以應(yīng)用能力培養(yǎng)為導(dǎo)向的單片機(jī)實(shí)踐教學(xué)改革

宋天慧 錢進(jìn) 花麗 郝運(yùn)

摘要：單片機(jī)課程應(yīng)用性與實(shí)踐性強(qiáng)，目前單片機(jī)課程教學(xué)中大多通過教師講授的方式，造成學(xué)生應(yīng)用能力差，無法滿足應(yīng)用型人才培養(yǎng)需求。結(jié)合單片機(jī)課程實(shí)踐教學(xué)現(xiàn)狀，本著以學(xué)生為中心的教育理念，該文以學(xué)生實(shí)踐能力培養(yǎng)為導(dǎo)向，從改變傳統(tǒng)教學(xué)理念，理論與實(shí)踐并重;改變實(shí)踐課教學(xué)模式，仿真與實(shí)物齊用;調(diào)整實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，提高設(shè)計(jì)性和綜合性實(shí)驗(yàn)比例;改變傳統(tǒng)考核評價(jià)機(jī)制，提高實(shí)踐占比四個(gè)方面提出了單片機(jī)課程實(shí)踐教學(xué)改革策略。實(shí)踐表明，經(jīng)過教學(xué)改革后，學(xué)生應(yīng)用能力得到提高，對理論知識獲得了更深入理解，為后續(xù)課程學(xué)習(xí)打下了基礎(chǔ)，有助于知識技能和專業(yè)素養(yǎng)的提高。

關(guān)鍵詞：應(yīng)用能力;單片機(jī);實(shí)踐教學(xué);考核機(jī)制;開發(fā)板

中圖分類號：G642? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2022）04-0146-02

1 引言

單片機(jī)以其體積小、低功耗、高抗干擾能力以及高性能價(jià)格比等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)生活的各個(gè)領(lǐng)域，成為現(xiàn)代電子系統(tǒng)中最重要的智能化工具[1]。單片機(jī)課程屬于應(yīng)用型較強(qiáng)的一門課程，在很多應(yīng)用型院校中均已開設(shè)[2]，該課程注重理論與實(shí)踐的結(jié)合，強(qiáng)調(diào)學(xué)生創(chuàng)新思維與動手能力的培養(yǎng)[3]。但傳統(tǒng)的教學(xué)方法只是通過老師傳授，對實(shí)踐能力的培養(yǎng)不夠重視，造成學(xué)生實(shí)踐能力差，一碰到需要設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的東西毫無頭緒。為體現(xiàn)學(xué)生的教學(xué)主體地位，滿足國家對創(chuàng)新實(shí)踐型人才培養(yǎng)的需要，本文提出改革思路及具體措施，進(jìn)一步提升該課程教學(xué)質(zhì)量，提高學(xué)生學(xué)習(xí)效果。

2 教學(xué)改革的必要性

在單片機(jī)實(shí)際教學(xué)過程中，教材所對應(yīng)的大部分知識點(diǎn)零散，理論性強(qiáng)，學(xué)生普遍反映該課程過于抽象，晦澀難懂。僅通過理論課程的講授，學(xué)生無法理解單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)、工作原理和設(shè)計(jì)方法，因此實(shí)踐課程顯得尤為重要。而目前實(shí)踐課時(shí)短，學(xué)生在有限的實(shí)踐課上僅機(jī)械重復(fù)課本或者老師設(shè)定好的步驟，對于其中原理不加以理解，無法做到與理論部分的融會貫通，實(shí)踐能力也無法得到實(shí)質(zhì)性的提升?，F(xiàn)階段考核中，理論知識的考核占比較高，其弊端日益顯露了出來，學(xué)生為了應(yīng)付考試死記硬背，通過考試無法客觀評價(jià)學(xué)生掌握程度的好壞，也無法通過考試來督促學(xué)生知識的掌握和能力的提高，因而為了激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，實(shí)現(xiàn)理論課程和實(shí)踐課程的融合，以實(shí)踐促理論，以理論指導(dǎo)實(shí)踐，達(dá)到相輔相成的效果，單片機(jī)實(shí)踐課程改革勢在必行。

