(xué)院新創(chuàng)辦的專業(yè)，更應(yīng)該把一流課程建設(shè)作為起點。

“單片機原理與應(yīng)用”是自動化、電子信息、通信及相關(guān)專業(yè)必修基礎(chǔ)課程的核心，是現(xiàn)代電子工程領(lǐng)域一門飛速發(fā)展的技術(shù)，學(xué)習(xí)單片機并掌握其設(shè)計應(yīng)用技術(shù)已經(jīng)成為電子類專業(yè)學(xué)生的必備技能，也是現(xiàn)代工科學(xué)生就業(yè)的基礎(chǔ)條件。自動化后續(xù)課程如：自動控制原理、智能儀器儀表、數(shù)控機床、課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計等都使用單片機。該課程概念繁多、零碎知識點較多，學(xué)生普遍反映學(xué)完后不清楚各知識點之間的聯(lián)系以及如何應(yīng)用[4-5]。從而導(dǎo)致學(xué)生喪失了對該課程的興趣，大多僅為拿學(xué)分、應(yīng)對考試而學(xué)，與該課程的開設(shè)目標(biāo)相去甚遠。

鑒于以上原因，“單片機原理”課程教學(xué)改革迫在眉睫。在廣泛調(diào)研西安及周邊地區(qū)的工科類高等院校以及相關(guān)行業(yè)和企業(yè)的基礎(chǔ)上，結(jié)合延安大學(xué)物理與電子信息學(xué)院師資隊伍、軟硬件、教學(xué)和科研等自身條件，對“單片機原理與應(yīng)用”課程進行改革。同時，結(jié)合我院電子信息工程專業(yè)的思維，更注重應(yīng)用型人才的培樣，建立完善的教學(xué)評價機制。

1 教學(xué)觀念的轉(zhuǎn)變

在一流本科課程建設(shè)的背景下，應(yīng)當(dāng)注重教學(xué)內(nèi)容的不斷更新。隨著電子技術(shù)的快速發(fā)展，單片機向CMOS化、低電壓、大容量、高性能化發(fā)展，因此應(yīng)該做到知識的與時俱進，以滿足“新技術(shù)、新產(chǎn)業(yè)、新模式”對人才培養(yǎng)的需求[6-9]。

（1）要改變以往的傳統(tǒng)教學(xué)觀念，避免學(xué)生還停留在“舊知識”中，就要樹立“上舊課，換新顏”的思想，注重課本與課外知識相結(jié)合，通過類比學(xué)習(xí)，不斷豐富學(xué)生的知識儲備。同時，不斷提升學(xué)生的觀察和思考能力，并將工程案例引入課堂進行講解，大幅提升學(xué)生的應(yīng)用能力。

（2）要以培養(yǎng)學(xué)生實際應(yīng)用能力為目標(biāo)開展“單片機原理及應(yīng)用”這門課。要求學(xué)生不僅要學(xué)習(xí)好理論知識，更要拓展至科技前沿，把具體應(yīng)用案例拿到課堂中進行分析。培養(yǎng)學(xué)生思考、探索、創(chuàng)新的能力。

（3）調(diào)整授課模式，轉(zhuǎn)變以往教師講、學(xué)生聽的模式。這門課程采用教師講授基礎(chǔ)理論，學(xué)生分組補充實際應(yīng)用案例的方式，從而充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)潛能，建立師生互動的良好教學(xué)模式。

（4）改變學(xué)生僅為拿學(xué)分，應(yīng)付考試的觀念。靈活設(shè)置期末成績的構(gòu)成比例，不再單一追求試卷成績。提高學(xué)生平時表現(xiàn)成績所占比例，平時表現(xiàn)主要由應(yīng)用案例分析、課堂互動、作業(yè)完成構(gòu)成。

（5）以往“單片機原理”的課時設(shè)置為理論36 h，實驗18 h，同時開設(shè)的實驗也是單一的流水燈、步進馬達等。實驗箱采用集成的單片機盒子，學(xué)生只需明白使用哪些模塊即可簡單完成實驗。此舉不利于學(xué)生掌握相關(guān)模塊的原理。因此，課改時，調(diào)整課時設(shè)置，采用理論18 h和實驗36 h的新模式。在理論教學(xué)環(huán)節(jié)，合理設(shè)置單片機核心模塊的講解課時。實驗環(huán)節(jié)不僅需要學(xué)生高效完成簡單實驗，同時還需完成自選課題的設(shè)計，實現(xiàn)學(xué)會用好的培養(yǎng)目標(biāo)。

