應(yīng)用型模式下單片機(jī)課程的教學(xué)改革探索研究

應(yīng)用型形式下單片機(jī)課程的教學(xué)改革探究研究〔〕:

摘要：根據(jù)新時(shí)期單片機(jī)技術(shù)人才才能的社會(huì)需求和單片機(jī)課程的特點(diǎn)，基于應(yīng)用型人才培養(yǎng)形式，針對(duì)單片機(jī)原理及應(yīng)用課程教學(xué)中存在的問題，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、考核方式、工程教學(xué)及組建興趣小組進(jìn)展創(chuàng)新才能鍛煉等方面介紹了單片機(jī)課程改革的思路、內(nèi)容、措施和改革效果。理論說明，該改革對(duì)進(jìn)步學(xué)生單片機(jī)開發(fā)才能、綜合素質(zhì)和創(chuàng)新才能均有一定效果。

關(guān)鍵詞：應(yīng)用型；單片機(jī)；教學(xué)改革

本文引用格式：嚴(yán)海領(lǐng).應(yīng)用型形式下單片機(jī)課程的教學(xué)改革探究研究[J].教育現(xiàn)代化，2022，6〔72〕：202-203+215.

隨著當(dāng)今嵌入式產(chǎn)品的普及，嵌入式人才大量緊缺，一方面是該專業(yè)的門檻較高，需要扎實(shí)的硬件根底和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)方面的內(nèi)容；另一方面，嵌入式處理器更新速度太快。單片機(jī)課程是嵌入式人才培養(yǎng)的必修課，也是大學(xué)電子電氣等相關(guān)專業(yè)的核心課程【1】。該課程主要以單片機(jī)為對(duì)象，介紹單片機(jī)系統(tǒng)的構(gòu)造及設(shè)計(jì)方法，著重講述進(jìn)展系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)的根本概念和根本方法，為學(xué)生學(xué)習(xí)后續(xù)的嵌入式芯片和做系統(tǒng)開發(fā)打下堅(jiān)實(shí)的根底。但是在實(shí)際的教學(xué)中，由于單片機(jī)課程內(nèi)容多、涉及知識(shí)面廣、教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)方法等的不合理，學(xué)生普遍認(rèn)為單片機(jī)構(gòu)造復(fù)雜，概念抽象，指令難記，學(xué)習(xí)缺乏興趣，學(xué)習(xí)效果不理想。局部學(xué)習(xí)成績(jī)好的同學(xué)，還存在理論成績(jī)不錯(cuò)，但實(shí)際運(yùn)用才能不強(qiáng)等問題，所以很多公司對(duì)學(xué)生的技能不敢恭維。為解決市場(chǎng)上單片機(jī)及嵌入式人才緊缺而大量學(xué)生不能勝任的問題，我們從單片機(jī)和嵌入式人才的特征出發(fā)，對(duì)單片機(jī)原理及應(yīng)用課程教學(xué)中存在的問題進(jìn)展分析，然后從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、考核方式等方面進(jìn)展探究和改革。

一單片機(jī)課程教學(xué)中存在的問題

〔一〕目前單片機(jī)的教學(xué)主要是讓學(xué)生掌握單片機(jī)的構(gòu)造和工作原理，由于單片機(jī)構(gòu)造及原理看不到摸不著，學(xué)生沒有學(xué)習(xí)興趣，局部聽課同學(xué)也難以理解課程講的內(nèi)容。同時(shí)，由于教材所講大局部是理論知識(shí)，沒有引入案例進(jìn)展分析，學(xué)生無法掌握單片機(jī)的開發(fā)流程、思路和方法，因此也無法利用相關(guān)知識(shí)解決實(shí)際問題，無法到達(dá)應(yīng)用型人才培養(yǎng)的目的。

