“微控制器原理與應用”教學與考核模式改革總結

梁少寧

摘 要：“微控制器原理與應用”是一門實踐性、應用性很強的課程，但是在教學過程中，由于傳統教學模式的單一性和偏重理論教學的特點，使得本門課缺乏必要的實踐學習。文章通過課堂教學方法和實驗教學體系的改革，激發學生學習興趣，提高學生的動手實踐能力。

關鍵詞：微控制器原理與應用；試驗教學；教學改革

一、課程改革概述

本項目的研究目標是通過改革教學法提高學生學習興趣及積極性，并使課程內容更符合本專業實際工程需要；通過使用虛擬嵌入式實驗平臺作為實物實驗箱的有益補充，大幅降低進行嵌入式系統軟、硬件設計實驗的成本及難度，緩解實驗設備緊張、功能單一等問題，加強課程的實驗比重，使學生可以隨時隨地學習、動手實踐、參與在線討論，全面改善授課效果。為達到上述目標，本項目的研究內容主要分為兩部分，即基于隨堂演示實驗和“問題—啟發”教學法的“微控制器原理與應用”課堂教學改革研究及基于虛擬嵌入式系統實驗平臺的多層次實驗體系的建立。

二、主要解決的教學問題

本次改革主要致力于解決如下教學問題。

（1）改革傳統的、單一的、由教師主導授課，學生被動接收的教學方法，設法有效激發學生的興趣點及主動性、創造性，加強師生之間的互動過程。

（2）改革傳統課堂教學偏重理論講解，教學手段單一的狀況。針對嵌入式系統實踐性強的特點，基于虛擬實驗平臺實踐適于嵌入式系統課堂教學的工具、演示實驗和多種教學手段。

（3）改革當前課程實驗課時偏少，實驗課內容缺乏靈活性，實驗場地、設備緊張的狀況。嵌入式系統課程的有效學習重在動手實踐，在必要的理論知識學習后，需要有大量的課時用于實踐操作，而現有的課程設置由于學時、實驗設備的限制，留給實踐操作的課時十分有限，導致學生無法隨時隨地展開實驗。而實驗箱的結構固定， 資源有限， 僅適用于進行驗證性實驗，學生機械地按照實驗步驟進行操作，主觀能動性和創新性得不到有效發揮。

（4）改進課程考核方式。現有的課程考核機制仍然以筆試和驗證性實驗成績為主（>80%），缺乏對學生綜合運用所學知識解決實際問題能力的考查。

三、解決教學問題的途徑

1.課堂教學法改革

為促進學生的自主學習，采用“問題—啟發式”教學模式改革現有的教學法。具體步驟如下：

（1） 針對待講解的核心內容，設計能夠引起學生興趣，且學生有初步思路的系列問題。問題情境的設置不僅在教學內容的引入階段需要使用，而且應當隨著教學過程的展開成為一個連續的過程。通過精心設計問題情境，不斷激發學習動機，讓學生經常處于“興奮”的狀態中，給學生提供學習的目標和思維的空間，使學生自主學習真正成為可能。

（2）以學生討論為主體，教師引導，逐步展開問題，理清知識脈絡。上述問題情境的合理設置，可以激發學生對問題主動進行分析思考，尋求答案。但學生的知識水平和思維能力有限，尤其是對新知識還是一片空白，此時，教師需要采取啟發的方式對問題進行剖析，幫助學生理清知識脈絡，在問題逐步展開過程中，讓學生在問題的驅動下，主動、積極地接受知識。

（3）教師歸納總結，形成理論體系。在“問題—啟發式”教學中，教師的歸納總結對加深學生對知識原理的認識、提升專業素養、增強解決工程實際問題的能力具有十分重要的作用。因此，教師在嵌入式系統教改實施過程中，采用隨堂仿真實驗、圖片、視頻等多種手段幫助學生熟悉嵌入式系統學習、開發的基本概念，建立解決實際工程問題（尤其是計算機控制系統分析與設計方面）的基本思路與方法，力求使學生在未來的工作中，能夠科學地提出問題、探索問題、創造性地解決問題。

2.實驗教學體系改革

嵌入式系統類課程是一門實踐性、應用性很強的課程，只有建立完善的實驗教學體系才能培養出真正有動手能力的學生。本項目充分利用Proteus虛擬實驗平臺的強大功能， 改變單純的驗證實驗方法， 更加注重綜合設計型、創新型實驗；適當增加處理器外圍硬件設計實驗，使學生能夠較好地將嵌入式系統的軟、硬件設計實驗聯系起來；建立多層次、逐步遞進的實驗教學體系，結合多門專業課知識，最終達到培養學生綜合運用和創新能力的目的。

另外，我們的實驗體系還包括將課堂演示實驗的開發作為“問題—啟發式”教學法改革的有力支撐。基于Proteus平臺開發與課程內容緊密相關的演示實驗，通過虛擬邏輯分析儀，示波器記錄并演示實驗過程中關鍵信號或典型故障，以期在“問題—啟發式”課堂教學改革的實踐中通過實驗，引出問題，探究解決方案，驗證方案執行效果，討論改進方向。

具體研究工作如右圖所示，體系中包含基礎型、綜合設計型和研究創新型實驗項目。其中，基礎型實驗為學生必選項目，根據課堂教學內容穿插于課程進行的過程中；綜合型項目作為課程設計作業，由學生分組合作完成；創新型實驗項目工作量較大，由對嵌入式系統興趣濃厚且學有余力的學生合作或獨立完成。

3.課程考核方法改革

本次教改的主要成果是課程考核體現對學生設計能力的要求，主要措施是減少筆試成績比重，增加綜合設計型實驗成績在課程考核中的比重。并且增加答辯環節，要求學生對所負責的技術部分關鍵問題進行闡述，以期鍛煉學生的技術交流能力，杜絕合作完成題目中的“渾水摸魚”現象。

在具體實施中，課程考核分兩部分獨立進行：理論考核和實踐考核。理論考核為傳統的筆試考試，主要用于測試學生對嵌入式系統基本知識的掌握情況；實踐成績主要檢驗課程大作業及實驗箱實驗的完成情況。給分比例各占50%。

四、教學改革的主要成果及實施效果

通過教學實踐，學生的學習興趣明顯提高，課堂上能夠基于課堂實驗的現象結合“問題—啟發式”教學法積極、主動地分析問題、思考問題，討論解決方案；到課率明顯提高，達到95%以上；課下，學生能夠根據實驗指導書積極完成基本實驗以及綜合型課程作業。學生普遍反映經過一學期的學習，對嵌入式系統的基本知識有了牢固的掌握。特別是基于虛擬實驗平臺的使用降低了進行嵌入式系統實驗的軟、硬件成本，大幅增加了實驗時間。通過大量實驗，學生基本掌握了嵌入式系統開發軟硬件設計及調試的方法和技巧。

參考文獻：

[1]艾云峰，楊棟毅.嵌入式微控制器原理與應用課程教學研究[J].計算機教育， 2013（2）：74-78.

[2]周炯亮，陳青華.“微控制器程序設計”課程教學改革研究[J].中國電力教育，2011（7）：97-98.