應用型本科單片機課程教學模式的改革與探索

周牡丹

廈門大學嘉庚學院信息科學與技術學院 福建漳州 363105

應用型本科單片機課程教學模式的改革與探索

周牡丹

廈門大學嘉庚學院信息科學與技術學院 福建漳州 363105

根據應用型本科院校的定位和社會對人才培養質量的需求，以電子信息類學生應用創新能力培養為目標，對單片機課程進行基于“理論教學(Theory)+實踐教學(Test)+創新引導(Try)”的3T教學模式的改革和探索，使學生在學科競賽、科創活動、科研項目等方面得到有效的訓練，大大提高學生的實踐創新能力。

單片機；教學改革；3T模式

提高人才培養質量是高等教育的基本要求,也是應用型本科人才培養的最核心的任務[1]。應用型本科院校的學生以本二批為主，生源質量相對一本院校較低，而用人單位對于人才的工程實踐和創新能力的要求卻沒有降低[2]。學生工程實踐能力和科研創新意識的培養，是高等學校正在積極探討和實踐的課題，也是目前影響高等學校人才培養質量的瓶頸[3]。針對用人單位對應用型、技能型人才的需求及應用型本科院校生源水平的限制，如何切實做好有效教學、提高應用型本科學生的競爭力，這需要我們深入探究一種科學合理的、行之有效的、適合于應用型人才培養的人才培養新模式[4]。本文以單片機課程教學改革為契機，探討一種“重視理論教學、強化實踐訓練，引導自主創新”的單片機課程教學的3T教學模式[5,6]，有效地提升學生的工程實踐能力和科研創新意識，為該模式在其他課程教學中的實施提供參考。

1 單片機課程的3T教學模式

單片機原理及應用是工科院校電類專業的一門重要專業核心課程，具有理論難度大、實踐性強和實用性廣等特點。該課程主要介紹單片機的內部結構、工作原理及C51程序設計等內容，對單片機系統的軟硬件設計、調試和綜合應用能力的要求較高。該課程的教學中普遍存在考試高能、實踐低能的情況，脫離了實驗箱學生對單片機系統的設計往往感覺無從下手。此外，由于平時做的實驗時，代碼行數往往較少，學生對模塊化程序設計的概念比較模糊，編程習慣較差，在程序中就算是實現基本功能，但是代碼的規范性、可讀性和移植性也不好。這些存在的問題在畢業

設計中尤為突出。

為改善“考試高能、實踐低能”的狀況，單片機教學模式必須突破以往主要以單純的“理論課+實驗課”的既定簡單模式。切實加強有效的實踐教學，研究一種行之有效的單片機課程教學的3T模式，構建一個集理論教學(Theory)、項目式實驗與綜合設計(Test)、科技創新與學科競賽(Try)于一體的良性教學鏈，持續地不間斷對學生單片機系統設計和應用能力進行培養和強化。

2 3T教學模式的構建與實施

2.1 構建科學合理的理論知識結構體系(Theory)扎實做好理論教學

針對這門課程理論教學抽象、知識點分散、學習難度大及學生基礎較薄弱的特點[7]，借鑒國內外著名大學創新能力培養模式及經驗，結合我校信息科學與技術學院學生創新能力培養的基礎與實際，引入C語言，逐步弱化匯編語言，優化學時分配，降低學習難度，增加學生興趣。在教學內容上，按章節和對應知識點模塊化，由簡入深，循序漸進。在硬件知識講解方面，力求概念清晰，簡單易懂；在軟件編程的講解方面，不再過多講解MCS-51系列單片機的內部資源和外圍擴展，重點介紹C語言在單片機系統設計中的功能實現，讓學生快速有效地掌握C51的編程模式和編程技巧。教學方法上，除了保持一貫的直觀明了的PPT多媒體教學外，還引入了實物情境教學及Proteus+Keil仿真教學。在講解完理論知識點后，在課堂中進行單片機系統的實物或者仿真項目的演示，增加課堂的趣味性和互動性。在考核方式上，加強課程學習的過程管理，考核方式多元化，將考勤、平時作業和課堂表現納入期末的總評分數。

2.2 完善層次分明的實驗體系(Test) 強化實踐教學

進一步完善層次分明、循序推進的實驗課程體系，單片機實驗單獨開課，分基礎型、設計型、綜合型實驗等三大模塊，實驗的要求與難度逐步遞進。基礎實驗主要是幾個簡單驗證型實驗，編寫獨立的模塊化的軟件模塊，主要用于熟悉軟硬件的環境。設計型實驗則應用基礎實驗中已經完成的模塊化單元電路和代碼，完成較綜合的單片機應用系統設計，使學生掌握基于單片機系統的模塊化軟硬件系統設計。綜合型實驗以專題系統設計的形式安排在每學年的2周教學實踐周授課，采用基于工作任務的項目教學法。學生可以根據興趣和特長自由選擇完成一個基于單片機應用項目的設計。學生必須自主完成資料收集、硬件電路設計與PCB制作與焊接、程序編寫與系統調試、設計報告撰寫等。在完成一個實際工程項目的各個環節中，教師只給予必要的引導和提示，充分發揮學生的自主性、創造性，體會完成電子系統設計的整個流程的樂趣。

在實驗教學方式上采用3個結合：理論與實踐相結合、虛擬實驗(proteus+keil)與硬件實驗相結合、課堂與課外相結合。在實驗課上，以學生為課堂的主體，采取講授、討論、答辯等形式進行實時互動，教師加以適當引導，開拓學生思維,提高教學效率。在課外，引導學生使用proteus+keil進行單片機系統的虛擬仿真，或者在網上自行購置便攜式單片機實驗平臺進行課外實驗，把單一的課堂教學延伸到課外。同時向學生推薦網絡優秀教學資源，如網站、論壇、視頻等，把單一渠道的學習模式擴展為復合的多渠道學習模式。