〔二〕目前單片機(jī)課程考核大局部采用的是閉卷的方式，出勤和作業(yè)成績(jī)占30%，期末考試成績(jī)占70%，題目也根本上是基于理論知識(shí)，理論和設(shè)計(jì)類的題目所占比例較少，無法從考核方式上引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)開發(fā)及應(yīng)用性質(zhì)的知識(shí)技能，也無法表達(dá)學(xué)生的開發(fā)創(chuàng)造才能。

〔三〕大局部學(xué)生不理解大學(xué)生比賽和工程，也不會(huì)參加相關(guān)的比賽和工程，學(xué)生缺乏相關(guān)的知識(shí)技能訓(xùn)練和活動(dòng)體驗(yàn)，進(jìn)而無法到達(dá)以賽促學(xué)、以工程引導(dǎo)學(xué)習(xí)的效果。

二相應(yīng)的改革措施

針對(duì)學(xué)生課上出現(xiàn)的問題，依托青年教師教學(xué)改革工程"應(yīng)用型形式下單片機(jī)課程的教學(xué)改革探究";，完成相應(yīng)課程改革。該工程2022年5月立項(xiàng)，工程的研究擬以14級(jí)能動(dòng)、15級(jí)能動(dòng)、16級(jí)能動(dòng)專業(yè)為主要研究對(duì)象，目前已完成14級(jí)能動(dòng)和15級(jí)能動(dòng)專業(yè)學(xué)生的教學(xué)任務(wù)。根據(jù)方案，在教學(xué)過程中對(duì)教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、單片機(jī)教材等都做了局部改良；同時(shí)引導(dǎo)學(xué)生組建興趣團(tuán)隊(duì)，目前興趣團(tuán)隊(duì)共主持自治區(qū)大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)工程兩項(xiàng)，一項(xiàng)已結(jié)題；引導(dǎo)局部同學(xué)參加了2022年全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽，一個(gè)團(tuán)隊(duì)獲得自治區(qū)三等獎(jiǎng)；由于16級(jí)能動(dòng)專業(yè)未開設(shè)單片機(jī)課程，后續(xù)修改工程方案，主要以14級(jí)電氣專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)及興趣團(tuán)隊(duì)為研究對(duì)象，單片機(jī)創(chuàng)新為主要改革方向。

〔一〕改革教學(xué)目的

目前單片機(jī)的教學(xué)主要是讓學(xué)生掌握單片機(jī)〔微機(jī)〕構(gòu)造和工作原理，由于單片機(jī)〔微機(jī)〕構(gòu)造及原理看不到摸不著，學(xué)生沒有學(xué)習(xí)興趣，局部聽課同學(xué)也難以理解課程講的內(nèi)容。針對(duì)單片機(jī)課程的應(yīng)用性質(zhì)，明確課程的最終目的是應(yīng)用單片機(jī)這個(gè)工具解決實(shí)際中的問題。授課過程中始終給學(xué)生傳遞這一思想:我們要學(xué)以致用。

〔二〕改革教學(xué)教材

為了引入工程教學(xué)的思想，增加案例教學(xué)，我們對(duì)教材進(jìn)展了更換。由北京航空航天大學(xué)出版社出版的?單片機(jī)原理及接口技術(shù)?，更換為電子科技大學(xué)出版社出版的?單片機(jī)原理與應(yīng)用?。該教材簡(jiǎn)化了單片機(jī)理論的難度和深度，加強(qiáng)了理論教學(xué)的內(nèi)容，強(qiáng)調(diào)了單片機(jī)技術(shù)的應(yīng)用才能。