3 單片機(jī)實(shí)踐課程教學(xué)改革策略

針對單片機(jī)實(shí)踐教學(xué)現(xiàn)狀，從四個(gè)方面提出改革思路和具體措施，力求通過以下措施加深學(xué)生對相關(guān)知識的掌握，提高課程教學(xué)質(zhì)量，提升學(xué)生實(shí)踐能力和綜合實(shí)力。

3.1 改變傳統(tǒng)教學(xué)理念，理論與實(shí)踐并重

傳統(tǒng)的單片機(jī)教學(xué)中過于注重理論知識的講授，力求通過書本使學(xué)生掌握單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)、工作原理和系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法等，未考慮單片機(jī)課程的應(yīng)用性和實(shí)踐性，致使學(xué)生覺得學(xué)習(xí)內(nèi)容抽象難懂，導(dǎo)致學(xué)生實(shí)踐能力差，無法滿足應(yīng)用型人才培養(yǎng)的要求[4]?！凹埳系脕斫K覺淺，絕知此事要躬行”，科技突飛猛進(jìn)的新時(shí)代，對學(xué)生的實(shí)踐能力要求更高。為使學(xué)生在理論學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上學(xué)以致用，改變“紙上談兵”的學(xué)習(xí)結(jié)果，培養(yǎng)其創(chuàng)新能力和邏輯思維能力，為后續(xù)課程和今后的工作打下基礎(chǔ)，需要對該課程實(shí)踐環(huán)節(jié)提起重視。

目前很多學(xué)校單片機(jī)課程設(shè)置理論和實(shí)踐的課時(shí)比是2：1，采用的是“先上理論后上實(shí)踐”的模式[4]，實(shí)踐環(huán)節(jié)課時(shí)分配少，接觸具體單片機(jī)應(yīng)用項(xiàng)目開發(fā)實(shí)踐需在10周以后，因時(shí)間關(guān)系開發(fā)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)只能倉促收尾，造成理論與實(shí)踐不能同步。因此，建議增加單片機(jī)實(shí)踐課時(shí)，提倡開設(shè)課程設(shè)計(jì)，讓學(xué)生真正通過自己的設(shè)計(jì)看到效果，在感受成功的同時(shí)，將理論知識融會貫通?？蓪⒄n堂教學(xué)移到實(shí)驗(yàn)室，突破傳統(tǒng)的理論與實(shí)踐的界限，實(shí)驗(yàn)室提供仿真環(huán)境和實(shí)驗(yàn)器材，學(xué)生跟著教師邊學(xué)邊做。教師講解過程中要把握重點(diǎn)、難點(diǎn)，注重精講解疑。講練結(jié)合，加大練習(xí)力度，在練習(xí)中不斷發(fā)現(xiàn)問題解決問題，在此過程中學(xué)生興趣將不斷增加，學(xué)習(xí)的主觀能動性將會不斷增強(qiáng)。

3.2 改變實(shí)踐課教學(xué)模式，仿真與實(shí)物齊用

不僅實(shí)踐課程的重視程度需要提高，其教學(xué)模式也需要改變。在傳統(tǒng)的實(shí)踐課教學(xué)中，有些學(xué)校通過仿真進(jìn)行教學(xué)，有些學(xué)校通過使用開發(fā)板進(jìn)行教學(xué)，但這兩種方式是相輔相成，相互促進(jìn)的。在課程中，教師可首先通過開發(fā)板進(jìn)行實(shí)物演示，首先給學(xué)生直觀的視覺沖擊，再進(jìn)行理論知識的講解，然后在學(xué)生實(shí)踐環(huán)節(jié)中先使用仿真軟件，再引入開發(fā)板，具體介紹如下。

