基于藍(lán)橋杯競賽導(dǎo)向的單片機(jī)課程改革及人才培養(yǎng)

金琦淳+袁明新+王琪+任俊

摘 要 單片機(jī)是江蘇科技大學(xué)（張家港）/蘇州理工學(xué)院機(jī)電與動力工程學(xué)院機(jī)電專業(yè)一門重要的專業(yè)課程，具有很強(qiáng)的工程實(shí)踐性，由于以往教學(xué)對象的陳舊和教學(xué)模式的落后，滿足不了培養(yǎng)技能應(yīng)用型本科人才的要求。因此，學(xué)院結(jié)合藍(lán)橋杯大賽對課程進(jìn)行深入改革，通過課程教學(xué)大綱重新修訂等措施，切實(shí)提高學(xué)生的工程實(shí)踐應(yīng)用能力。另外，探討藍(lán)橋杯大賽對學(xué)院實(shí)踐創(chuàng)新型人才培養(yǎng)起到的促進(jìn)作用，進(jìn)一步提升人才培養(yǎng)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞 教學(xué)改革；單片機(jī)；藍(lán)橋杯競賽

中圖分類號：G642.3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1671-489X（2016）20-0075-03

Abstract Principles and Applications of MCU is a practical and im-portant course for undergraduate majoring in Mechatronics. The ob-solete teaching object and pattern cannot satisfy the requirement of practical talents training. In order to train application-oriented talents and enhance students practical ability， Blue Bridge Cup competition platform was introduced to operate teaching reform. Measures were taken to lift undergraduates engineering-applications capacity like modifying syllabus. In addition， the effects of Blue Bridge Cup was discussed， such as training innovative talents. The quality of talents is promoted further.

Key words teaching reform； single chip microcomputer； Blue Bri-dge Cup

1 引言

目前，國家鼓勵地方本科院校走應(yīng)用型本科人才培養(yǎng)道路，要求應(yīng)用型本科教育必須堅(jiān)持突出基礎(chǔ)、突出特色、突出應(yīng)用和突出技術(shù)的方針。同時，國家大力推進(jìn)大眾創(chuàng)新、萬眾創(chuàng)業(yè)，高校大學(xué)生是最具創(chuàng)新與創(chuàng)造活力的群體之一。因而，高等院校肩負(fù)著培養(yǎng)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)和高素質(zhì)技能人才的重要使命，這就需要高校的專業(yè)課程教學(xué)理論結(jié)合實(shí)踐。

單片機(jī)原理與應(yīng)用是江蘇科技大學(xué)（張家港）/蘇州理工學(xué)院機(jī)電與動力工程學(xué)院（以下簡稱“我院”）機(jī)電專業(yè)開設(shè)的專業(yè)核心課程，單片機(jī)技術(shù)被廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代工業(yè)自動化、電子電氣、通信和物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域。顯然，這是一門實(shí)踐應(yīng)用性很強(qiáng)的課程。

藍(lán)橋杯全國軟件和信息技術(shù)專業(yè)人才大賽是面向所有在校大學(xué)生的科技性競賽，高校參與度與認(rèn)可度高，賽項(xiàng)設(shè)有單片機(jī)設(shè)計(jì)與開發(fā)，為個人單項(xiàng)比拼賽。大賽以“加快教學(xué)創(chuàng)新與改革，提高學(xué)生自主創(chuàng)新意識和工程實(shí)踐能力，促進(jìn)高校就業(yè)指導(dǎo)工作”為宗旨，賽題基于所學(xué)專業(yè)課程知識，注重工程實(shí)際應(yīng)用，有機(jī)地將理論與實(shí)踐緊密結(jié)合，達(dá)到以賽促學(xué)的效果。

在藍(lán)橋杯大賽的帶動下，我院單片機(jī)原理與應(yīng)用課程教學(xué)改革成績顯著，通過該項(xiàng)賽事，引入了新技術(shù)，建立了高性能單片機(jī)實(shí)驗(yàn)室和相關(guān)大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐基地，有效地強(qiáng)化拓展了學(xué)生的實(shí)踐應(yīng)用能力和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)思維。