〔三〕改革教學(xué)內(nèi)容

根據(jù)單片機(jī)的教學(xué)目的，依托單片機(jī)的教材，在介紹了單片機(jī)的構(gòu)造和工作原理的根底上，增加了單片機(jī)的開發(fā)工具、開發(fā)流程和方法。引入與生活相關(guān)的任務(wù)，每個(gè)知識(shí)模塊分為"任務(wù)引入";，"任務(wù)分析";，"相關(guān)知識(shí)";，"任務(wù)施行";，"任務(wù)拓展";五局部【2】。"任務(wù)引入";讓學(xué)生理解要解決什么問題；"任務(wù)分析";分析解決問題的思路、方法和要到達(dá)的效果；"相關(guān)知識(shí)";闡述要解決問題需要的根底知識(shí)和方法；"任務(wù)施行";指導(dǎo)學(xué)生利用所學(xué)知識(shí)解決問題；"任務(wù)拓展";通過橫向或縱向的知識(shí)拓展，進(jìn)一步進(jìn)步學(xué)生的才能。

〔四〕改革教學(xué)方法

充分利用多媒體技術(shù)，展現(xiàn)單片機(jī)的開發(fā)過程；由于該課程未設(shè)置實(shí)驗(yàn)和課程設(shè)計(jì)，授課中利用工程教學(xué)的方法，設(shè)計(jì)了假設(shè)干組可實(shí)現(xiàn)的工程，引導(dǎo)學(xué)生自主開發(fā)學(xué)習(xí)使用單片機(jī)；

〔五〕改革評(píng)價(jià)體系并完成問卷調(diào)查及數(shù)據(jù)分析

傳統(tǒng)的平時(shí)成績(jī)一般由課后作業(yè)和出勤兩局部組成的，由于授課過程中給學(xué)生布置了工程作業(yè)，后續(xù)評(píng)價(jià)時(shí)將該局部成績(jī)納入到平時(shí)成績(jī)中，作為成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)的一局部，引導(dǎo)學(xué)生積極參與單片機(jī)的開發(fā)學(xué)習(xí)。

學(xué)期完畢后，對(duì)15能動(dòng)1班和2班同學(xué)設(shè)置了針對(duì)教材選擇、工程大作業(yè)設(shè)定、教師授課方法、考核方式、是否愿意參加大賽及工程等一系列改革措施的問卷調(diào)查，并完成數(shù)據(jù)分析。

調(diào)查結(jié)果顯示：81.3%的同學(xué)認(rèn)為單片機(jī)課程有用，18.7%的同學(xué)認(rèn)為沒有太大用；67.3%的同學(xué)認(rèn)為教材選擇較適宜，27.1%的同學(xué)認(rèn)為一般，5.6%的同學(xué)認(rèn)為教材不適宜；76.6%的同學(xué)認(rèn)為教師講授合理，70.0%的同學(xué)認(rèn)為提問合理，75.8%的同學(xué)認(rèn)為作業(yè)合理；80.4%的同學(xué)認(rèn)為單片機(jī)工程作業(yè)有用，19.6%的同學(xué)認(rèn)為工程作業(yè)沒有太大用；64.5%的同學(xué)期望開卷考試，1.9%的同學(xué)期望閉卷考試，33.6%的同學(xué)期望通過做出實(shí)物的方法進(jìn)展考核；78.4%的同學(xué)表示對(duì)單片機(jī)比擬感興趣；70.1%的同學(xué)表示愿意參加單片機(jī)類的大賽；72%的同學(xué)表示愿意參加單片機(jī)創(chuàng)新工程；66.4%的同學(xué)愿意通過幕課自己學(xué)習(xí)，33.6%的同學(xué)表示不愿意通過視頻學(xué)習(xí)。

〔六〕組建單片機(jī)興趣小組，參加大賽及工程

2022年張曉奇組興趣團(tuán)隊(duì)"可挪動(dòng)太陽(yáng)能板供電的交通燈設(shè)計(jì)";申請(qǐng)自治區(qū)級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)工程，已立項(xiàng)；2022年馮乙桐組興趣團(tuán)隊(duì)"實(shí)時(shí)檢測(cè)水質(zhì)水龍頭設(shè)計(jì)";申請(qǐng)自治區(qū)級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)工程，已立項(xiàng)；2022年8月組建三組興趣團(tuán)隊(duì)參加2022年全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽，韋金宏組獲得自治區(qū)三等獎(jiǎng)。