2.3 健全形式多樣的實踐創新體系(Try) 引導創新訓練

實踐創新體系(Try)主要包括各種專業學科競賽、科學研究與創造發明等創新性實踐活動。學生的創新意識與科研能力的培養是實踐創新體系(Try)突出對學生創新意識、科研能力和團隊合作的培養，是3T教學模式成功與否至關重要的環節。主要采用以下3種途徑保障實踐創新體系(Try)的順利實施。

2.3.1 實施學科競賽培訓計劃 精心組織學生參與學科競賽

電子信息類學生可參與的學科競賽種類繁多，我校精心挑選三大與專業緊密相關的學科競賽，并進行相關的賽前創新培訓。創新培訓主要包括以下3種。(1)全國大學生電子設計競賽賽前培訓，內容包括

信號類、電源類、控制類三個不同的方向，其中主控MCU方面的訓練涉及51，ARM，MSP430，TM4C，STM32等多種不同特色不同類型的單片機。(2)飛思卡爾全國智能車競賽培訓，其中包括MC9S12XS128，K60，KR等多款單片機訓練。(3)福建省單片機競賽賽前培訓，其中包括HT66和HT32F2755兩款單片機培訓。通過學科競賽培訓計劃，組織學生參與學科競賽，使學生受益良多，切實提高學生的學科素養。

2.3.2 加強第二課堂建設 強化創新意識

第二課堂建設的主要途徑包括以下2種。(1)以電子科技協會、開放實驗室、創新實驗室為依托，建立個性化學習的實踐教學軟硬件環境，方便學生利用課外時間充分利用實驗室進行實踐活動；(2)鼓勵學生積極申報各級科技創新項目，參與到科研課題當中，使學生真正成為科研項目的主持者和參與者，激勵學生的創新實踐動力與責任感。

2.3.3 以校企合作為保障 強化產學研相互滲透與合作

按“請進來，走出去”的思路強化拉近學校與企業的距離。“請進來”也就是在學校與企業建設聯合實驗室，引進企業先進技術，實現互利共贏。目前已與臺灣盛群半導體建立單片機聯合實驗室，與美國德州儀器公司(TI)建立聯合模擬創新實驗室，并開設與企業接軌的實訓課程，使學生掌握企業最新技術，為就業提供良好技術基礎。“走出去”主要指學校與企業建立戰略合作的教學實訓基地，鼓勵學生在畢業實習與畢業設計環節積極參與到企業的合作科研項目中，使部分學生畢業后馬上就能學以致用，順利就業。

3 3T教學模式的成效

我校信息科學與技術學院經過近兩年的單片機課程教學改革與實踐, 理論知識體系(Theory)與實驗體系(Test)相互補充，相輔相成，為單片機課程理論基礎和基本應用技能的培養打下良好的基礎。同時，形式多樣的創新實踐訓練(Try)進一步鞏固和提高學生在單片機方面的綜合應用和實踐創新能力。以單片機的課程教學作為試點的3T培養模式在電子信息類應用型創新型人才培養中取得了顯著的成效，在近兩年的各類學科競賽和科研項目中得取得了優異的成果(見表1)。

表1 近兩年學生的學科競賽和科研成果

4 結束語

在既定的人才培養方案和課程體系下，我系按照3T模式對單片機的課程教學進行改革和探索，整合教學內容和理論知識體系，更新教學手段和教學方法，優化實驗教學方式，重構創新實踐體系，形成一個融課堂理論教學(Theory)、設計實驗與綜合實驗(Test)、科技創新與學科競賽(Try)的有效性課程教學模式，有力提升學生的單片機應用與創新實踐能力。

[1] 袁銀男.許楨英.完善實踐教學體系 強化創新能力培養[J].實驗室研究與探索,2010(4):92-95.

[2] 周開揚.獨立學院人才培養模式改革的實踐與探索[J].中國大學教學,2010(10):36-38.

[3] 陳希有,劉鳳春.電類大學生創新意識與科研能力的培養[J].電氣電子教學學報,2009(5):8-10.

[4] 牛金成.應用性是應用型本科院校的本質屬性[J].華北科技學院學報,2009(3):109-112.

[5] 李洪兵.基于“3T”人才培養模式下實驗教學內容體系的構建[J].實驗室科學,2008(1):14-16.

[6] 劉平清,譚明術.地方本科院校應用型人才培養的3T模式探索[J].重慶科技學院學報:社會科學版,2009(12):196-200.

[7] 張靜,王英健.工科院校“單片機原理及應用”課程教學新模式探究[J].中國電力教育,2011(3):194-197.

The Reform and Exploration of MCU Teaching in Application-Oriented University

Zhou Mudan
School of Information Science and Technology, TKK College, Xiamen University, Zhangzhou, 363105, China

According to location of application - oriented University and society's needs for talents training, focus on the application ability raise for students of electronic information, reform and exploration of microcontroller curriculum teaching is carried out, which is based on the "Theory + Test + Try" teaching mode. So that students get effective training in academic competitions, science and technology innovation and other aspects. The "3T" training Mode promotes the practice and innovation ability of students.

microcontroller; teaching reform; 3T mode

2016-05-31

周牡丹，碩士，副教授。

2014年廈門大學嘉庚學院校級教學改革項目—應用型本科“3T”教學新模式的研究與探索；2014年福建省中青年教師教育科研社科A類項目—面向創新能力培養的獨立學院信息類專業實踐教學體系建設(編號：JAS14803)。