面向應(yīng)用型人才培養(yǎng)的單片機(jī)教學(xué)改革思考與探索

肖海寧 王福元 袁健 侯鵬亮 曾勇 張永悅

摘 要：《單片機(jī)原理與應(yīng)用》是高等學(xué)校機(jī)械類專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程，對(duì)培養(yǎng)機(jī)械領(lǐng)域應(yīng)用型人才實(shí)踐能力具有重要意義。首先分析了當(dāng)前單片機(jī)教學(xué)中存在的問題，其次，以培養(yǎng)高素質(zhì)應(yīng)用型人才為導(dǎo)向，對(duì)單片機(jī)教學(xué)改革進(jìn)行了思考和探索，從培養(yǎng)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段、考核體系等角度提出了改革措施。實(shí)踐表明，這些措施有助于培養(yǎng)學(xué)生對(duì)單片機(jī)知識(shí)的綜合應(yīng)用能力。

關(guān)鍵詞：教學(xué)改革;單片機(jī)原理與應(yīng)用;應(yīng)用型人才

一、緒論

近年來，為了推動(dòng)制造業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)，多個(gè)國(guó)家紛紛出臺(tái)了各自的智能制造發(fā)展戰(zhàn)略。而智能制造的實(shí)現(xiàn)離不開高素質(zhì)的人才，應(yīng)用型高校承擔(dān)著為社會(huì)培養(yǎng)應(yīng)用型人才的重任，因此，“如何優(yōu)化應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式，將培養(yǎng)目的從單純知識(shí)的傳授轉(zhuǎn)化對(duì)知識(shí)綜合應(yīng)用能力的培養(yǎng)?！币殉蔀閼?yīng)用型高校的重要研究課題。

《單片機(jī)原理與應(yīng)用》是機(jī)械類專業(yè)的一門必修課[1]。該課程以應(yīng)用廣泛的51系列單片機(jī)為學(xué)習(xí)對(duì)象，主要講述51系列單片機(jī)的軟硬件結(jié)構(gòu)、功能及工作原理[2]。由于單片機(jī)課程內(nèi)容多，學(xué)生普遍反應(yīng)單片機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、概念難理解，指令難記，缺乏學(xué)習(xí)興趣和動(dòng)力。即便是部分理論成績(jī)比較好的同學(xué)，在后續(xù)課程設(shè)計(jì)及畢業(yè)設(shè)計(jì)中也會(huì)暴露出理論知識(shí)應(yīng)用能力不強(qiáng)，實(shí)踐技能缺乏的現(xiàn)象。為了探索面向應(yīng)用型人才培養(yǎng)的單片機(jī)教學(xué)新模式，本文首先分析現(xiàn)階段單片機(jī)教學(xué)中存在的問題，其次，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)及考核方式改革等方面進(jìn)行探索，提出對(duì)應(yīng)的改進(jìn)措施，將人才培養(yǎng)目的從單純單片機(jī)知識(shí)的傳授轉(zhuǎn)化對(duì)知識(shí)綜合應(yīng)用能力的培養(yǎng)。

二、現(xiàn)階段單片機(jī)教學(xué)中存在的問題

（一）教學(xué)內(nèi)容過于偏重理論，教學(xué)效果不理想

以本?！秵纹瑱C(jī)原理與應(yīng)用》課程為例，共40學(xué)時(shí)，其中，理論32學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)部分僅有8學(xué)時(shí)。理論內(nèi)容較多，不少老師為了追求知識(shí)點(diǎn)的系統(tǒng)性和完整性，陷入貪多求全、過于偏重理論知識(shí)的誤區(qū)[3]。而對(duì)知識(shí)點(diǎn)的應(yīng)用場(chǎng)合及方法介紹較少。極易引發(fā)學(xué)生產(chǎn)生“不知如何用，學(xué)了沒有用。”的厭學(xué)情緒，教學(xué)效果不理想。

（二）教學(xué)方法單一、理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)嚴(yán)重脫節(jié)

單片機(jī)一般都是按照先理論后實(shí)驗(yàn)的順序組織教學(xué)，由于學(xué)時(shí)有限，在理論教學(xué)中，教學(xué)方法基本以知識(shí)點(diǎn)講授為主，在進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的理論講授后，學(xué)生基本已無學(xué)習(xí)熱情。等到實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)，由于學(xué)習(xí)熱情和時(shí)間差，學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)所需的理論知識(shí)基本已淡忘，不僅影響實(shí)驗(yàn)教學(xué)開展，也無法實(shí)現(xiàn)通過實(shí)驗(yàn)幫助理解理論知識(shí)的目的。