〔七〕組織興趣小組，創(chuàng)立創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)興趣團(tuán)隊(duì)

在系部支持下，以馮乙桐興趣小組為先鋒，在G1-560創(chuàng)立了創(chuàng)想工作室，主要完成學(xué)生興趣小組的學(xué)習(xí)、培訓(xùn)、工程輔導(dǎo)、創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)等任務(wù)。同時(shí)，結(jié)合當(dāng)前機(jī)電系創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)工作，后續(xù)系部擬以G1-506創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)為核心力量，開展實(shí)驗(yàn)室開放、創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)培養(yǎng)、大賽及工程孵化等各類創(chuàng)新任務(wù)。

〔八〕制作慕課視頻，指導(dǎo)14級(jí)電氣專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)，改革畢業(yè)設(shè)計(jì)完成結(jié)果

制作慕課小視頻，主要包括單片機(jī)構(gòu)造及原理的簡(jiǎn)單介紹，單片機(jī)開發(fā)流程介紹，單片機(jī)硬件電路設(shè)計(jì)根底、單片機(jī)C語言程序設(shè)計(jì)根底及仿真，指導(dǎo)14級(jí)電氣專業(yè)15位同學(xué)完成單片機(jī)類畢業(yè)設(shè)計(jì)，要求所有同學(xué)均做出實(shí)物樣機(jī)，其中3名同學(xué)成績(jī)?yōu)閮?yōu)秀，5名同學(xué)成績(jī)?yōu)榱己茫瑑?yōu)良比占53.3%。

三特色做法

①以工程大作業(yè)的形式替代實(shí)驗(yàn)和課程設(shè)計(jì)，用分組的形式引導(dǎo)學(xué)生成立興趣小組，自行購(gòu)置開發(fā)板，共同合作完成工程大作業(yè)，無需建立實(shí)驗(yàn)室，同時(shí)鍛煉學(xué)生的溝通合作才能、分析解決問題及動(dòng)手才能。相比建立專門的實(shí)驗(yàn)室更為靈敏多樣。

②通過引導(dǎo)局部學(xué)生參加大賽及工程，充分激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣及給優(yōu)秀的學(xué)生提供展現(xiàn)的平臺(tái)，起到示范帶頭作用。

③以興趣小組帶動(dòng)系部創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)活動(dòng)的展開，創(chuàng)想工作室的團(tuán)隊(duì)成員正成為系部實(shí)驗(yàn)室開放和創(chuàng)新活動(dòng)的核心力量。

四完畢語

針對(duì)工程應(yīng)用型人才培養(yǎng)需要和單片機(jī)課程特點(diǎn)，以"應(yīng)用型形式下單片機(jī)課程的教學(xué)改革探究研究";自治區(qū)級(jí)青年教育教學(xué)改革工程為依托，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、考核方式、工程教學(xué)及組建興趣小組進(jìn)展創(chuàng)新才能鍛煉等方面介紹了單片機(jī)課程改革的思路、內(nèi)容、措施和改革效果。近三年來，興趣小組申請(qǐng)立項(xiàng)兩項(xiàng)區(qū)級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)工程，均結(jié)題。一組興趣小組參加2022年全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽，獲得自治區(qū)三等獎(jiǎng)，以申報(bào)工程及大賽興趣小組為核心，帶動(dòng)其他年級(jí)學(xué)生組建新的興趣團(tuán)隊(duì)，目前三組興趣團(tuán)隊(duì)入圍2022年全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽校級(jí)選拔賽。理論結(jié)果說明，單片機(jī)課程教學(xué)改革實(shí)現(xiàn)了將理論教學(xué)與理論應(yīng)用相結(jié)合、知識(shí)傳授和才能素質(zhì)相結(jié)合，有效地培養(yǎng)了學(xué)生的動(dòng)手才能、工程應(yīng)用才能、創(chuàng)新精神和合作意識(shí)【3】。

參考文獻(xiàn)

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