基于“卓越計劃”的單片機技術課程教學研究

武文紅 莊旭菲 李文靜 董志學

摘 要：單片機技術課程是計算機技術中重要的開發技術。本文響應“卓越計劃”宗旨，從教學內容、教學方式、實踐環節等方面開展課程改革，為培養卓越工程師奠定基礎。

關鍵詞：“卓越計劃”；單片機技術；課程教學

“卓越計劃”旨在培養一批具有較強工程應用能力、創新能力和適應能力的工程應用人才。單片機技術課程是工科電類專業一門重要的專業課，是與工程技術應用結合緊密的綜合應用課程。當前單片機技術教學中存在一些突出問題。首先，教學內容與工程應用結合少。課程仍以8051微控制器為主進行講授，雖然8051結構原理典型，但在實際工程中應用較少。在實際中得到廣泛應用的新型微控制器，如ARM、PIC、AVR等系列單片機，在課程中未做講授。其次，教學方式陳舊，學生缺乏創新意識和主觀能動性。現階段課程以理論講授為主，實踐教學為輔。在教學中，以教師為主的理論講解占據課堂的絕大多數時間，造成理論與實踐缺乏聯系的困境。最后，實踐環節中的實驗項目仍以基礎實驗為主，如控制燈亮滅、控制蜂鳴器響等。因此，隨著“卓越計劃”的實施，面向卓越工程師培養的課程教學改革勢在必行。

一、教學內容改革

教學以社會需求為導向，以實際工程為背景，以工程技術為主線，內容以ARM系列微控制器為主，以8051為輔。ARM處理器結構較8051復雜，所以從8051到ARM是一個大的跨度。對于沒有單片機基礎的學生，直接講ARM，造成其無法很好地理解單片機的概念。所以，教學內容既要保留8051的內容，保證學生掌握單片機技術的精髓；還要增加ARM微控制器的講解，保證學生能夠了解當前單片機技術潮流。教學內容增加兩者的比較，旨在培養學生掌握企業級項目分析能力，能夠根據具體的工程項目選擇合適的型號。同時，隨著計算機技術的發展，能力更強、內部資源更豐富的芯片不斷推出，如何根據具體工程項目選型也是實際應用中基本且關鍵的一步。

在之前的教學中，一般按照先講硬件結構、再講指令系統、最后講應用的順序，教學內容中沒有要求學生完成具體的任務。目前則是以任務為教學單元，打破原有界限，將各部分知識分解成一個個知識點，為了完成一個任務抽取每個部分的不同知識點加以組合。通過這種方式，使學生具有關聯知識、整合知識的能力。

二、教學方式改革

慕課給高等教育帶來了翻天覆地的變化和深遠的影響。對于單片機技術中的部分重難點內容，如定時計數器等，宜采用慕課教學模式；學生可以根據學習情況、個人興趣，自行觀看教學視頻，完成作業，在社區討論，互評作業，參加測試。通過課堂學習和慕課平臺的結合，學生能夠對單片機技術中的重難點進行高效、深入的掌握。

同時，引入PBL教學法。教師提出問題，讓學生主動思考，尋找答案。通過“向學生提問—學生解決問題—教師引申學生的解答”三步，將晦澀難懂的理論知識轉化為具有工程背景的實際問題，讓學生在實例中尋求問題的答案。啟發式互動教學能夠有效調動學生學習的積極性，同時鍛煉學生提出、分析、解決問題的能力，鼓勵學生思考和發表不同的見解，激發學生的自主學習意識和創新意識。

三、實踐教學改革

案例結合當前單片機技術的應用，如室內外雙顯示溫度計、溫濕度測控、紅外感應自動門、藍牙溫度檢測、藍牙通信和手機顯示功能等。學生根據具體案例，制訂設計方案和實現方法，設計系統的硬件電路，在電路設計工具上畫出電路原理圖和印刷電路板圖，焊接實驗電路板，并完成電路板硬件調試工作。最后編寫所設計的系統程序，在焊接的實驗電路板上借助于集成編譯工具完成系統應用程序的開發和調試工作。

學生通過這些具有工程價值、可行性強的工程案例，能夠具備企業級項目的分析能力和運用工程技術方法解決復雜計算機工程問題的能力，準確地進行需求分析，用模型描述并進行系統設計，提高實踐動手能力、工程應用能力和創新能力。

四、結語

通過課程改革，學生能夠結合實際工程應用需求，進行軟硬件設計和開發，掌握關聯知識、整合知識的能力。這為培養適應社會需要的應用型人才，提升人才培養質量，培養卓越工程師奠定了基礎。

（通信作者：莊旭菲）

參考文獻：

袁松鶴，劉選.中國大學MOOC實踐現狀及共有問題——來自中國大學MOOC實踐報告[J].現代遠程教育研究，2014（4）.

注：本文系內蒙古工業大學教學改革項目（項目編號：2017208）。

作者簡介：武文紅（1980— ），女，內蒙古呼和浩特人，碩士，講師，主要從事嵌入式技術及計算機圖像處理的相關研究；莊旭菲（1978— ），內蒙古呼和浩特人，碩士，講師，主要從事嵌入式技術的相關研究。