2 教改的思路與方法

單片機(jī)原理與應(yīng)用課程由于具有非常強(qiáng)的工程實(shí)踐性，其教學(xué)效果的好壞將影響到我院機(jī)電專業(yè)學(xué)生的就業(yè)，以及他們今后的專業(yè)發(fā)展。2014年，學(xué)院院長通過對國內(nèi)應(yīng)用型本科教育發(fā)展形勢的調(diào)研，結(jié)合學(xué)院對于培養(yǎng)技能應(yīng)用型人才的實(shí)際情況，建議學(xué)院相關(guān)課程教師組織學(xué)生參加第六屆藍(lán)橋杯大賽，由此開啟了我院單片機(jī)原理與應(yīng)用課程教學(xué)改革的序幕。

針對教學(xué)實(shí)際，修訂教學(xué)大綱 我院以往的單片機(jī)原理與應(yīng)用課程教學(xué)以傳統(tǒng)的8051單片機(jī)為主，然而Intel8051技術(shù)誕生于20世紀(jì)70年代，這樣就會造成教學(xué)與實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用脫節(jié)的情況。另外，傳統(tǒng)的理論教學(xué)，考慮到教材內(nèi)容的連貫性、邏輯性和系統(tǒng)性，教師基本是先介紹計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)、單片機(jī)的最小工作系統(tǒng)、指令系統(tǒng)、匯編（或者C）語言程序設(shè)計(jì)和中斷，然后介紹單片機(jī)外圍數(shù)字或模擬器件的應(yīng)用，前者屬于單片機(jī)自身原理部分，后者屬于接口技術(shù)部分。在課程教學(xué)計(jì)劃中，根據(jù)理論教學(xué)的進(jìn)度，會適時安排幾個課內(nèi)實(shí)驗(yàn)，一般是每14課時理論課，安排2課時的實(shí)驗(yàn)課，從而想要達(dá)到理論與實(shí)踐相結(jié)合的目的。但是經(jīng)教學(xué)實(shí)踐后不難發(fā)現(xiàn)，這樣的教學(xué)模式的教學(xué)效果并不理想，培養(yǎng)的學(xué)生能力素質(zhì)和藍(lán)橋杯競賽的要求差距甚遠(yuǎn)，完全達(dá)不到技能應(yīng)用型人才的培養(yǎng)目標(biāo)。綜上所述，教學(xué)大綱必須重新修訂。

藍(lán)橋杯大賽單片機(jī)設(shè)計(jì)與開發(fā)賽項(xiàng)采用CT107D單片機(jī)開發(fā)板作為比賽平臺，平臺如圖1所示。該平臺采用宏晶科技研發(fā)的IAP15F2K61S2單片機(jī)作為微控制器，這款單片機(jī)以8051為內(nèi)核，對原有的性能和功能進(jìn)行了全面升級，并且成本較低，在市場中被廣泛采用。以該款單片機(jī)作為教學(xué)對象，可以有效地解決與生產(chǎn)實(shí)際脫節(jié)的矛盾。

教學(xué)對象選定之后，一方面，IAP15F2K61S2單片機(jī)是宏晶科技的最新研發(fā)成果，市場中教材不多；另一方面，技能應(yīng)用型人才培養(yǎng)需結(jié)合我院師生的特點(diǎn)，最終由我院教學(xué)副院長親自掛帥的課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)決定，自編單片機(jī)原理與應(yīng)用課程授課講義和多媒體教案，要求打破傳統(tǒng)教學(xué)模式，教師以賽促改，學(xué)生以賽促學(xué)。

團(tuán)隊(duì)編寫的講義注重工程實(shí)際應(yīng)用，將CT107D單片機(jī)開發(fā)板作為教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺，按照平臺實(shí)現(xiàn)功能的不同，將其進(jìn)行模塊劃分，并作為教學(xué)內(nèi)容的章節(jié)，以實(shí)驗(yàn)過程和實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象為導(dǎo)向，由淺入深、循序漸進(jìn)地講述IAP15F2K61S2單片機(jī)C語言編程方法，目的是通過不斷地編程實(shí)踐來使學(xué)生對單片機(jī)工作原理既知其然又知其所以然，幫助學(xué)生從實(shí)際應(yīng)用中真正理解和掌握單片機(jī)，實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)踐的有機(jī)結(jié)合。講義節(jié)減了傳統(tǒng)教材中理論性較深卻實(shí)用性不強(qiáng)的內(nèi)容，并綜合歷年藍(lán)橋杯競賽賽題，編寫的講義章節(jié)及授課安排如表1所示。課程上課地點(diǎn)均安排在學(xué)校機(jī)房，由授課教師帶領(lǐng)學(xué)生邊講解邊練習(xí)，很自然地將理論與實(shí)驗(yàn)授課融為一體。

