以學(xué)生科技競賽促進(jìn)單片機(jī)課程改革的研究

郭媛 易燦燦

摘?要：單片機(jī)是一門理論與實(shí)踐充分結(jié)合的課程，其中融合了電子、計(jì)算機(jī)、傳感器和自動進(jìn)行課程學(xué)習(xí)的時候普遍反映課程難度大、知識點(diǎn)多、理解困難等諸多問題，為此提出了以學(xué)生科技競賽促進(jìn)單片機(jī)課程改革的全新教學(xué)模式，突出科技競賽對本科生課程學(xué)習(xí)和知識掌握的引領(lǐng)作用。

關(guān)鍵詞：單片機(jī);課程改革;學(xué)生科技競賽

Research on Promoting the Reform of MCU Course with Subject Competition

Guo Yuan 1，2?Yi Cancan 1，2

1.The Key Laboratory of Metallurgical Equipment and Control of Education Ministry，

Wuhan University of Science and Technology?HubeiWuhan?430081;

2.Hubei Key Laboratory of Mechanical Transmission and Manufacturing Engineering，

Wuhan University of Science and Technology?HubeiWuhan?430081

Abstract：MCU is a course that combines theory with practice fully，which integrates relevant knowledge of many subjects such as electronics，computer，sensor，automatic control，and highlights methods and skills in mechatronics technology.However，undergraduates generally reflect many problems，such as course difficulty，knowledge points and understanding difficulties when they are studying the course.Therefore，a new teaching model for promoting the reform of the MCU course with subject competition is proposed in this paper，and it highlights the leading role of subject competition in undergraduate course learning and knowledge acquisition.

Key words：MCU;Course Reform;Subject Competition

一、緒論

隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展和信息化時代的到來，智能制造、工業(yè)4.0、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)成為當(dāng)前社會發(fā)展的主流，在這樣大的背景下單片機(jī)技術(shù)以其體積小、重量輕、抗干擾能力強(qiáng)、價格低廉、可靠性和可拓展性好受到了人們的廣泛關(guān)注和重視[1]。但是單片機(jī)包含了硬件結(jié)構(gòu)、指令系統(tǒng)、中斷系統(tǒng)、定時器/計(jì)數(shù)器、通訊接口、AD及DA轉(zhuǎn)換等眾多基本知識點(diǎn)，這對學(xué)生在理論學(xué)習(xí)上提出了很高的要求，容易導(dǎo)致一知半解的現(xiàn)象。學(xué)生科技競賽作為高校本科生實(shí)踐創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)培養(yǎng)的重要手段，對學(xué)生的成長成才具有重要的促進(jìn)和引導(dǎo)作用。因此，以“學(xué)以致用”為目標(biāo)，以學(xué)生科技競賽中遇到的實(shí)踐問題為基本出發(fā)點(diǎn)，突出“實(shí)踐”環(huán)節(jié)，以整體方案設(shè)計(jì)和軟硬件訓(xùn)練相結(jié)合的方式，針對單片機(jī)課程改革中的典型環(huán)節(jié)開展實(shí)踐研究，培養(yǎng)學(xué)生獲取知識、運(yùn)用知識、產(chǎn)生知識的能力。

二、目前單片機(jī)教學(xué)存在的問題

（一）理論描述抽象，缺乏對知識的系統(tǒng)把握

“單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)”課程是一門職業(yè)能力基礎(chǔ)課程，但是卻有很強(qiáng)的理論性。大多高校的單片機(jī)課程以單片機(jī)的結(jié)構(gòu)為主線，按照教科書的章節(jié)排列順序，針對單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)、指令系統(tǒng)、中斷系統(tǒng)、定時器/計(jì)數(shù)器等理論知識進(jìn)行著重而詳細(xì)的講解[2]。對單片機(jī)系統(tǒng)的擴(kuò)展和各種外設(shè)的應(yīng)用部分一筆帶過，而最重要的單片機(jī)基本電路、軟硬件綜合運(yùn)用等偏向系統(tǒng)設(shè)計(jì)的部分卻很少涉及。