2 教學(xué)內(nèi)容改革及實踐

隨著電子技術(shù)的發(fā)展，單片機種類越來越多，性能也更好。但是經(jīng)典的51單片機性價比較高，所以本次教學(xué)仍采用51系列。學(xué)生實際應(yīng)用中如果用到其他種類的單片機可以類比學(xué)習(xí)。相比匯編語言，C51語言具有編程調(diào)試靈活方便、生成代碼編譯效率高等優(yōu)點。因此，現(xiàn)階段多采用C51語言實現(xiàn)軟件編程。在單片機原理及應(yīng)用課程教學(xué)內(nèi)容的設(shè)置過程中，改變以往多數(shù)教材以匯編語言為教學(xué)核心的現(xiàn)狀。學(xué)生課后自學(xué)匯編語言，在課堂中以C51為授課內(nèi)容，同時實驗以及自選課題都以C51實現(xiàn)編程[10]。

該課程教學(xué)內(nèi)容零散，工程性強，教學(xué)難度較大。因此，備課過程中需要做好內(nèi)容的歸納整理，從而在有限的理論課程中能夠系統(tǒng)、清楚的完成授課。授課內(nèi)容主要為兩部分，分別是單片機硬件部分和軟件基礎(chǔ)部分。軟件、硬件課時比例為2∶8，同時實驗中也能測試學(xué)生對相應(yīng)知識點的掌握情況，并做到進一步鞏固[11-12]。

3 授課方式改革及實踐

該課程以學(xué)生為主體，實踐為主，理論為輔。仿真實驗和實物制作相輔相成，實現(xiàn)仿真理解概念，提高工程應(yīng)用技術(shù)水平，從而培養(yǎng)學(xué)生的項目分析、設(shè)計能力，提高學(xué)生的創(chuàng)新能力，達到新工科培養(yǎng)要求。

教學(xué)手段創(chuàng)新：單片機原理與應(yīng)用課程采用混合式教學(xué)手段—傳統(tǒng)板書和現(xiàn)代化教學(xué)相結(jié)合。課堂中仍采用傳統(tǒng)方式教學(xué)，課后以5人為單位的學(xué)習(xí)小組統(tǒng)一學(xué)習(xí)網(wǎng)上相關(guān)資料，并給予反饋，及時查漏補缺。在C語言學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，進一步掌握C51編程語言。學(xué)習(xí)過程中，做好兩者的對比分析，明確異同點，這種方式有助于學(xué)生盡快掌握重要知識點。軟件語言的學(xué)習(xí)具體到實際項目的案例分析中，能夠有效激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，讓他們積極主動參與到學(xué)習(xí)中來。課堂輪流安排學(xué)生進行案例分析和匯報，其他小組予以點評和補充。以互動的方式開展教學(xué)能夠有效利用學(xué)生的課外時間，培養(yǎng)學(xué)生主動學(xué)習(xí)的能力，使他們能夠高效利用現(xiàn)代學(xué)習(xí)資源。

將硬件和軟件學(xué)習(xí)嵌套在實際項目中。學(xué)習(xí)了相關(guān)知識模塊后，安排實際項目分析，進一步講解該知識點的應(yīng)用，循序漸進教學(xué)，提高學(xué)生的綜合能力。實驗中，首先以簡單案例分析、仿真為基礎(chǔ)，加強知識點的應(yīng)用和理解。其次，具體到綜合項目的分析、設(shè)計方面，以小組為單位進行自選項目的硬件設(shè)計、軟件編程以及調(diào)試。并舉辦作品展，邀請其他教師及相關(guān)專業(yè)學(xué)生給予評價、指導(dǎo)，為后續(xù)參加各類競賽提供理論、實踐基礎(chǔ)，從而實現(xiàn)以實際項目為主線，邊學(xué)邊練的培養(yǎng)目標(biāo)。同時鼓勵學(xué)生進行創(chuàng)新設(shè)計，對表現(xiàn)好的小組平時成績予以加分，充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。教學(xué)流程如圖1所示。

