新工科背景下《單片機原理及應用》課程的改革與探索

楊曉東

【摘 要】《單片機原理及應用》是機電類專業開設的一門專業必修課。它是一門工程實踐性較強的綜合性課程，在專業課的學習中起到承上啟下作用。掌握單片機應用技能是是機電類專業必備能力之一。新工科建設對機電類專業的課程目標也提出了新的要求，本文針對目前單片機原理及應用課程教學現狀及問題，在教學內容、教學方法、考核評價方式等方面進行了改革與探索。

【關鍵詞】新工科；單片機；教學改革；能力培養

一、引言

1.根據統計數據，到2020 年新一代信息技術產業人才缺口將會達到 750 萬人，到 2025 年新一代產業人才缺口將達到 950 萬。因此，提前進行人才布局，培養新經濟急需的人才，培養具有創新意識和跨界整合能力的人才，已成為當前的緊要任務。

2.新工科與老工科相比，新工科更強調知識的實用性、交叉性與綜合性，相比于之前的人才需求，未來新興產業需要的是工程實踐能力強、創新性強、具有學科交叉融合能力的人才。

二、傳統單片機類課程教學現狀

單片機技術是電子信息類專業的一門專業基礎課程，廣泛應用于有關測量與控制的各個領域，是培養應用型電子設計人才的重要途徑。如何通過單片機技術的教學提高學生的創新、實踐能力，滿足社會應用型人才的需求是十分重要的。

目前單片機的理論教學一般是根據章節順序，依次講授單片機的硬件結構、指令系統、程序設計、中斷、定時器、I/O口、串行通信、擴展等技術，這與其它課程一樣符合基本的認知規律，但這種教學模式在單片機教學中其實效果很差。其主要表現在：

1.教學內容與實際應用脫節，課程知識與社會和產業需求脫節。

目前大多數單片機原理教材前面章節安排的是單片機基本原理和內部結構，學生在學習指令系統和匯編語言等內容時常常感到晦澀難懂，而在學習后面應用實例的過程中，部分基礎差的學生由于沒有掌握扎實的基礎理論知識而導致學習困難，以至失去學習興趣。而且目前社會上急需精通STM32等32位單片機的人才，而大量高校仍然只開設mcs51等8位單片機課程，而32位單片機課程開設很少，學生只能靠自學或者課外培訓來獲取相應的知識，這樣使學生在參加比賽或者做畢業設計時不能得心應手，更不能很好的滿足社會的需求。

2.教學重理論而輕實踐。

不少高校在單片機課程學時設置時，理論學時往往占據了很大比例，而實驗學時占比較少，雖然理論對實踐具有一定的指導意義，但較少的實驗學時，也會導致理論知識來不及消化的問題。并且，現有的單片機課程實驗臺基本都是實驗箱，實驗箱是由不同功能的電路模塊板組成，各種器件已經焊接在電路板上，學生只需要通過導線將各個模塊按原理圖連接在一起，再按照實驗指導書的步驟，就可以寫程序、編譯、下載和觀察結果。這使得學生集中精力在軟件編程訓練，而對于硬件設計訓練則偏少。學生對電路的工作原理缺乏思考，抑制了學生對硬件電路設計的創新，即使學生熟練地完成了實驗，其實踐動手能力仍然不能適應當代電子產品設計的要求。

三、面向新工科的單片機課程教學改革探索

1.適應新工科發展，優化教學內容

隨著電子技術和市場需求的不斷變化，單片機技術也隨之發展進步，高校要通過參加企業調研和人才招聘會等方式了解企業對單片機人才的需求情況，不斷優化調整教學內容，從而形成以市場需求為導向、以項目內容為驅動的教學大綱。另外，要適當引入stm32等32位單片機的內容，將單片機與嵌入式操作系統如LINUX等內容結合起來，以解決教學內容與實際應用脫節的問題，提升學生綜合使用單片機技術進行智能產品設計的能力。利用 Keil 和 Proteus 軟件進行虛擬仿真教學，結合實例講解單片機應用系統設計，逐步培養學生硬件設計和軟件編程能力。根據單片機的發展和智能化應用趨勢，逐步增加基于單片機的智能機器人等教學內容。

