基于電子競賽探索高職單片機(jī)原理課程教學(xué)改革

明鑫 盧丹萍 蔡歡歡

[摘要]通過全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽特點、題目的分析，指出單片機(jī)技術(shù)在競賽中的作用。提出單片機(jī)原理課程教學(xué)改革思路，闡述了教學(xué)改革的具體措施，包括：明確崗位能力，確定課程標(biāo)準(zhǔn)；任務(wù)驅(qū)動，項目載體教學(xué)模式的實施；更新教材內(nèi)容；改變考核評價方式；開創(chuàng)第二課堂；等等。實踐表明，改革得了較好的效果。

[關(guān)鍵詞]單片機(jī)課程 教學(xué)改革 電子設(shè)計競賽

[作者簡介]明鑫（1983- ），男，重慶人，廣西職業(yè)技術(shù)學(xué)院，講師、高級技師，碩士，研究方向為智能電子技術(shù)；盧丹萍（1983- ），女，廣西南寧人，廣西職業(yè)技術(shù)學(xué)院，講師、技師，碩士，研究方向為單片機(jī)技術(shù)。（廣西 南寧 530226）蔡歡歡（1980- ），男，湖北武漢人，廣西工商職業(yè)技術(shù)學(xué)院，講師，碩士，研究方向為自動化技術(shù)。（廣西 南寧 530003）

[課題項目]本文系2013年度廣西高校科學(xué)技術(shù)研究項目“基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的設(shè)施農(nóng)業(yè)監(jiān)測系統(tǒng)研究”的階段性成果。（項目編號：2013YB296）

[中圖分類號]G642.3 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼]A [文章編號]1004-3985（2014）33-0152-02

一、競賽介紹

全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽從1997年開始每兩年舉辦一屆。該比賽是面向大學(xué)生的群眾性科技活動，目的在于推動高等學(xué)校促進(jìn)信息與電子類學(xué)科課程體系和課程內(nèi)容的改革。競賽的特點是與高等學(xué)校相關(guān)專業(yè)的課程體系和課程內(nèi)容改革密切結(jié)合，以推動其課程教學(xué)、教學(xué)改革和實驗室建設(shè)工作。

每支參賽隊由三名學(xué)生組成，競賽時間為四天三夜。在比賽期間學(xué)生要完成包括方案設(shè)計、器件選擇、制版、安裝、調(diào)試等步驟。比賽結(jié)束時，要求上交實物和設(shè)計報告。競賽期間學(xué)生可以查閱有關(guān)紙介或網(wǎng)絡(luò)技術(shù)資料，隊內(nèi)學(xué)生可以集體商討設(shè)計思想，分工負(fù)責(zé)，團(tuán)結(jié)協(xié)作，以隊為基本單位獨立完成競賽任務(wù)。

歷屆競賽的題目大致可分為以下幾類：放大器類、電源類、儀器儀表類、信號源類、控制類、數(shù)據(jù)采集與處理類等。雖然這些題目都是對專業(yè)知識的綜合運(yùn)用，但是要高質(zhì)量地完成這些題目大多數(shù)情況需要用到單片機(jī)，它要么作為控制的核心，要么做一些輔助的工作。比如要用到鍵盤設(shè)置參數(shù)、用顯示器件顯示各種數(shù)據(jù)、利用AD采集數(shù)據(jù)、DA輸出模擬信號、驅(qū)動電機(jī)等。由此可見單片機(jī)技術(shù)是完成電子設(shè)計競賽必不可少的技術(shù)之一。

二、比賽中暴露的問題

學(xué)生在比賽中雖然取得了一些獎項，但是也暴露出諸多問題。從單片機(jī)技術(shù)這方面來看存在以下一些問題：學(xué)生基礎(chǔ)不扎實，對一些基本概念理解不清楚，對一些基本模塊應(yīng)用不熟練；學(xué)生缺乏綜合應(yīng)用單片機(jī)技術(shù)解決實際問題的能力；學(xué)生缺乏自主學(xué)習(xí)的能力；等等。學(xué)生出現(xiàn)以上問題主要是由于現(xiàn)在的單片機(jī)課程教學(xué)造成的。單片機(jī)課程教學(xué)存在的問題有：