4 教學(xué)評價機制改革

在一流本科課程建設(shè)的背景下，針對單片機原理與應(yīng)用課程的特點，采用多元化考核機制，以過程考核為核心，提高實際應(yīng)用能力所占比重。重視學(xué)生在實驗過程中軟件編程能力和硬件設(shè)計的考查。重視學(xué)生的項目分析、設(shè)計、自主創(chuàng)新能力。每組設(shè)立問題整理員，對授課方式、學(xué)生學(xué)習(xí)情況等進行反饋并及時解決出現(xiàn)的問題。

5 結(jié) 語

綜上所述，為了建設(shè)一流本科課程，淘汰“水課”，推動自動化專業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，以單片機原理課程的教學(xué)內(nèi)容和授課方式改革為起點，以培養(yǎng)應(yīng)用型工科人才為核心進行專業(yè)課改革。然而，本課程改革過程中也存在一些問題，在設(shè)置小組項目中需要教師與時俱進，能夠?qū)鹘y(tǒng)技術(shù)與人工智能、無線網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)相結(jié)合，提出更新穎，更具挑戰(zhàn)的實用項目。

參考文獻

[1]邵婷婷，李建新，曹新亮，等.加拿大工程類教學(xué)對地方院校設(shè)計性實驗課程教學(xué)的啟示[J].教育現(xiàn)代化，2019，6（18）：193-195.

[2]彭晏飛，張全貴.新工科背景下計算機類專業(yè)多元化實踐教學(xué)體系改革研究[J].實驗技術(shù)與管理，2019，36（11）：222-224.

[3]李杜，趙靜，王威娜.大數(shù)據(jù)時代下的計算機應(yīng)用基礎(chǔ)課改革[J].福建電腦，2019，35（11）：109-110.

[4]葉曉勤.新工科背景下工程訓(xùn)練中心創(chuàng)新人才培養(yǎng)探究[J].實驗技術(shù)與管理，2019，57（12）：274-277.

[5]劉琪芳，楊懷卿，劉振宇.新工科背景下的電子信息類實踐教學(xué)探索[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報，2019，41（6）：151-154.

[6]王曉梅.新工科形勢下《電工電子技術(shù)》教學(xué)改革現(xiàn)狀及優(yōu)化策略研究[J].計算機產(chǎn)品與流通，2019，36（12）：198.

[7]鄭偉南，程鳳芹，劉旭，等.電氣類實驗課程虛擬仿真教學(xué)項目建設(shè)及教學(xué)方法改革探索[J].低碳世界，2019，9（11）：276-277.

[8]喻曉莉，沈穎，黎澤倫.應(yīng)用型科技大學(xué)《電氣控制自動化》實驗教學(xué)模式探索[J].課程教育研究，2019，8（51）：19.

[9]周靈彬.基于電子產(chǎn)品開發(fā)過程的智能電子實訓(xùn)課程改革[J].工業(yè)和信息化教育，2019，7（12）：68-71.

[10]馮煥華，龍海燕，羅元雙，等.互聯(lián)網(wǎng)+視域下高職計算機基礎(chǔ)課程教學(xué)改革探討[J].中國教育技術(shù)裝備，2019，33（12）：96-97.

[11]張悅，周建新，張瑞成，等.“控制系統(tǒng)仿真”課程改革與實踐

[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報，2019，41（6）：61-65.

[12]丑永新，劉繼承，鐘黎萍，等.“數(shù)字信號處理”課程實踐化教學(xué)改革[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報，2019，41（6）：77-79.

收稿日期：2023-04-11 修回日期：2023-05-17

基金項目：延安大學(xué)教學(xué)改革研究項目（YDJG22-42）；延安大學(xué)教學(xué)改革研究項目（YDJG17-19）；延安大學(xué)博士科研啟動項目（YDBK2018-39）；延安大學(xué)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目（D2021209）；國家自然科學(xué)基金項目（61861043）；延安大學(xué)高水平大學(xué)學(xué)科建設(shè)項目（2015SXTS02）；陜西省教育科學(xué)“十三五”規(guī)劃2016年度課題（SGH16H041）

作者簡介：薛晶晶（1990—），女，陜西延安人，碩士，講師，主要研究方向為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。