地方本科院校轉型形勢下的單片機課程教學改革探索與實踐

張文昭 譚永宏 周文真 劉志壯

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地方本科院校轉型形勢下的單片機課程教學改革探索與實踐

張文昭 譚永宏 周文真 劉志壯

（湖南科技學院 電子與信息工程學院，湖南 永州 425199）

為適應地方本科院校向應用型大學轉型發展的需要，針對湖南科技學院現有的單片機教學模式，大膽調整教學體系，整合教學資源。教學內容以基礎篇、核心篇、綜合篇和提高篇分塊，改革考試考核模式，充分應用項目式教學，理論與實踐相結合；使學生的實踐環節由課內為主轉變為課內為重、課外為主，激發學生的主觀能動性。

地方本科院校，應用型大學，單片機，課程教學改革

1　引　言

2013年初，教育部計劃實施一項重大高等教育改革項目，即將約 600 所新建地方本科院校轉變成為新型的應用型本科院校，2014 年初教育部將此項轉型工作列入教育部當年的工作要點[1]。在高校向應用型轉型的新形勢下，高校教育教學應以市場需求、職業需求為核心，培養學生不但要掌握理論基礎知識，更重要的是要注重實踐，要求學生畢業時與企業零距離就業，實現無縫對接[2]。

單片機課程是電類專業的核心課程，有著極強的實踐性和應用性，隨著電子技術的迅速發展，基于單片機的電子產品、智能設備、測控裝置等在日常生活中隨處可見，社會對從事單片機開發人才的需求量日趨增加[3]。為迎接地方本科院校向應用型轉型的挑戰，培養出理論與實踐并重，可以從事社會生產實踐的應用型技術技能型人才，單片機課程教學模式應不斷改革才能適應時代的發展。

2　單片機教學現狀

近年來，湖南科技學院積極推進轉型，在教育教學上以應用型人才培養為目標，單片機課程組成員曾對單片機課程教學方法進行了探究：采用從外到內，由淺到深，由簡單到復雜，由單一到綜合的教學方法[4]，將任務驅動法、項目教學法引入教學中[4~5]。上述教學改革在一定程度激發了學生學習的興趣，教學效果能達到教學目標。但單片機課程教學模式及方法仍不能很好地適配應用型地方本科院校教育的主題，無法達到培養應用型技術技能型人才的目標，主要缺點體現在如下兩個方面。

2.1教學課時安排重理論輕實踐

我校電子信息工程專業的人才培養方案中單片機課程的理論課時與實驗課時比44：12，以理論教學為主，實驗教學為輔，課堂上理論性知識講授過多，容易使學生枯燥，實驗課時少，學生參與少，不利于學生學習的積極性，達不到培養學生動手能力和應用能力的培養目標。

2.2考核模式單一

一直以來，單片機課程考核都是期末閉卷考試為主，平時作業及實驗操作為輔，期末考試成績占60%，平時作業成績占20%，實驗操作成績占20%。這種考核模式使得學生們的注意力只仍局限于老師期末的考試范圍，不注重平時的學習過程，僅在期末考試前被動突擊，死記硬背知識點，沒注重實際工程應用，忽略了動手能力的培養。

3　教學模式探索與實踐

針對現有的教學模式存在的主要缺點，本課程組成員，以培養應用型本科生為綜旨，以提高學生單片機技術應用能力為目標，結合工程與實際需求，加強實踐教學。

3.1調整課程體系

現有的教學模式是依據傳統的理論體系順序授課：概述、單片機結構、單片機指令集、匯編語言程序設計、中斷系統、定時器/計數器、系統擴展及接口技術，中間穿插4~6個相關的實驗，這種模式已難以適應應用型本科教學。課程組成員根據學生認知規律，優化了課程體系，整合教學內容，將教學體系內容分基礎篇、核心篇、綜合篇、提高篇，每一個知識點都配備相應的實踐項目，使理論與實踐有機結合。并將項目教學法和微課引入教學中。調整后的課程體系結構如表1所示。