（三）考核方式單一、難以考查學(xué)生對(duì)知識(shí)的綜合應(yīng)用能力

目前，在不少高校的單片機(jī)課程考核體系中，期末成績(jī)占比較高，一般在70%以上，而實(shí)驗(yàn)成績(jī)和平時(shí)成績(jī)占比在30%以下，對(duì)學(xué)生實(shí)踐能力考核不夠重視。

三、單片機(jī)教學(xué)思考與探索

針對(duì)單片機(jī)教學(xué)中存在的上述問題，筆者所在的教學(xué)團(tuán)隊(duì)從培養(yǎng)目標(biāo)、教學(xué)手段、考核體系等角度開展了一系列的改革思考與探索，具體措施如下。

（一）面向地方產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求，構(gòu)建知識(shí)綜合應(yīng)用能力培養(yǎng)目標(biāo)

以鹽城本地及周邊區(qū)域機(jī)械產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求為切入點(diǎn)，依據(jù)機(jī)械行業(yè)不同崗位的工作任務(wù)構(gòu)建單片機(jī)課程教學(xué)的能力目標(biāo)。為此，教學(xué)團(tuán)隊(duì)成員通過分析企業(yè)不同崗位職責(zé)及其對(duì)應(yīng)用能力的需求，確立課程教學(xué)的能力目標(biāo)，如表1所示。增加了單片機(jī)的軟硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)、調(diào)試等能力的培養(yǎng)目標(biāo)。

（二）以知識(shí)綜合應(yīng)用能力為導(dǎo)向，對(duì)課程教學(xué)內(nèi)容及體系進(jìn)行優(yōu)化和重構(gòu)

針對(duì)單片機(jī)課程存在的理論知識(shí)多而學(xué)時(shí)少的問題，本著“以能力為導(dǎo)向，突出實(shí)用性”的原則，對(duì)單片機(jī)課程的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了重構(gòu)，首先，在知識(shí)點(diǎn)體系上，不再按照課程原有章節(jié)順序組織教學(xué)，而是根據(jù)能力目標(biāo)對(duì)課程知識(shí)點(diǎn)重新分類和統(tǒng)籌，整合成三個(gè)教學(xué)模塊，每個(gè)模塊包括的教學(xué)內(nèi)容、學(xué)時(shí)分配及支撐的能力目標(biāo)如表2所示。其次，在教學(xué)內(nèi)容上根據(jù)機(jī)械行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)課程內(nèi)容進(jìn)行了優(yōu)化和調(diào)整?？紤]到行業(yè)對(duì)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、調(diào)試、仿真等人才的需求日益增加，增加了Keil C51及Protel DXP軟件知識(shí)及操作能力培養(yǎng)教學(xué)。

（三）探索教學(xué)手段多樣化，形成“理論”與“實(shí)踐”有機(jī)結(jié)合的教學(xué)新模式

為了解決課程傳統(tǒng)教學(xué)中學(xué)時(shí)有限、教學(xué)方法單一的問題，基于“線上+線下混合教學(xué)”的思想，以中國(guó)大學(xué)MOOC為載體，制作了線上教學(xué)資源，在課前及課后指導(dǎo)學(xué)生利用網(wǎng)上教學(xué)資源自學(xué)，解決了學(xué)時(shí)不足的問題。

針對(duì)理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)嚴(yán)重脫節(jié)的現(xiàn)狀，筆者所在的教學(xué)團(tuán)隊(duì)將理論與實(shí)驗(yàn)教學(xué)相互融合，以單片機(jī)存儲(chǔ)器擴(kuò)展為例，改革前，該教學(xué)內(nèi)容分配了4個(gè)學(xué)時(shí)，均為理論學(xué)時(shí)，改革后，由于采用了“線上+線下混合教學(xué)”模式，單片機(jī)總線結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)擴(kuò)展能力等理論知識(shí)點(diǎn)均在課前通過線上方式完成了教學(xué)，從而將理論學(xué)時(shí)縮短至2學(xué)時(shí)，并在理論學(xué)習(xí)后，立即安排2學(xué)時(shí)的動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力。最后，增加課后項(xiàng)目設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，指導(dǎo)學(xué)生利用Protel軟件完成單片機(jī)存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路原理圖的繪制，增強(qiáng)學(xué)生工程能力素養(yǎng)。最終形成了“理論”與“實(shí)踐”有機(jī)結(jié)合的教學(xué)新模式。

（四）建立過程評(píng)價(jià)與期終評(píng)價(jià)相結(jié)合，能夠反映學(xué)生綜合素質(zhì)與能力的課程考核評(píng)價(jià)體系