2.改革教學方法，豐富教學手段

在單片機課程課堂教學中，圍繞激發學生興趣和提高學生單片機實踐應用能力采用新的教學形式、教學內容、教學方法等進行改革實踐。在教學形式上改變了課堂上教師講、學生聽的方式，對于重點和難理解內容，學生在課堂上研討交流，教師進行講評。在教學方法上將自制的實驗板和筆記本電腦帶進課堂，邊講授理論邊用實驗板實驗，教學內容上進行重構優化，以適應課堂上有限的時間，縮減課堂理論講解內容，增加實踐任務，引導學生主動學習、實踐、討論，課堂上教師逐一輔導、答疑和講評。

3.建立“以競促教、競教結合”的實踐教學平臺

學科競賽以課堂教學為基礎，通過參加比賽，培養學生獨立工作、理論聯系實際的能力，可作為實踐教學的重要組成部分，培養和提高學生的創新思維能力、團隊精神、解決實際問題和實踐能力，對于提高教學質量，具有不可替代的作用。通過讓學生參加省部級或者校級的電子產品設計大賽，使學生在實踐中學習單片機課程及其課程設計知識，積極主動地查閱文獻和閱讀參考資料，在“解決問題”中提高學生的單片機課程實踐能力，適應當前單片機技術發展的時代要求。

4、改革考核評價方式

傳統的單片機課程考核方式大多以期末考試為主，我們的教育花費了大量的時間和精力去考核學生對知識的掌握，而不是能力的提升。在考核方式改革上，可以通過將平時實驗成績計入評定標準，另外如果學生能提供自己設計的單片機產品，并能回答完整的設計過程，那么設計的產品也可以計入考核分數。這樣通過改變單純的卷面考試，不僅可以大大提高學生的學習積極性，而且能夠培養學生實踐動手能力、創新能力、跨學科思維和團隊合作精神的培養。

5.組建課外興趣小組，綜合式激發學生創造能力

單純的依靠課內的學時，無法滿足學生探求新知的進一步要求。為此，通過組建課外興趣小組，讓學生自己選題來設計一些綜合性的智能產品，不僅可以鍛煉學生的團隊合作能力，而且可以使學生將所學的傳感器、模電數電、單片機、無線傳感網絡等課程知識進行有機的結合，進一步激發學生的學習熱情。此外，教師還可指引學生了解指紋識別、顏色識別、語音識別、電力載波、電機驅動、無線通信、射頻識別等方面的知識，培養學生的知識交叉融合能力和工程應用。

6.教師要不斷優化知識結構，以提高教學效果

教師的教是為了學生的學， 學生的學又影響到教師的教， 兩者相互依存， 缺一不可， 任何一方的活動都以另一方為條件， 故而在教學過程中教師的主導作用尤為重要。由于科技的飛速發展， 教學內容的不斷更新， 教學本身對教師的知識結構和專業水平提出了越來越高的要求。教師已有的知識會顯得陳舊，如果不注重業務進修， 不去博覽群書， 不去用更多更新的知識充實自己， 就不可能適應新的教學要求， 也就不能保證教學質量和教學效果。因此教師只有博學多才， 業務精湛，才能得到學生的認可。

四、結語

針對單片機原理及應用課程教學長期存在的不足和問題，本人結合當前新工科的要求以及自身的教學實踐，從教學內容、教學方式以及教學目標等方面提出了一系列改進和改革措施，通過教學實踐觀察和結果反饋，上述的改革措施可以取得一定的成效，學生對于單片機學習的興趣大大增強，發現和分析問題的能力以及解決問題的能力都得到了很好地提高。

【參考文獻】

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