1.教學(xué)模式陳舊，教學(xué)方法呆板。傳統(tǒng)單片機(jī)課程的教學(xué)方式，嚴(yán)格按照單片機(jī)知識的系統(tǒng)性和完整性來組織教學(xué)，只注重課程本身的知識結(jié)構(gòu)體系，卻忽視了單片機(jī)技術(shù)的實際應(yīng)用。

單片機(jī)課程的學(xué)習(xí)邏輯性非常強(qiáng)，各個知識點之間是環(huán)環(huán)相扣，各個模塊看似獨立實則有內(nèi)在聯(lián)系，綜合起來就是一套完整的系統(tǒng)。學(xué)生在學(xué)習(xí)當(dāng)中，只要其中的某一個環(huán)節(jié)沒有掌握，對整個課程的學(xué)習(xí)和實際應(yīng)用都有很大影響。所以，在實際的教學(xué)中發(fā)現(xiàn)，很多學(xué)生都覺得入門困難，甚至放棄了這門課程的學(xué)習(xí)。

一部分老師在教學(xué)過程中，把單片機(jī)課程當(dāng)作一門純理論的課程，講解一些復(fù)雜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理，卻忽視了教學(xué)對象的接受能力。因此，基礎(chǔ)較差、學(xué)習(xí)能力不強(qiáng)的高職學(xué)生，在學(xué)習(xí)單片機(jī)課程的過程中往往感到吃力，難以達(dá)到預(yù)期的教學(xué)效果。

2.硬件與軟件不協(xié)調(diào)。單片機(jī)項目的開發(fā)包括外圍硬件電路模塊的設(shè)計以及軟件編程兩方面的內(nèi)容，二者缺一不可。然而，單片機(jī)教學(xué)中常常會出現(xiàn)“重軟件、輕硬件”的情況。主要表現(xiàn)在實驗教學(xué)中，多數(shù)都采用廠家統(tǒng)一生產(chǎn)的實驗設(shè)備，相關(guān)的電路已經(jīng)設(shè)計完成，學(xué)生只要簡單地連線，就算是對硬件的設(shè)計，而學(xué)生多數(shù)時間都耗費在程序的編寫和調(diào)試方面。這樣軟硬件未能有機(jī)結(jié)合，導(dǎo)致學(xué)生對于整個系統(tǒng)硬件搭建和電路圖設(shè)計的能力沒能得到良好訓(xùn)練，最終形成了軟件硬件不協(xié)調(diào)，影響了學(xué)生整體能力的提升。

3.理論與實際脫節(jié)。單片機(jī)技術(shù)發(fā)展日新月異，而課程教材內(nèi)容相對滯后，不能適應(yīng)新的發(fā)展需求。單片機(jī)課本中介紹的很多方法、器件在現(xiàn)實當(dāng)中已經(jīng)不用，而學(xué)生在實際工作崗位中需要用到的新器件、新技術(shù)、新方法在課本中又沒有介紹，這導(dǎo)致了理論與實際的嚴(yán)重脫節(jié)，影響了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。

三、單片機(jī)原理課程教學(xué)改革的措施

針對單片機(jī)教學(xué)中存在的問題，本著以學(xué)生為本位，以就業(yè)為導(dǎo)向的原則對單片機(jī)原理課程的教學(xué)改革做了如下嘗試：

1.明確崗位能力，確定課程標(biāo)準(zhǔn)。為了體現(xiàn)“以就業(yè)為導(dǎo)向”的高職教學(xué)理念，實現(xiàn)學(xué)校教學(xué)內(nèi)容與就業(yè)崗位的無縫對接，學(xué)校組織單片機(jī)課程的教師和來自企業(yè)一線具有單片機(jī)開發(fā)經(jīng)驗的工程師一起對單片機(jī)崗位的工作任務(wù)和能力要求做了重新梳理，明確了單片機(jī)崗位的各種能力要求，確定了單片機(jī)原理課程的課程標(biāo)準(zhǔn)。單片機(jī)技術(shù)的工作崗位與工作任務(wù)及能力要求如圖1所示。把一些理論性強(qiáng)、內(nèi)容太陳舊，和現(xiàn)實技術(shù)脫節(jié)的內(nèi)容剔除，增加了一些實際工作崗位中常用的技術(shù)。