實(shí)踐初階段為仿真實(shí)驗(yàn)階段，具體過程包括在Proteus 軟件中設(shè)計(jì)電路圖、Keil 軟件中編寫程序并編譯、Keil和Proteus聯(lián)合仿真、程序調(diào)試和輸出實(shí)驗(yàn)結(jié)果，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果繼續(xù)完善程序。應(yīng)用Proteus 及 Keil這兩個(gè)單片機(jī)仿真軟件，可以更加直觀地了解單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，學(xué)生可以單步執(zhí)行，查看每一步執(zhí)行結(jié)束后存儲器和外設(shè)所產(chǎn)生的變化，或通過任意修改參數(shù)對比實(shí)驗(yàn)效果[5]。通過仿真實(shí)踐，可了解單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，使剛剛接觸單片機(jī)的學(xué)生敢于嘗試，并在嘗試中不斷完善提高。

在對單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理有了一定基礎(chǔ)后，可將開發(fā)板引入實(shí)踐環(huán)節(jié)。具體過程包括開發(fā)環(huán)境的安裝、Keil 軟件中編寫程序并編譯、程序燒寫、程序調(diào)試、輸出實(shí)驗(yàn)結(jié)果，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果繼續(xù)完善程序。該過程中學(xué)生對于Keil軟件的使用已經(jīng)有了一定基礎(chǔ)，其主要區(qū)別在于將仿真軟件變成了開發(fā)板實(shí)物，但開發(fā)板實(shí)物與單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的硬件構(gòu)成比較接近，更貼近實(shí)際。利用開發(fā)板開展多種設(shè)計(jì)性和綜合性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的練習(xí)，在練習(xí)中不斷加深理論知識的理解，提高學(xué)生單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)的能力。

3.3 調(diào)整實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，提高設(shè)計(jì)性和綜合性實(shí)驗(yàn)比例

仿真軟件和開發(fā)板引入實(shí)踐環(huán)節(jié)后，再進(jìn)一步調(diào)整實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，可以使學(xué)生綜合素質(zhì)得到更大的提升。目前單片機(jī)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目多為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，設(shè)計(jì)性或者綜合性實(shí)驗(yàn)占比較小，學(xué)生大多機(jī)械地按照設(shè)定好的步驟完成實(shí)驗(yàn)操作，無法充分體現(xiàn)實(shí)驗(yàn)開設(shè)的價(jià)值[6]。

調(diào)整實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，增加設(shè)計(jì)性和綜合性實(shí)驗(yàn)的比例，并以開放性實(shí)驗(yàn)和校級、省市級、國家級競賽促進(jìn)學(xué)習(xí)。實(shí)驗(yàn)課前，將實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目及相關(guān)預(yù)習(xí)資料發(fā)給學(xué)生，并設(shè)置實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)報(bào)告督促學(xué)生完成預(yù)習(xí)。實(shí)驗(yàn)課中，可以通過預(yù)習(xí)報(bào)告查看學(xué)生預(yù)習(xí)情況，并通過預(yù)習(xí)報(bào)告來指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)課中老師講解的深度以及時(shí)長，根據(jù)預(yù)習(xí)，學(xué)生有了初步的設(shè)計(jì)思路，實(shí)驗(yàn)課堂上可更快地進(jìn)入狀態(tài)，效率更高。實(shí)踐環(huán)節(jié)后期，讓學(xué)生分組開展一些小型項(xiàng)目，可結(jié)合有關(guān)的學(xué)科競賽以及大學(xué)生創(chuàng)新活動，進(jìn)一步拔高學(xué)生實(shí)踐能力。實(shí)踐過程是學(xué)生分析問題和解決問題能力的提升過程，也是思想碰撞和思維拓展的過程，學(xué)生在不斷交流和協(xié)作中得以共同成長。