表1.課程體系結構

教學順序教學內容實踐項目 基本篇單片機基本結構(1)點亮一只發光二極管；(2)發光二極管閃爍；(3)流水燈控制器的設計：8只發光二極管模擬流水燈操作；(4)按鍵控制多花樣流水燈（查詢法檢測按鍵狀態）；(2)~(4)的亮燈狀態由軟件實現延時維持 C51基礎 簡單I/O口應用 Keil 軟件與Proteus仿真軟件應用綜合運用 核心篇中斷系統(5)按鍵控制多花樣流水燈（外部中斷法檢測按鍵狀態）；(6)外中斷應用二進制加法（減法）計數器的設計； 定時器/計數器(7)用定時中斷法延時的流水燈控制器的設計；(8)用定時中斷法產生方波信號；(9)用定時中斷法產生周期和占空比一定的矩形波信號；(10)用定時中斷法產生秒脈沖信號； 串行口與串行通信技術(11)利用串行口及74HC164或者74HC595輸出端所接的8只發光二極模擬流水燈操作；(12)利用點對點串行異步通信，根據對方要求接收對方發來的數據并顯示收到的數據，或根據對方要求，發送數據給對方并能顯示所發送的數據； 綜合篇單片機接口技術(13)電子秒表的設計：最小計時單位為0.01s，最大計時為99.99s，用一按鍵控制開始/停止/歸零；開機時，顯示"00.00"，第1次按鍵后開始計時，第2次按鍵后，計時停止，第3次按鍵后計時歸零。用數碼管或LCD1602顯示；(14)數字電子時鐘的設計：用三個按鍵實再時、分、秒的調節。用數碼管或LCD1602顯示；(15)利用開發板上的矩陣鍵盤和LED數碼管構成簡單的輸入顯示系統，實現鍵盤輸入和LED數碼顯示相應鍵值的功能。(會設計4X4，3X4、2X4、3X3這4種矩陣鍵盤)；(16)設計一個實時時鐘，用存儲器AT24C02對時間信息進行掉電保護，每過1秒鐘存一次數；(17)簡易數字電壓表的設計，用用數碼管或LCD1602顯示。(18)多波形發生器的設計，用按鍵選擇所需波形； 提高篇課程設計(19) 籃球比賽電子記時、記分系統的設計；(20)十字路口交通燈控制器的設計；(21)多功能數字電子鐘的設計；(22)電子密碼鎖設計；(23)直流電機調速控制設計；(24)信號發生器設計；(25)數顯頻率計設計；(26)超聲波測距系統設計；(27)溫、濕度檢測系統設計；

調整后的課程體系，使知識點從簡單到復雜，從單一到綜合，一環扣一環層層遞進，且理論與實踐緊密結合，充分體現了應用性、實踐性。

3.2優化教學手段

教學手段直接影響課堂教學效率。傳統的課堂教學，教學形式多以教師講解為主，難以使學生產生情緒高昂和智力振奮的內心狀態，學生只能在枯燥、乏味的課堂上冷漠、被動地接收知識而產生厭學和逃學的心理，更不可能談得上提高課堂教學效率。教學組人員從如下三個方面優化教學手段，激發了學生學習興趣，變“要我學”為“我要學”，充分調動學生的學習積極性，提高了課堂教學效率。

3.2.1將微課引入教學中

微課是近幾年新起的一種創新型的教學模式，它將課程中的重要知識點、難懂的知識點設計開發成在線視頻課程資源，借助力于網絡平臺供學生自主學習。隨著網絡技術的發展、4G網絡的成熟，我校無線網絡已全面覆蓋各個角落，此外，我校還有功能強大的課程中心，這些都是我們將微課引入教學中的一個良好契機。我們單片機課程的教學充分利用了課程中心這一平臺，將各相關知識點，做成微視頻，上傳到課程中心，每一個知識點的微課內容由微視頻、微教案、微練習、微點評、微互動等構成。學生可以按照自己的節奏自主學習，學生可以根據自己實際情況來播放視頻，如：可反復播放沒聽懂知識點片段視頻直到聽懂為止、跳過已掌握的知識點片段視頻、暫停播放以思考或記筆記等，學生可以帶著微課遇到的疑問進入課堂教學與學生和老師進行交流討論。微練習是該知識點與生活密切相關的應用項目設計題。將微課引入單片機教學中，兼顧不同層次、不同水平的學生的學習，能充分調動學生學習的積極性和主動性。

3.2.2將項目教學法引入教學中

我校辦學目標正轉向培養應用型技術技能型人才，在應用型人才培養的新教學模式下，教學過程應著重體現應用型和實踐性。為了更好地培養學生動手操作能力、分析和解決問題能力、實踐創新能力，單片機教學組人員將項目教學法[4－5]引入單片機課程教學中。此教學法已經歷過多年的教學實踐，且在實踐中不斷優化項目內容，積累經驗，現如今已達到較好教學效果。

3.2.3 Proteus仿真與開發板實驗平臺相結合

PROTEUS仿真軟件是英國Labcenter Electronics公司研發的EDA工具軟件，是目前最先進的單片機系統設計與仿真平臺。它實現了在計算機上完成單片機系統電路設計、代碼級調試與仿真、系統測試與功能驗證、再形成PCB的完整設計研發過程。將Proteus軟件與編譯調試軟件Keil軟件聯合使用，就能逼真的仿真所設計的單片機系統所實現的實際功能。將Proteus仿真用于課堂教學中即能清楚理解單片機系統的設計過程，又能直觀地看到所實現的功能及設計效果，加深學生對單片機教學的感性認識，激發學生的學習興趣、積極性和主動性。學生課后也可以用仿真軟件自行設計各種單片機系統而不受硬件條件的限制。

