以學生科技競賽促進單片機課程改革的研究

郭媛 易燦燦

摘?要：單片機是一門理論與實踐充分結合的課程，其中融合了電子、計算機、傳感器和自動進行課程學習的時候普遍反映課程難度大、知識點多、理解困難等諸多問題，為此提出了以學生科技競賽促進單片機課程改革的全新教學模式，突出科技競賽對本科生課程學習和知識掌握的引領作用。

關鍵詞：單片機;課程改革;學生科技競賽

Research on Promoting the Reform of MCU Course with Subject Competition

Guo Yuan 1，2?Yi Cancan 1，2

1.The Key Laboratory of Metallurgical Equipment and Control of Education Ministry，

Wuhan University of Science and Technology?HubeiWuhan?430081;

2.Hubei Key Laboratory of Mechanical Transmission and Manufacturing Engineering，

Wuhan University of Science and Technology?HubeiWuhan?430081

Abstract：MCU is a course that combines theory with practice fully，which integrates relevant knowledge of many subjects such as electronics，computer，sensor，automatic control，and highlights methods and skills in mechatronics technology.However，undergraduates generally reflect many problems，such as course difficulty，knowledge points and understanding difficulties when they are studying the course.Therefore，a new teaching model for promoting the reform of the MCU course with subject competition is proposed in this paper，and it highlights the leading role of subject competition in undergraduate course learning and knowledge acquisition.

Key words：MCU;Course Reform;Subject Competition

一、緒論

隨著科學技術的飛速發展和信息化時代的到來，智能制造、工業4.0、工業物聯網已經成為當前社會發展的主流，在這樣大的背景下單片機技術以其體積小、重量輕、抗干擾能力強、價格低廉、可靠性和可拓展性好受到了人們的廣泛關注和重視[1]。但是單片機包含了硬件結構、指令系統、中斷系統、定時器/計數器、通訊接口、AD及DA轉換等眾多基本知識點，這對學生在理論學習上提出了很高的要求，容易導致一知半解的現象。學生科技競賽作為高校本科生實踐創新能力和綜合素質培養的重要手段，對學生的成長成才具有重要的促進和引導作用。因此，以“學以致用”為目標，以學生科技競賽中遇到的實踐問題為基本出發點，突出“實踐”環節，以整體方案設計和軟硬件訓練相結合的方式，針對單片機課程改革中的典型環節開展實踐研究，培養學生獲取知識、運用知識、產生知識的能力。

二、目前單片機教學存在的問題

（一）理論描述抽象，缺乏對知識的系統把握

“單片機應用技術”課程是一門職業能力基礎課程，但是卻有很強的理論性。大多高校的單片機課程以單片機的結構為主線，按照教科書的章節排列順序，針對單片機的硬件結構、指令系統、中斷系統、定時器/計數器等理論知識進行著重而詳細的講解[2]。對單片機系統的擴展和各種外設的應用部分一筆帶過，而最重要的單片機基本電路、軟硬件綜合運用等偏向系統設計的部分卻很少涉及。

雖然按照此順序教學有利于夯實學生的基礎理論，但是這些課程大多偏重理論體系完備性，略顯抽象，要學生憑借自己的想象來理解單片機的工作原理不太現實。此外，學生因形式化教學導致知識比較零散、沒有建立與模電、數電等先修課程的聯系，知識體系不完備，學生在課程結束時也無法全面地了解單片機，進而導致學生無法用單片機解決實際問題，阻礙了學生在實際系統與抽象的理論方法之間建立自然聯系，以及系統分析解決實際問題能力的提高。

（二）重理論、輕實踐，缺乏有效的實踐方式

因教學課時的限制，很多教師在進行單片機知識教學的時候，過于強調理論課程講述，壓縮了實踐教學的環節，而單片機的實踐正是其一大特色，如果只展開理論知識學習，學生根本沒有辦法充分認識到這些晦澀難慬的知識實現過程，知其然而不知其所以然，久而久之，他們的學習興趣會變得越來越低，最終的學習目標也只是為了通過考試。