完善硬件條件，優(yōu)化考核方式 為了保證課程教學(xué)改革的正常開展，學(xué)院添置一批由國信長天公司專為藍(lán)橋杯大賽設(shè)計(jì)的CT107D單片機(jī)開發(fā)板比賽平臺，并且在南通國芯微電子公司的支持下，建立了高性能單片機(jī)實(shí)驗(yàn)室，專業(yè)建設(shè)得到加強(qiáng)，為學(xué)院技能應(yīng)用型人才的培養(yǎng)提供了有力保障。

本課程的考試成績主要由期末考試成績、實(shí)驗(yàn)成績和平時成績?nèi)糠謽?gòu)成。課程團(tuán)隊(duì)本著鼓勵、激發(fā)學(xué)生參與工程實(shí)踐的熱情，切實(shí)提高學(xué)生的動手能力和為電子等行業(yè)輸送優(yōu)秀人才的理念，特別地將該課程的實(shí)驗(yàn)成績設(shè)置為占總評成績比重的50%。對于實(shí)驗(yàn)成績的評定，在每章節(jié)的最后兩課時，均會留有實(shí)驗(yàn)練習(xí)思考題，要求學(xué)生在課堂上按時完成；同時，授課教師在機(jī)房內(nèi)巡回進(jìn)行指導(dǎo)，以便及時幫助學(xué)生解決在學(xué)習(xí)過程中遇到的問題。為了避免學(xué)生間相互抄襲，在檢查學(xué)生實(shí)驗(yàn)結(jié)果時，可以提一些相關(guān)問題進(jìn)行考核，授課教師依據(jù)實(shí)驗(yàn)完成的質(zhì)量和考核情況確定給分。最終，取幾次實(shí)驗(yàn)的均分作為實(shí)驗(yàn)成績最后得分。期末考試成績和平時成績占總評成績的比重分別下降為40%、10%。

3 實(shí)踐創(chuàng)新型人才培養(yǎng)

2014—2015學(xué)年第二學(xué)期，課程團(tuán)隊(duì)在13級機(jī)械電子工程專業(yè)進(jìn)行單片機(jī)原理與應(yīng)用課程教學(xué)改革試點(diǎn)。通過一學(xué)期的試點(diǎn)，學(xué)生對本課程的學(xué)習(xí)態(tài)度發(fā)生根本性改變，從一開始的被動學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變?yōu)榉e極主動，再到后來的自覺自主學(xué)習(xí)，已經(jīng)完全形成一種濃厚的學(xué)習(xí)氛圍。課程團(tuán)隊(duì)經(jīng)過教改實(shí)踐得出心得：學(xué)生的專業(yè)興趣是需要引導(dǎo)和培養(yǎng)的，理論與實(shí)踐相結(jié)合，才是培養(yǎng)工科人才最好的方式。

課內(nèi)外結(jié)合，創(chuàng)造發(fā)展平臺 實(shí)踐創(chuàng)新型人才是我院人才培養(yǎng)的更高追求，課程團(tuán)隊(duì)抓住本次課改契機(jī)，選拔出部分課程表現(xiàn)優(yōu)異的學(xué)生，于2015年1月共同成立機(jī)器人協(xié)會，并提供配套設(shè)施。該組織為學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)新實(shí)踐活動搭建了平臺，形成了一、二課堂良好互動的共贏局面。課程團(tuán)隊(duì)把藍(lán)橋杯大賽獲獎成績作為檢驗(yàn)課程教學(xué)改革效果的標(biāo)準(zhǔn)之一，同時作為我院探索實(shí)踐創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的途徑之一。