2.任務(wù)驅(qū)動，項目載體教學(xué)方法的實施。在明確了單片機(jī)課程的標(biāo)準(zhǔn)之后，對單片機(jī)課程的教學(xué)內(nèi)容作了細(xì)化，形成了以培養(yǎng)學(xué)生工程實踐能力為主線、以任務(wù)驅(qū)動項目為載體的教學(xué)模式，打破了傳統(tǒng)知識體系的框架，改變了以往按章節(jié)方式組織教學(xué)的方法，從而把單片機(jī)技術(shù)所需要的基礎(chǔ)知識和基本能力分解到各個案例中講解。按照圖2所示的方式重構(gòu)了本課程的知識體系。

項目教學(xué)的前提是選好符合本專業(yè)學(xué)生實際能力的工程問題和解決方案，通過“項目引領(lǐng)，任務(wù)驅(qū)動”的教學(xué)方法，設(shè)計解決方案以及每個項目所包含的知識點和實踐任務(wù)，培養(yǎng)企業(yè)需要的高技能應(yīng)用型人才。項目的設(shè)置以循序漸進(jìn)為原則，難度由淺入深。前面幾個項目是“基礎(chǔ)項目”，主要讓學(xué)生了解單片機(jī)的基本組成結(jié)構(gòu)、基本工作原理、IO口的控制方法、定時器的使用、外部中斷的使用等等。后兩個的項目是綜合項目，以企業(yè)項目為載體，注重知識的綜合運(yùn)用，注重對學(xué)生分析問題、解決問題能力的培養(yǎng)，注重新技術(shù)的學(xué)習(xí)掌握。這樣就把本課程需要學(xué)生掌握的知識點分解到各個項目里面去，學(xué)生不但掌握了相關(guān)的知識點，而且理解了這些知識點的實際應(yīng)用。

因此，單片機(jī)課程采用項目教學(xué)之后，打破了以知識點為體系的課程結(jié)構(gòu)，用一個個來自實際工程的項目來導(dǎo)出單片機(jī)的知識，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)，再啟發(fā)他們用現(xiàn)有的知識和技能來解決新的問題，最終實施項目。這種教學(xué)方式讓學(xué)生在真實的工作情境中邊做邊學(xué)、邊學(xué)邊用，在任務(wù)實施過程之中理解了抽象的知識，有效激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和熱情，讓學(xué)生接觸到工作中將會遇到的實際問題，從而培養(yǎng)了學(xué)生的分析能力、動手能力、團(tuán)隊精神等基本職業(yè)素質(zhì)。

3.緊跟技術(shù)發(fā)展，調(diào)整教材內(nèi)容。在以上兩個步驟實施的同時，還根據(jù)新的教學(xué)內(nèi)容編寫了單片機(jī)教材。根據(jù)本校單片機(jī)教學(xué)的實際情況，組織具有多年單片機(jī)教學(xué)經(jīng)驗的教師和企業(yè)的資深工程師一起編寫出版了教材《單片機(jī)原理及應(yīng)用》。這本教材刪除了傳統(tǒng)單片機(jī)課本實用性不強(qiáng)的內(nèi)容，比如匯編語言、單片機(jī)的狀態(tài)周期、指令周期、存儲器結(jié)構(gòu)等，并且使用STC89C51為教學(xué)模型。教材把實際的工程項目簡化后作為教學(xué)內(nèi)容，既能激發(fā)學(xué)生的興趣，又沒有脫離實際。項目的設(shè)置循序漸進(jìn)，逐步引導(dǎo)學(xué)生深入理解各功能模塊的原理及應(yīng)用，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中不斷體驗到成功的喜悅，增強(qiáng)他們學(xué)習(xí)的信心。

