新工科背景下《單片機原理及應(yīng)用》課程的改革與探索

楊曉東

【摘 要】《單片機原理及應(yīng)用》是機電類專業(yè)開設(shè)的一門專業(yè)必修課。它是一門工程實踐性較強的綜合性課程，在專業(yè)課的學(xué)習(xí)中起到承上啟下作用。掌握單片機應(yīng)用技能是是機電類專業(yè)必備能力之一。新工科建設(shè)對機電類專業(yè)的課程目標(biāo)也提出了新的要求，本文針對目前單片機原理及應(yīng)用課程教學(xué)現(xiàn)狀及問題，在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、考核評價方式等方面進(jìn)行了改革與探索。

【關(guān)鍵詞】新工科；單片機；教學(xué)改革；能力培養(yǎng)

一、引言

1.根據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)，到2020 年新一代信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)人才缺口將會達(dá)到 750 萬人，到 2025 年新一代產(chǎn)業(yè)人才缺口將達(dá)到 950 萬。因此，提前進(jìn)行人才布局，培養(yǎng)新經(jīng)濟急需的人才，培養(yǎng)具有創(chuàng)新意識和跨界整合能力的人才，已成為當(dāng)前的緊要任務(wù)。

2.新工科與老工科相比，新工科更強調(diào)知識的實用性、交叉性與綜合性，相比于之前的人才需求，未來新興產(chǎn)業(yè)需要的是工程實踐能力強、創(chuàng)新性強、具有學(xué)科交叉融合能力的人才。

二、傳統(tǒng)單片機類課程教學(xué)現(xiàn)狀

單片機技術(shù)是電子信息類專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課程，廣泛應(yīng)用于有關(guān)測量與控制的各個領(lǐng)域，是培養(yǎng)應(yīng)用型電子設(shè)計人才的重要途徑。如何通過單片機技術(shù)的教學(xué)提高學(xué)生的創(chuàng)新、實踐能力，滿足社會應(yīng)用型人才的需求是十分重要的。

目前單片機的理論教學(xué)一般是根據(jù)章節(jié)順序，依次講授單片機的硬件結(jié)構(gòu)、指令系統(tǒng)、程序設(shè)計、中斷、定時器、I/O口、串行通信、擴展等技術(shù)，這與其它課程一樣符合基本的認(rèn)知規(guī)律，但這種教學(xué)模式在單片機教學(xué)中其實效果很差。其主要表現(xiàn)在：

1.教學(xué)內(nèi)容與實際應(yīng)用脫節(jié)，課程知識與社會和產(chǎn)業(yè)需求脫節(jié)。

目前大多數(shù)單片機原理教材前面章節(jié)安排的是單片機基本原理和內(nèi)部結(jié)構(gòu)，學(xué)生在學(xué)習(xí)指令系統(tǒng)和匯編語言等內(nèi)容時常常感到晦澀難懂，而在學(xué)習(xí)后面應(yīng)用實例的過程中，部分基礎(chǔ)差的學(xué)生由于沒有掌握扎實的基礎(chǔ)理論知識而導(dǎo)致學(xué)習(xí)困難，以至失去學(xué)習(xí)興趣。而且目前社會上急需精通STM32等32位單片機的人才，而大量高校仍然只開設(shè)mcs51等8位單片機課程，而32位單片機課程開設(shè)很少，學(xué)生只能靠自學(xué)或者課外培訓(xùn)來獲取相應(yīng)的知識，這樣使學(xué)生在參加比賽或者做畢業(yè)設(shè)計時不能得心應(yīng)手，更不能很好的滿足社會的需求。

2.教學(xué)重理論而輕實踐。

不少高校在單片機課程學(xué)時設(shè)置時，理論學(xué)時往往占據(jù)了很大比例，而實驗學(xué)時占比較少，雖然理論對實踐具有一定的指導(dǎo)意義，但較少的實驗學(xué)時，也會導(dǎo)致理論知識來不及消化的問題。并且，現(xiàn)有的單片機課程實驗臺基本都是實驗箱，實驗箱是由不同功能的電路模塊板組成，各種器件已經(jīng)焊接在電路板上，學(xué)生只需要通過導(dǎo)線將各個模塊按原理圖連接在一起，再按照實驗指導(dǎo)書的步驟，就可以寫程序、編譯、下載和觀察結(jié)果。這使得學(xué)生集中精力在軟件編程訓(xùn)練，而對于硬件設(shè)計訓(xùn)練則偏少。學(xué)生對電路的工作原理缺乏思考，抑制了學(xué)生對硬件電路設(shè)計的創(chuàng)新，即使學(xué)生熟練地完成了實驗，其實踐動手能力仍然不能適應(yīng)當(dāng)代電子產(chǎn)品設(shè)計的要求。

三、面向新工科的單片機課程教學(xué)改革探索

1.適應(yīng)新工科發(fā)展，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容

隨著電子技術(shù)和市場需求的不斷變化，單片機技術(shù)也隨之發(fā)展進(jìn)步，高校要通過參加企業(yè)調(diào)研和人才招聘會等方式了解企業(yè)對單片機人才的需求情況，不斷優(yōu)化調(diào)整教學(xué)內(nèi)容，從而形成以市場需求為導(dǎo)向、以項目內(nèi)容為驅(qū)動的教學(xué)大綱。另外，要適當(dāng)引入stm32等32位單片機的內(nèi)容，將單片機與嵌入式操作系統(tǒng)如LINUX等內(nèi)容結(jié)合起來，以解決教學(xué)內(nèi)容與實際應(yīng)用脫節(jié)的問題，提升學(xué)生綜合使用單片機技術(shù)進(jìn)行智能產(chǎn)品設(shè)計的能力。利用 Keil 和 Proteus 軟件進(jìn)行虛擬仿真教學(xué)，結(jié)合實例講解單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計，逐步培養(yǎng)學(xué)生硬件設(shè)計和軟件編程能力。根據(jù)單片機的發(fā)展和智能化應(yīng)用趨勢，逐步增加基于單片機的智能機器人等教學(xué)內(nèi)容。