應用型人才培養應把重點放在實踐教學上，為加強實踐教學，更好地實施項目教學法，學校為上單片機課的學生每人配備一塊單片機系統開發板，學生可以隨時在宿舍或實驗完成各個項目的設計，讓學生真實地體驗單片機系統開發的全過程。

Proteus仿真與開發板實驗平臺相結合的單片機教學手段，能幫助學生更好地掌握單片機理論知識及單片機應用技術，提高學生分析問題、解決實際應用問題的能力，培養學生的創新能力，為學生今后就業、創業打下堅實的基礎。

3.3加強課外創新實踐活動

單片機課程學習如果僅僅局限于課堂，則獲取的知識是很有限而無法滿足實際應用的需要，更談不上創新能力的培養。需在課后加強學生課外創新實踐活動。單片機教學組人員以現有的二十間大學生創新實驗室為依托，①組建單片機學習創新小組，定期舉行學習經驗交流活動，分享和討論在實際設計過程中取得的新成果、遇到的問題及解決的方法；②定期組織以單片機為控制核心的各類學科競賽，如校園電子設計大賽、“挑戰杯”校園課外學術作品大賽、校園程序設計大賽、互聯網+等；③鼓勵學生申報校級科研項目、大學生研究性學習與創新性實驗項目；參加省級或全國的各類學科競賽；④鼓勵學生假期到相關企業實習。課外創新實踐活動的開展，使積極參與這些活動的學生，不僅能更好鞏固和理解理論課上所學的知識，而且大大提高了自身的創新實踐能力，并在各類學科競賽中取得了較好的成績。而且，在這一部分同學的帶動下，大多數同學的學習積極性被調動起來，踴躍參與課外創新實踐活動。

3.4改革課程考核模式

為加強學生實踐能力的培養，單片機課程組成員對單片機課程考核模式進行了改革，單片機課程考核成績由平時作業成績、實驗成績、keil軟件操作過關考試成績、期末考核成、等四部分構成，各占的分值如下：

考核總成績=作業成績×20%+實驗成績×20%+期中keil軟件操作過關成績×10%+期末考核成績×50%。

平時作業以相關知識的項目設計為主。

學期期中進行keil軟件操作過關考核，學生都必須熟練使用keil軟件：新建工程項目、新建C文件(或匯編語言程序文件)、添加C文件到工程(或匯編語言程序文件)、編譯、查錯糾錯、成功生成 .HEX。不能完成以上操作步驟的，需補考，但此次成績只能為及格。

期末考核，不以試卷考試的方式進行，改為用單片機應用系統項目設計：要求每個學生在規定的時間完成一個以MCS－51單片機為核心的應用系統的程序設計，在用開發板上完成設計系統的功能，并驗證設計效果，寫出相應的設計報告。考試的題型在期初就發給學生，共20種題型，能分化出50個以上的應用系統設計項目，考試時，可選的應用系統設計項目共50個，由學生抽簽選題，同班學生完成不同的項目。

該考核模式克服了傳統考核重理論輕實踐，學生對知識死記硬背的缺點，加強了學生實踐能力的培養，鞭策學生時時投入學習中、實踐中，而不是在期末復習應付了事。

4　結　論

針對現有的教學模式存在的主要缺點，在轉型的新形勢下，為培養創新應用型人才，提高學生單片機技術應用能力，單片機課本課程組成員從4個方面對單片機教學模式進行了改革：調整課程體系、優化教學手段、加強創新實踐教學、改革考核模式，4個方面都體現了實踐教學的加強。以培養應用型本科生為綜旨，以提高學生單片機技術應用能力為目標，結合工程與實際需求，加強實踐教學。

[1]施曉光,游蠡.新建地方本科院校轉型問題的理論探討[J],北京聯合大學學報,2015,29(1):1-5

[2]王選誠,孫玉梅.應用型本科高校單片機課程教學模式的探索與實踐[J].科技視界,2016,(2):121.

[3]陳朋,楊東勇.面向創新型人才培養的《單片機原理》教學改革探索[J].科技視界,2015,(20):23,97.

[4]劉志壯,張文昭,周文真.單片機原理課程教學改革研究與實踐[J].當代教育理論與實踐,2014,6(9):48-50.

[5]張文昭,李艷芳,劉愛林,等.任務驅動法和項目教學法整合在單片機課程中的實踐[J].湖南科技學院學報,2010,(12):99-101.

（責任編校：宮彥軍）

2016－01－05

湖南省教育廳普通高校教學改革研究項目(湘教通[2013]223號；湘教通[2012]401號)。

張文昭（1968－），女，湖南永州人，教授，碩士，主要研究方向為電子技術應用。

G642/TP368

A

1673-2219（2016）05-0028-03