雖然按照此順序教學(xué)有利于夯實(shí)學(xué)生的基礎(chǔ)理論，但是這些課程大多偏重理論體系完備性，略顯抽象，要學(xué)生憑借自己的想象來理解單片機(jī)的工作原理不太現(xiàn)實(shí)。此外，學(xué)生因形式化教學(xué)導(dǎo)致知識比較零散、沒有建立與模電、數(shù)電等先修課程的聯(lián)系，知識體系不完備，學(xué)生在課程結(jié)束時也無法全面地了解單片機(jī)，進(jìn)而導(dǎo)致學(xué)生無法用單片機(jī)解決實(shí)際問題，阻礙了學(xué)生在實(shí)際系統(tǒng)與抽象的理論方法之間建立自然聯(lián)系，以及系統(tǒng)分析解決實(shí)際問題能力的提高。

（二）重理論、輕實(shí)踐，缺乏有效的實(shí)踐方式

因教學(xué)課時的限制，很多教師在進(jìn)行單片機(jī)知識教學(xué)的時候，過于強(qiáng)調(diào)理論課程講述，壓縮了實(shí)踐教學(xué)的環(huán)節(jié)，而單片機(jī)的實(shí)踐正是其一大特色，如果只展開理論知識學(xué)習(xí)，學(xué)生根本沒有辦法充分認(rèn)識到這些晦澀難慬的知識實(shí)現(xiàn)過程，知其然而不知其所以然，久而久之，他們的學(xué)習(xí)興趣會變得越來越低，最終的學(xué)習(xí)目標(biāo)也只是為了通過考試。

雖然很多高校也開設(shè)了單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)，但這些課程往往以驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，學(xué)生只需要按照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書步驟就能完成，完成實(shí)驗(yàn)時連最基本的單片機(jī)電路都不了解。學(xué)生在試驗(yàn)過程中根本不需要動腦思考為什么要這樣操作，學(xué)生在實(shí)踐環(huán)節(jié)遇到的問題，大多是軟件編程的問題，割裂了單片機(jī)工作過程中的軟硬結(jié)合的特點(diǎn)，使做實(shí)驗(yàn)變成生搬硬套的完成任務(wù)[3]。長此以往，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)完這門課程后仍然不了解單片機(jī)設(shè)計(jì)要領(lǐng)，更不能運(yùn)用單片機(jī)解決實(shí)際的工程問題。

（三）課程考核失衡，缺乏合理的考核機(jī)制

當(dāng)前大部分院校在進(jìn)行單片機(jī)課程考核的時候，所采用的評價考核的主要手段依舊是閉卷考試[4]，試卷上的內(nèi)容偏向于基本概念，題目大多需要記憶，學(xué)生考前突擊也能取得不錯的成績。對教師的考核則是查看是否完成了足量甚至超量的備課、作業(yè)、筆記、教學(xué)評價等內(nèi)容，而沒有將學(xué)生單片機(jī)應(yīng)用能力這一重要指標(biāo)納入教師教學(xué)成果評價體系中。

這種落后的評價考核方法擁有極大的局限性，為了獲得更好的成績，學(xué)生不得不進(jìn)行各種理論以及公式知識的死記硬背，而且還會很快遺忘，根本沒有辦法體現(xiàn)出學(xué)生的真實(shí)水平，學(xué)生也很難理解運(yùn)用。對于教師而言，學(xué)生學(xué)習(xí)成果無法對教師形成正向反饋，教好教壞一個樣，缺乏結(jié)合最新科技寓教于樂的動力。

