基于藍橋杯競賽導向的單片機課程改革及人才培養(yǎng)

金琦淳+袁明新+王琪+任俊

摘 要 單片機是江蘇科技大學（張家港）/蘇州理工學院機電與動力工程學院機電專業(yè)一門重要的專業(yè)課程，具有很強的工程實踐性，由于以往教學對象的陳舊和教學模式的落后，滿足不了培養(yǎng)技能應用型本科人才的要求。因此，學院結合藍橋杯大賽對課程進行深入改革，通過課程教學大綱重新修訂等措施，切實提高學生的工程實踐應用能力。另外，探討藍橋杯大賽對學院實踐創(chuàng)新型人才培養(yǎng)起到的促進作用，進一步提升人才培養(yǎng)質量。

關鍵詞 教學改革；單片機；藍橋杯競賽

中圖分類號：G642.3 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2016）20-0075-03

Abstract Principles and Applications of MCU is a practical and im-portant course for undergraduate majoring in Mechatronics. The ob-solete teaching object and pattern cannot satisfy the requirement of practical talents training. In order to train application-oriented talents and enhance students practical ability， Blue Bridge Cup competition platform was introduced to operate teaching reform. Measures were taken to lift undergraduates engineering-applications capacity like modifying syllabus. In addition， the effects of Blue Bridge Cup was discussed， such as training innovative talents. The quality of talents is promoted further.

Key words teaching reform； single chip microcomputer； Blue Bri-dge Cup

1 引言

目前，國家鼓勵地方本科院校走應用型本科人才培養(yǎng)道路，要求應用型本科教育必須堅持突出基礎、突出特色、突出應用和突出技術的方針。同時，國家大力推進大眾創(chuàng)新、萬眾創(chuàng)業(yè)，高校大學生是最具創(chuàng)新與創(chuàng)造活力的群體之一。因而，高等院校肩負著培養(yǎng)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)和高素質技能人才的重要使命，這就需要高校的專業(yè)課程教學理論結合實踐。

單片機原理與應用是江蘇科技大學（張家港）/蘇州理工學院機電與動力工程學院（以下簡稱“我院”）機電專業(yè)開設的專業(yè)核心課程，單片機技術被廣泛應用于現(xiàn)代工業(yè)自動化、電子電氣、通信和物聯(lián)網(wǎng)等領域。顯然，這是一門實踐應用性很強的課程。

藍橋杯全國軟件和信息技術專業(yè)人才大賽是面向所有在校大學生的科技性競賽，高校參與度與認可度高，賽項設有單片機設計與開發(fā)，為個人單項比拼賽。大賽以“加快教學創(chuàng)新與改革，提高學生自主創(chuàng)新意識和工程實踐能力，促進高校就業(yè)指導工作”為宗旨，賽題基于所學專業(yè)課程知識，注重工程實際應用，有機地將理論與實踐緊密結合，達到以賽促學的效果。

在藍橋杯大賽的帶動下，我院單片機原理與應用課程教學改革成績顯著，通過該項賽事，引入了新技術，建立了高性能單片機實驗室和相關大學生創(chuàng)新實踐基地，有效地強化拓展了學生的實踐應用能力和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)思維。

2 教改的思路與方法

單片機原理與應用課程由于具有非常強的工程實踐性，其教學效果的好壞將影響到我院機電專業(yè)學生的就業(yè)，以及他們今后的專業(yè)發(fā)展。2014年，學院院長通過對國內應用型本科教育發(fā)展形勢的調研，結合學院對于培養(yǎng)技能應用型人才的實際情況，建議學院相關課程教師組織學生參加第六屆藍橋杯大賽，由此開啟了我院單片機原理與應用課程教學改革的序幕。