2.改革教學(xué)方法，豐富教學(xué)手段

在單片機課程課堂教學(xué)中，圍繞激發(fā)學(xué)生興趣和提高學(xué)生單片機實踐應(yīng)用能力采用新的教學(xué)形式、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法等進(jìn)行改革實踐。在教學(xué)形式上改變了課堂上教師講、學(xué)生聽的方式，對于重點和難理解內(nèi)容，學(xué)生在課堂上研討交流，教師進(jìn)行講評。在教學(xué)方法上將自制的實驗板和筆記本電腦帶進(jìn)課堂，邊講授理論邊用實驗板實驗，教學(xué)內(nèi)容上進(jìn)行重構(gòu)優(yōu)化，以適應(yīng)課堂上有限的時間，縮減課堂理論講解內(nèi)容，增加實踐任務(wù)，引導(dǎo)學(xué)生主動學(xué)習(xí)、實踐、討論，課堂上教師逐一輔導(dǎo)、答疑和講評。

3.建立“以競促教、競教結(jié)合”的實踐教學(xué)平臺

學(xué)科競賽以課堂教學(xué)為基礎(chǔ)，通過參加比賽，培養(yǎng)學(xué)生獨立工作、理論聯(lián)系實際的能力，可作為實踐教學(xué)的重要組成部分，培養(yǎng)和提高學(xué)生的創(chuàng)新思維能力、團(tuán)隊精神、解決實際問題和實踐能力，對于提高教學(xué)質(zhì)量，具有不可替代的作用。通過讓學(xué)生參加省部級或者校級的電子產(chǎn)品設(shè)計大賽，使學(xué)生在實踐中學(xué)習(xí)單片機課程及其課程設(shè)計知識，積極主動地查閱文獻(xiàn)和閱讀參考資料，在“解決問題”中提高學(xué)生的單片機課程實踐能力，適應(yīng)當(dāng)前單片機技術(shù)發(fā)展的時代要求。

4、改革考核評價方式

傳統(tǒng)的單片機課程考核方式大多以期末考試為主，我們的教育花費了大量的時間和精力去考核學(xué)生對知識的掌握，而不是能力的提升。在考核方式改革上，可以通過將平時實驗成績計入評定標(biāo)準(zhǔn)，另外如果學(xué)生能提供自己設(shè)計的單片機產(chǎn)品，并能回答完整的設(shè)計過程，那么設(shè)計的產(chǎn)品也可以計入考核分?jǐn)?shù)。這樣通過改變單純的卷面考試，不僅可以大大提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，而且能夠培養(yǎng)學(xué)生實踐動手能力、創(chuàng)新能力、跨學(xué)科思維和團(tuán)隊合作精神的培養(yǎng)。

5.組建課外興趣小組，綜合式激發(fā)學(xué)生創(chuàng)造能力

單純的依靠課內(nèi)的學(xué)時，無法滿足學(xué)生探求新知的進(jìn)一步要求。為此，通過組建課外興趣小組，讓學(xué)生自己選題來設(shè)計一些綜合性的智能產(chǎn)品，不僅可以鍛煉學(xué)生的團(tuán)隊合作能力，而且可以使學(xué)生將所學(xué)的傳感器、模電數(shù)電、單片機、無線傳感網(wǎng)絡(luò)等課程知識進(jìn)行有機的結(jié)合，進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。此外，教師還可指引學(xué)生了解指紋識別、顏色識別、語音識別、電力載波、電機驅(qū)動、無線通信、射頻識別等方面的知識，培養(yǎng)學(xué)生的知識交叉融合能力和工程應(yīng)用。

6.教師要不斷優(yōu)化知識結(jié)構(gòu)，以提高教學(xué)效果

教師的教是為了學(xué)生的學(xué)， 學(xué)生的學(xué)又影響到教師的教， 兩者相互依存， 缺一不可， 任何一方的活動都以另一方為條件， 故而在教學(xué)過程中教師的主導(dǎo)作用尤為重要。由于科技的飛速發(fā)展， 教學(xué)內(nèi)容的不斷更新， 教學(xué)本身對教師的知識結(jié)構(gòu)和專業(yè)水平提出了越來越高的要求。教師已有的知識會顯得陳舊，如果不注重業(yè)務(wù)進(jìn)修， 不去博覽群書， 不去用更多更新的知識充實自己， 就不可能適應(yīng)新的教學(xué)要求， 也就不能保證教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果。因此教師只有博學(xué)多才， 業(yè)務(wù)精湛，才能得到學(xué)生的認(rèn)可。

四、結(jié)語

針對單片機原理及應(yīng)用課程教學(xué)長期存在的不足和問題，本人結(jié)合當(dāng)前新工科的要求以及自身的教學(xué)實踐，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式以及教學(xué)目標(biāo)等方面提出了一系列改進(jìn)和改革措施，通過教學(xué)實踐觀察和結(jié)果反饋，上述的改革措施可以取得一定的成效，學(xué)生對于單片機學(xué)習(xí)的興趣大大增強，發(fā)現(xiàn)和分析問題的能力以及解決問題的能力都得到了很好地提高。

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