4.完善考核評價方式。本課程考試打破傳統(tǒng)的以筆試為主的考核方式，注重過程考核，采取分階段考核、多種考核相結(jié)合的綜合考核方式。具體來說就是：在教學(xué)中，學(xué)生每學(xué)完一個任務(wù)，就要求學(xué)生制作一個單片機(jī)項目作品。教師根據(jù)制作的工藝、編程的質(zhì)量、所實現(xiàn)功能的好壞以及對所學(xué)知識的理解程度，給出一個階段綜合分?jǐn)?shù)。階段學(xué)習(xí)完成后，為學(xué)生列出幾個綜合性較強(qiáng)的實訓(xùn)項目，學(xué)生可以根據(jù)自己的興趣和能力，選擇其中的一個項目。完成實訓(xùn)項目后，進(jìn)行答辯。根據(jù)學(xué)生完成實訓(xùn)項目的情況及對知識的掌握情況，給出實訓(xùn)課程成績。通過分階段和多種手段相結(jié)合的方式，考核出學(xué)生的實際水平，促進(jìn)教學(xué)質(zhì)量的提高。

5.積極開創(chuàng)第二課堂。電子技術(shù)的發(fā)展很快，單片機(jī)的學(xué)習(xí)僅僅靠課堂上的內(nèi)容是不夠的，因此必須采取一些措施開闊學(xué)生的視野，增長學(xué)生的知識。（1）舉辦知識講座。很多競賽的題目來源于實際的項目，因此我們會根據(jù)教學(xué)的需要，邀請來自企業(yè)的具有多年單片機(jī)開發(fā)經(jīng)驗的工程師為學(xué)生做講座。企業(yè)專家展示給學(xué)生各種案例、素材，讓學(xué)生的專業(yè)知識得到充實，激發(fā)他們的學(xué)習(xí)熱情。同時，學(xué)生也了解了大量的學(xué)科前沿動態(tài)，為參加競賽做了知識的儲備。（2）舉辦校內(nèi)技能大賽。技能大賽是課堂的延伸，我校已連續(xù)幾年舉辦“單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計”比賽，參賽的學(xué)生覆蓋了電類的各個專業(yè)。在比賽中我們還邀請校外的企業(yè)合作，聘請一線的工程師來做賽前的培訓(xùn)并擔(dān)任比賽的評委。這樣做的好處是解決了校內(nèi)上課的內(nèi)容和生產(chǎn)實際脫節(jié)的問題。在學(xué)校完成的電子產(chǎn)品設(shè)計往往存在以下問題：只注重設(shè)計指標(biāo)的實現(xiàn)，不追求工藝的完美；只注重功能的實現(xiàn)，不計較花費的成本；只注重完成設(shè)計任務(wù)本身的完成，不注重設(shè)計文檔的整理歸類等。因此，聘請過來的企業(yè)一線工程師在培訓(xùn)學(xué)生和擔(dān)任評委的過程中，會帶給學(xué)生一些在課堂上學(xué)不到的知識：追求功能完善工藝完美、提倡節(jié)約成本、注重設(shè)計文檔的歸類整理等。

通過平時的積累和賽前的培訓(xùn)，學(xué)生已經(jīng)能夠運(yùn)用所學(xué)的電路知識和單片機(jī)知識制作并調(diào)試成功一個完整的電子產(chǎn)品。在準(zhǔn)備比賽的過程中，學(xué)生的專業(yè)技能得到了進(jìn)一步的提高。

四、結(jié)束語

通過不斷地探索與實踐，我系電類專業(yè)在單片機(jī)類課程的教學(xué)中表現(xiàn)出了良好的教學(xué)效果，達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。主要表現(xiàn)在：（1）學(xué)生學(xué)習(xí)興趣增強(qiáng)，學(xué)習(xí)積極性提高；（2）學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力得到提高；（3）團(tuán)隊協(xié)作能力得到了增強(qiáng)；（4）學(xué)生參加技能競賽獲得獎項。

單片機(jī)原理課程教學(xué)改革與大學(xué)生電子設(shè)計競賽是一個互為促進(jìn)的過程。只有不斷改進(jìn)教學(xué)方法、更新教學(xué)素材，才能培養(yǎng)學(xué)生的動手能力和創(chuàng)新思維，讓學(xué)生在大學(xué)生電子設(shè)計大賽中取得好的成績。同時，電子設(shè)計競賽也是檢驗課程教學(xué)改革成功與否的試金石，競賽的命題中出現(xiàn)的新技術(shù)、新方法又為單片機(jī)課程的教學(xué)改革指明了方向。

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