針對教學實際，修訂教學大綱 我院以往的單片機原理與應用課程教學以傳統(tǒng)的8051單片機為主，然而Intel8051技術誕生于20世紀70年代，這樣就會造成教學與實際生產(chǎn)應用脫節(jié)的情況。另外，傳統(tǒng)的理論教學，考慮到教材內容的連貫性、邏輯性和系統(tǒng)性，教師基本是先介紹計算機基礎、單片機的最小工作系統(tǒng)、指令系統(tǒng)、匯編（或者C）語言程序設計和中斷，然后介紹單片機外圍數(shù)字或模擬器件的應用，前者屬于單片機自身原理部分，后者屬于接口技術部分。在課程教學計劃中，根據(jù)理論教學的進度，會適時安排幾個課內實驗，一般是每14課時理論課，安排2課時的實驗課，從而想要達到理論與實踐相結合的目的。但是經(jīng)教學實踐后不難發(fā)現(xiàn)，這樣的教學模式的教學效果并不理想，培養(yǎng)的學生能力素質和藍橋杯競賽的要求差距甚遠，完全達不到技能應用型人才的培養(yǎng)目標。綜上所述，教學大綱必須重新修訂。

藍橋杯大賽單片機設計與開發(fā)賽項采用CT107D單片機開發(fā)板作為比賽平臺，平臺如圖1所示。該平臺采用宏晶科技研發(fā)的IAP15F2K61S2單片機作為微控制器，這款單片機以8051為內核，對原有的性能和功能進行了全面升級，并且成本較低，在市場中被廣泛采用。以該款單片機作為教學對象，可以有效地解決與生產(chǎn)實際脫節(jié)的矛盾。

教學對象選定之后，一方面，IAP15F2K61S2單片機是宏晶科技的最新研發(fā)成果，市場中教材不多；另一方面，技能應用型人才培養(yǎng)需結合我院師生的特點，最終由我院教學副院長親自掛帥的課程教學團隊決定，自編單片機原理與應用課程授課講義和多媒體教案，要求打破傳統(tǒng)教學模式，教師以賽促改，學生以賽促學。

團隊編寫的講義注重工程實際應用，將CT107D單片機開發(fā)板作為教學實驗平臺，按照平臺實現(xiàn)功能的不同，將其進行模塊劃分，并作為教學內容的章節(jié)，以實驗過程和實驗現(xiàn)象為導向，由淺入深、循序漸進地講述IAP15F2K61S2單片機C語言編程方法，目的是通過不斷地編程實踐來使學生對單片機工作原理既知其然又知其所以然，幫助學生從實際應用中真正理解和掌握單片機，實現(xiàn)理論與實踐的有機結合。講義節(jié)減了傳統(tǒng)教材中理論性較深卻實用性不強的內容，并綜合歷年藍橋杯競賽賽題，編寫的講義章節(jié)及授課安排如表1所示。課程上課地點均安排在學校機房，由授課教師帶領學生邊講解邊練習，很自然地將理論與實驗授課融為一體。

完善硬件條件，優(yōu)化考核方式 為了保證課程教學改革的正常開展，學院添置一批由國信長天公司專為藍橋杯大賽設計的CT107D單片機開發(fā)板比賽平臺，并且在南通國芯微電子公司的支持下，建立了高性能單片機實驗室，專業(yè)建設得到加強，為學院技能應用型人才的培養(yǎng)提供了有力保障。

本課程的考試成績主要由期末考試成績、實驗成績和平時成績三部分構成。課程團隊本著鼓勵、激發(fā)學生參與工程實踐的熱情，切實提高學生的動手能力和為電子等行業(yè)輸送優(yōu)秀人才的理念，特別地將該課程的實驗成績設置為占總評成績比重的50%。對于實驗成績的評定，在每章節(jié)的最后兩課時，均會留有實驗練習思考題，要求學生在課堂上按時完成；同時，授課教師在機房內巡回進行指導，以便及時幫助學生解決在學習過程中遇到的問題。為了避免學生間相互抄襲，在檢查學生實驗結果時，可以提一些相關問題進行考核，授課教師依據(jù)實驗完成的質量和考核情況確定給分。最終，取幾次實驗的均分作為實驗成績最后得分。期末考試成績和平時成績占總評成績的比重分別下降為40%、10%。

3 實踐創(chuàng)新型人才培養(yǎng)