在2015年第六屆藍(lán)橋杯大賽單片機(jī)開發(fā)與設(shè)計(jì)組別中，我院第一次代表學(xué)校參賽。賽前2個月，課程團(tuán)隊(duì)為協(xié)會開展了每周一次的專題培訓(xùn)，在師生的共同努力下，最終我院學(xué)生獲得4個江蘇省一等獎、4個江蘇省二等獎、3個江蘇省三等獎、2個全國二等獎、2個全國三等獎的優(yōu)異成績。課程團(tuán)隊(duì)教師全部被評為大賽優(yōu)秀指導(dǎo)教師，并且獲得由工信部頒發(fā)的單片機(jī)工程師證書。這些成績的獲得為我院進(jìn)一步提升人才培養(yǎng)質(zhì)量和層次奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，也為平臺今后的發(fā)展打下扎實(shí)的先期基礎(chǔ)。

項(xiàng)目制實(shí)施，助力人才培養(yǎng) 作為一個普通的地方性本科院校，學(xué)生要想在全國科技競賽中、在今后的考研就業(yè)中占有一席之地，就必須培養(yǎng)其強(qiáng)大的創(chuàng)新實(shí)踐應(yīng)用能力。課程團(tuán)隊(duì)充分利用機(jī)器人協(xié)會作為學(xué)生個性施展的載體，組織學(xué)生申報(bào)學(xué)校每年的本科生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)計(jì)劃項(xiàng)目和張家港市香樟樹創(chuàng)客空間項(xiàng)目，這些項(xiàng)目或是來源于學(xué)生主觀能動性的發(fā)揮，或是課程團(tuán)隊(duì)教師的科研項(xiàng)目。在項(xiàng)目過程中，為了更好地幫助學(xué)生打開膽大心細(xì)的創(chuàng)造性思維，課程團(tuán)隊(duì)別出心裁地嘗試精選央視播出的我愛發(fā)明節(jié)目，并適時組織協(xié)會學(xué)生觀看和討論。該節(jié)目每期一個主題，學(xué)生通過對玉米收割機(jī)、甘蔗收割機(jī)和毛豆剝殼機(jī)等機(jī)械創(chuàng)造發(fā)明過程的了解，增加了對工程實(shí)踐創(chuàng)新的感性認(rèn)識，進(jìn)而促進(jìn)了項(xiàng)目的順利完成。

項(xiàng)目制的實(shí)施，極大地提升了學(xué)生的綜合應(yīng)用創(chuàng)新水平和科研實(shí)踐能力，在這些項(xiàng)目的訓(xùn)練下，取得一些標(biāo)志性成果。例如：成功研發(fā)了多功能智能小車教具，并即將投入學(xué)院機(jī)電專業(yè)的專業(yè)課程設(shè)計(jì)教學(xué)改革與實(shí)踐中；在2015年首屆江蘇科技大學(xué)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽、2015年江蘇省機(jī)器人大賽、2015年中國機(jī)器人大賽暨RoboCup公開賽和2015年國際水中機(jī)器人大賽等賽事中屢創(chuàng)佳績；在科技核心期刊上發(fā)表論文數(shù)篇；等等。

4 結(jié)束語

實(shí)踐證明，這一年來，我院結(jié)合藍(lán)橋杯大賽進(jìn)行單片機(jī)原理與應(yīng)用課程教學(xué)改革與人才培養(yǎng)，有效地建立了如圖2所示的人才培養(yǎng)模式。該模式的形成，對學(xué)生而言，提高了其對于單片機(jī)技術(shù)的應(yīng)用能力，達(dá)到學(xué)以致用的目的，學(xué)院大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐基地的發(fā)展將更加促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力的培養(yǎng)；對教師而言，提升了教學(xué)育人水平，為將來發(fā)展成為教學(xué)名師積累了豐富經(jīng)驗(yàn)；對學(xué)院而言，實(shí)現(xiàn)了技能應(yīng)用型人才的培養(yǎng)目標(biāo)，以及為學(xué)院進(jìn)一步探索培養(yǎng)實(shí)踐創(chuàng)新型人才，提升人才培養(yǎng)質(zhì)量，提供了有效的途徑。

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