三、學(xué)生科技競賽對單片機(jī)課程改革的促進(jìn)手段

（一）結(jié)合教學(xué)大綱和科技競賽的要求，促進(jìn)課程內(nèi)容的調(diào)整和結(jié)構(gòu)優(yōu)化

針對單片機(jī)教學(xué)課程存在的諸多不足，對培養(yǎng)方案予以適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。在滿足教學(xué)大綱要求的同時，對教材進(jìn)行相應(yīng)刪減，對于深奧的理論的內(nèi)容進(jìn)行刪除，增加一些在科技競賽中應(yīng)用比較廣泛的實(shí)際案例和最新的單片機(jī)理論知識。在理論教學(xué)模式的改革中，建立以具體項(xiàng)目為教學(xué)主線，通過有趣的實(shí)例引出問題，帶著問題學(xué)習(xí)理論內(nèi)容。在課程內(nèi)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，根據(jù)任務(wù)教學(xué)需要，將單片機(jī)“基于斷電保護(hù)的智能門禁系統(tǒng)”“基于單片機(jī)控制的快遞紙箱包裝機(jī)”“基于單片機(jī)的智能排風(fēng)扇”等國家級創(chuàng)新項(xiàng)目作為教學(xué)案例開展案例教學(xué)。通過案例教學(xué)，把分散知識點(diǎn)通過合適的邏輯關(guān)系整合到一起，培養(yǎng)學(xué)生系統(tǒng)分析問題的能力。

（二）以參與競賽為依托，促進(jìn)教師和學(xué)生的良性互動

“以賽促學(xué)”，通過組織學(xué)生利用單片機(jī)參加學(xué)科競賽培養(yǎng)學(xué)生的興趣，提高老師的教學(xué)能力。一方面，學(xué)生在參賽的過程中了解自己知識漏洞，激勵自己及時鞏固課內(nèi)內(nèi)容，完善知識體系。另一方面，開展學(xué)科競賽也是推動教師教育觀念的轉(zhuǎn)變和教學(xué)方法的革新方式之一。教師在教學(xué)過程中，對因材施教、師生互動的教學(xué)理念有更深的體會，并嘗試使用各種靈活而有效的教學(xué)方法。例如：根據(jù)競賽要求讓學(xué)生自主設(shè)計(jì)單片機(jī)系統(tǒng)，讓學(xué)生自己來講授單片機(jī)學(xué)習(xí)心得，培養(yǎng)學(xué)生和教師的團(tuán)隊(duì)意識，在兩者間形成相輔相成的良性循環(huán)。此外，比賽成果聚集了學(xué)?？蒲袑?shí)驗(yàn)資源、導(dǎo)師智慧、學(xué)生創(chuàng)新能力，是三者風(fēng)采展示的舞臺。

（三）以科技競賽結(jié)果和教學(xué)滿意率為達(dá)成度，促進(jìn)課程評價體系的轉(zhuǎn)變

引入競賽學(xué)分制和獎勵機(jī)制。學(xué)生通過參與競賽并取得成績可以申請創(chuàng)新學(xué)分來換取相應(yīng)的選修課學(xué)分、獎金、獎狀以及各類榮譽(yù)評選資格，逐漸減輕理論考試的比重，加大實(shí)踐環(huán)節(jié)的成績比例。將指導(dǎo)學(xué)生競賽成果高低作為教師教學(xué)成果考核的一部分，把考核重心轉(zhuǎn)移到培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力的環(huán)節(jié)上，以教學(xué)滿意率為達(dá)成度，動態(tài)調(diào)整教師教學(xué)工作量、獎金等評比指標(biāo)。相較于其他課程，這種考驗(yàn)學(xué)生實(shí)踐能力、合作精神，考驗(yàn)教師教學(xué)能力、競爭意識的“實(shí)戰(zhàn)”課程更易引起學(xué)生和教師的興趣與積極性。在這個過程中學(xué)生的綜合應(yīng)用能力也得到了提升，教師的教學(xué)水平也不斷的提高。

四、結(jié)語

單片機(jī)是一門兼具理論性和實(shí)踐性的課程，解決實(shí)際問題是其主要宗旨，而“以賽促學(xué)，以賽促改”恰是解決實(shí)際問題的一種有益嘗試。一方面，參加科技競賽是鍛煉學(xué)生綜合運(yùn)用知識、解決實(shí)際工程問題的有效方式;另一方面，指導(dǎo)科技競賽是激勵教師全面提高授課水平、了解學(xué)生課程訴求的良好手段。

參考文獻(xiàn)：

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基金項(xiàng)目：武漢科技大學(xué)教學(xué)研究項(xiàng)目2018X041

作者簡介：郭媛（1973-），女，漢族，河南人，碩士，教授，研究方向：虛擬儀器。