2014—2015學年第二學期，課程團隊在13級機械電子工程專業(yè)進行單片機原理與應用課程教學改革試點。通過一學期的試點，學生對本課程的學習態(tài)度發(fā)生根本性改變，從一開始的被動學習轉變?yōu)榉e極主動，再到后來的自覺自主學習，已經(jīng)完全形成一種濃厚的學習氛圍。課程團隊經(jīng)過教改實踐得出心得：學生的專業(yè)興趣是需要引導和培養(yǎng)的，理論與實踐相結合，才是培養(yǎng)工科人才最好的方式。

課內外結合，創(chuàng)造發(fā)展平臺 實踐創(chuàng)新型人才是我院人才培養(yǎng)的更高追求，課程團隊抓住本次課改契機，選拔出部分課程表現(xiàn)優(yōu)異的學生，于2015年1月共同成立機器人協(xié)會，并提供配套設施。該組織為學生進行創(chuàng)新實踐活動搭建了平臺，形成了一、二課堂良好互動的共贏局面。課程團隊把藍橋杯大賽獲獎成績作為檢驗課程教學改革效果的標準之一，同時作為我院探索實踐創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的途徑之一。

在2015年第六屆藍橋杯大賽單片機開發(fā)與設計組別中，我院第一次代表學校參賽。賽前2個月，課程團隊為協(xié)會開展了每周一次的專題培訓，在師生的共同努力下，最終我院學生獲得4個江蘇省一等獎、4個江蘇省二等獎、3個江蘇省三等獎、2個全國二等獎、2個全國三等獎的優(yōu)異成績。課程團隊教師全部被評為大賽優(yōu)秀指導教師，并且獲得由工信部頒發(fā)的單片機工程師證書。這些成績的獲得為我院進一步提升人才培養(yǎng)質量和層次奠定了堅實的基礎，也為平臺今后的發(fā)展打下扎實的先期基礎。

項目制實施，助力人才培養(yǎng) 作為一個普通的地方性本科院校，學生要想在全國科技競賽中、在今后的考研就業(yè)中占有一席之地，就必須培養(yǎng)其強大的創(chuàng)新實踐應用能力。課程團隊充分利用機器人協(xié)會作為學生個性施展的載體，組織學生申報學校每年的本科生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)計劃項目和張家港市香樟樹創(chuàng)客空間項目，這些項目或是來源于學生主觀能動性的發(fā)揮，或是課程團隊教師的科研項目。在項目過程中，為了更好地幫助學生打開膽大心細的創(chuàng)造性思維，課程團隊別出心裁地嘗試精選央視播出的我愛發(fā)明節(jié)目，并適時組織協(xié)會學生觀看和討論。該節(jié)目每期一個主題，學生通過對玉米收割機、甘蔗收割機和毛豆剝殼機等機械創(chuàng)造發(fā)明過程的了解，增加了對工程實踐創(chuàng)新的感性認識，進而促進了項目的順利完成。

項目制的實施，極大地提升了學生的綜合應用創(chuàng)新水平和科研實踐能力，在這些項目的訓練下，取得一些標志性成果。例如：成功研發(fā)了多功能智能小車教具，并即將投入學院機電專業(yè)的專業(yè)課程設計教學改革與實踐中；在2015年首屆江蘇科技大學創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽、2015年江蘇省機器人大賽、2015年中國機器人大賽暨RoboCup公開賽和2015年國際水中機器人大賽等賽事中屢創(chuàng)佳績；在科技核心期刊上發(fā)表論文數(shù)篇；等等。

4 結束語

實踐證明，這一年來，我院結合藍橋杯大賽進行單片機原理與應用課程教學改革與人才培養(yǎng)，有效地建立了如圖2所示的人才培養(yǎng)模式。該模式的形成，對學生而言，提高了其對于單片機技術的應用能力，達到學以致用的目的，學院大學生創(chuàng)新實踐基地的發(fā)展將更加促進學生創(chuàng)新實踐能力的培養(yǎng)；對教師而言，提升了教學育人水平，為將來發(fā)展成為教學名師積累了豐富經(jīng)驗；對學院而言，實現(xiàn)了技能應用型人才的培養(yǎng)目標，以及為學院進一步探索培養(yǎng)實踐創(chuàng)新型人才，提升人才培養(yǎng)質量，提供了有效的途徑。

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