3.4 改變傳統(tǒng)考核評價(jià)機(jī)制，提高實(shí)踐占比

積極的評價(jià)機(jī)制有利于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動性，激發(fā)學(xué)生強(qiáng)烈的學(xué)習(xí)動機(jī)[7]。以往考核以期末理論試卷為主，為了突擊考試，學(xué)生考前幾天死記硬背，其掌握情況僅停留在對部分理論知識的短時(shí)記憶層面，出現(xiàn)了高分低能的現(xiàn)象。新的考核方式采用“M+2”模式，“M”代表平時(shí)多項(xiàng)考核成績，“2”代表期末理論成績和期末實(shí)踐成績，考核評價(jià)更加注重過程考核和實(shí)踐能力考核。具體成績評定方式的主要構(gòu)成及比例：期末實(shí)踐考試 （30%）+期末理論考試（30%）+平時(shí)成績（40%）。期末實(shí)踐考試要求學(xué)生現(xiàn)場完成實(shí)踐項(xiàng)目、編寫程序并調(diào)試通過;期末理論考試要求學(xué)生掌握單片機(jī)必備的基礎(chǔ)知識;平時(shí)成績由課堂表現(xiàn)、出勤、筆記、作業(yè)和實(shí)驗(yàn)構(gòu)成。該考核評價(jià)方式既突出了過程學(xué)習(xí)的重要性，減少了期末考試?yán)碚撜急?，又增加了?shí)踐操作，使學(xué)生重視動手能力的鍛煉，可對其學(xué)習(xí)效果進(jìn)行更為全面的評價(jià)。

4 結(jié)語

根據(jù)相關(guān)分析發(fā)現(xiàn)，單片機(jī)課程教學(xué)改革完成后，學(xué)生的成績及實(shí)踐能力均得到了明顯的提升，教學(xué)效果顯著。很多學(xué)生反饋他們對課程知識掌握得更加扎實(shí)，理解更為深入，在后續(xù)類似的課程學(xué)習(xí)中，可以有的放矢，不少學(xué)生在學(xué)科競賽以及大創(chuàng)活動中也取得了較好的成績。

本文以培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用能力為目標(biāo)，結(jié)合單片機(jī)實(shí)踐教學(xué)現(xiàn)狀，對適用于該課程的教學(xué)改革策略進(jìn)行探討。改變傳統(tǒng)教學(xué)理念，理論與實(shí)踐并重，增加單片機(jī)實(shí)踐課時(shí)，將課堂教學(xué)移到實(shí)驗(yàn)室，突破理論與實(shí)踐的界限;改變實(shí)踐課教學(xué)模式，仿真與實(shí)物齊用，實(shí)現(xiàn)兩者的優(yōu)勢互補(bǔ);調(diào)整實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，提高設(shè)計(jì)性和綜合性實(shí)驗(yàn)比例，促進(jìn)學(xué)生邏輯思維拓展;改變傳統(tǒng)考核評價(jià)機(jī)制，提高實(shí)踐占比，使學(xué)生重視動手能力的鍛煉，為單片機(jī)后續(xù)課程打下良好的基礎(chǔ)，有助于知識技能和專業(yè)素養(yǎng)的提高。

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收稿日期：2021-06-26

基金項(xiàng)目：泰州學(xué)院教育教學(xué)改革項(xiàng)目：新工科視域下地方高校信息類專業(yè)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)人才培養(yǎng)模式改革與實(shí)踐（2020JGA01）

作者簡介：宋天慧（1991—）， 女，河北保定人，助教，碩士，主要研究方向?yàn)閱纹瑱C(jī)教學(xué)、智能信息處理;錢進(jìn)（1989—），男，江蘇揚(yáng)州人，講師，博士，主要研究方向?yàn)閱纹瑱C(jī)教學(xué)、車聯(lián)網(wǎng)通信;花麗（1979—），女，江蘇興化人，副教授，碩士，主要研究方向?yàn)槲锫?lián)網(wǎng)安全;郝運(yùn)（1993—），男，江蘇興化人，助教，碩士，主要研究方向?yàn)樽詣踊夹g(shù)。