基于學(xué)生能力培養(yǎng)目標(biāo)，教學(xué)團(tuán)隊(duì)建立了如表3所示的考核評(píng)價(jià)體系。對(duì)于理論知識(shí)部分，改革后的評(píng)價(jià)體系除了采用過程性評(píng)價(jià)與終結(jié)性評(píng)價(jià)相結(jié)合的方式，通過采用課堂提問、平時(shí)作業(yè)等過程性評(píng)價(jià)手段動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)學(xué)生在課程學(xué)習(xí)過程中的表現(xiàn)和取得的學(xué)習(xí)效果。而終結(jié)性評(píng)價(jià)采用期末閉卷考試來獲得，但從工程應(yīng)用能力的角度出發(fā)，不考察單純記憶性的考試題型，主要考察一些設(shè)計(jì)、分析類的題型，以此強(qiáng)化對(duì)學(xué)生綜合應(yīng)用能力的考查。對(duì)于實(shí)踐能力部分，其過程性評(píng)價(jià)由每一個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的實(shí)驗(yàn)操作和實(shí)驗(yàn)報(bào)告構(gòu)成，而終結(jié)性評(píng)價(jià)則通過項(xiàng)目設(shè)計(jì)來考察，將項(xiàng)目設(shè)計(jì)的成績(jī)作為期末實(shí)驗(yàn)考核成績(jī)。

四、改革效果及分析

上述改革措施目前已在鹽城工學(xué)院機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)的《單片機(jī)原理與應(yīng)用》課程的教學(xué)中逐步推行。根據(jù)具體的實(shí)施情況，改革實(shí)踐對(duì)課程教學(xué)帶來了如下的作用和效果：（1）通過構(gòu)建知識(shí)綜合應(yīng)用能力培養(yǎng)目標(biāo)，能夠使課程教學(xué)直接服務(wù)于崗位能力的培養(yǎng)需求，推動(dòng)了原有以知識(shí)為中心的教學(xué)向塑造工程實(shí)踐能力為中心轉(zhuǎn)變;（2）通過對(duì)課程內(nèi)容的優(yōu)化初步解決了學(xué)時(shí)不足問題，而課程內(nèi)容增加了Keil C51及Protel DXP軟件知識(shí)及操作能力培養(yǎng)內(nèi)容，能夠讓學(xué)生以應(yīng)用為出發(fā)點(diǎn)來學(xué)習(xí)理論，不僅有助于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，而且可以培養(yǎng)學(xué)生的工程意識(shí)和工程思維;（3）通過教學(xué)手段多樣化，使實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)占比大幅增加，實(shí)現(xiàn)了課程理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)的有機(jī)融合;（4）多元化的綜合考核評(píng)價(jià)體系不僅體現(xiàn)了課程考核的過程性和全面性，能夠反映出學(xué)生平時(shí)的學(xué)習(xí)狀態(tài)和最終的學(xué)習(xí)效果，有利于促使學(xué)生端正平時(shí)學(xué)習(xí)態(tài)度。

五、結(jié)語

《單片機(jī)原理與應(yīng)用》是應(yīng)用型本科院校機(jī)械類專業(yè)的主要必修課程之一，對(duì)培養(yǎng)機(jī)械領(lǐng)域應(yīng)用型人才實(shí)踐能力具有重要的意義。本文從人才培養(yǎng)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、考核體系等角度對(duì)《單片機(jī)理論及應(yīng)用》課程改革開展了一系列的思考和探索。初步實(shí)施表明這些措施能夠有效鍛煉學(xué)生運(yùn)用理論知識(shí)解決實(shí)際問題的綜合應(yīng)用能力，培養(yǎng)其工程思維和創(chuàng)新意識(shí)。

參考文獻(xiàn)：

[1]仝軍令，司卓印，梁斌.機(jī)械工程專業(yè)“單片機(jī)原理與接口技術(shù)”課程教學(xué)改革與實(shí)踐[J].教育教學(xué)論壇，2019（42）：127-128.

[2]張鵬程，等.“互聯(lián)網(wǎng)+”背景下《單片機(jī)原理與外圍電路》教學(xué)方法改革與探索[J].教育現(xiàn)代化，2019，6（45）：58-59.

[3]李莉娜，胡新顏.單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)教學(xué)改革和探索[J].科技風(fēng)，2020，5：52.

基金項(xiàng)目：鹽城工學(xué)院教改研究項(xiàng)目（學(xué)分縮減背景下的專業(yè)課教學(xué)質(zhì)量保證措施與控制對(duì)策研究，JYKT2019B007）;鹽城工學(xué)院教改研究項(xiàng)目（新工科背景下“機(jī)械類”專業(yè)基層教學(xué)組織建設(shè)研究，JYKT2019B008）

作者簡(jiǎn)介：肖海寧（1985—），男，江蘇南通人，博士，鹽城工學(xué)院講師，研究方向：制造系統(tǒng)仿真與優(yōu)化、AGVS調(diào)度理論及方法等。