雖然很多高校也開設了單片機實驗教學環節，但這些課程往往以驗證性實驗為基礎，學生只需要按照實驗指導書步驟就能完成，完成實驗時連最基本的單片機電路都不了解。學生在試驗過程中根本不需要動腦思考為什么要這樣操作，學生在實踐環節遇到的問題，大多是軟件編程的問題，割裂了單片機工作過程中的軟硬結合的特點，使做實驗變成生搬硬套的完成任務[3]。長此以往，導致學生學完這門課程后仍然不了解單片機設計要領，更不能運用單片機解決實際的工程問題。

（三）課程考核失衡，缺乏合理的考核機制

當前大部分院校在進行單片機課程考核的時候，所采用的評價考核的主要手段依舊是閉卷考試[4]，試卷上的內容偏向于基本概念，題目大多需要記憶，學生考前突擊也能取得不錯的成績。對教師的考核則是查看是否完成了足量甚至超量的備課、作業、筆記、教學評價等內容，而沒有將學生單片機應用能力這一重要指標納入教師教學成果評價體系中。

這種落后的評價考核方法擁有極大的局限性，為了獲得更好的成績，學生不得不進行各種理論以及公式知識的死記硬背，而且還會很快遺忘，根本沒有辦法體現出學生的真實水平，學生也很難理解運用。對于教師而言，學生學習成果無法對教師形成正向反饋，教好教壞一個樣，缺乏結合最新科技寓教于樂的動力。

三、學生科技競賽對單片機課程改革的促進手段

（一）結合教學大綱和科技競賽的要求，促進課程內容的調整和結構優化

針對單片機教學課程存在的諸多不足，對培養方案予以適當的調整。在滿足教學大綱要求的同時，對教材進行相應刪減，對于深奧的理論的內容進行刪除，增加一些在科技競賽中應用比較廣泛的實際案例和最新的單片機理論知識。在理論教學模式的改革中，建立以具體項目為教學主線，通過有趣的實例引出問題，帶著問題學習理論內容。在課程內實驗環節，根據任務教學需要，將單片機“基于斷電保護的智能門禁系統”“基于單片機控制的快遞紙箱包裝機”“基于單片機的智能排風扇”等國家級創新項目作為教學案例開展案例教學。通過案例教學，把分散知識點通過合適的邏輯關系整合到一起，培養學生系統分析問題的能力。

（二）以參與競賽為依托，促進教師和學生的良性互動

“以賽促學”，通過組織學生利用單片機參加學科競賽培養學生的興趣，提高老師的教學能力。一方面，學生在參賽的過程中了解自己知識漏洞，激勵自己及時鞏固課內內容，完善知識體系。另一方面，開展學科競賽也是推動教師教育觀念的轉變和教學方法的革新方式之一。教師在教學過程中，對因材施教、師生互動的教學理念有更深的體會，并嘗試使用各種靈活而有效的教學方法。例如：根據競賽要求讓學生自主設計單片機系統，讓學生自己來講授單片機學習心得，培養學生和教師的團隊意識，在兩者間形成相輔相成的良性循環。此外，比賽成果聚集了學校科研實驗資源、導師智慧、學生創新能力，是三者風采展示的舞臺。

（三）以科技競賽結果和教學滿意率為達成度，促進課程評價體系的轉變

引入競賽學分制和獎勵機制。學生通過參與競賽并取得成績可以申請創新學分來換取相應的選修課學分、獎金、獎狀以及各類榮譽評選資格，逐漸減輕理論考試的比重，加大實踐環節的成績比例。將指導學生競賽成果高低作為教師教學成果考核的一部分，把考核重心轉移到培養學生創新能力和實踐能力的環節上，以教學滿意率為達成度，動態調整教師教學工作量、獎金等評比指標。相較于其他課程，這種考驗學生實踐能力、合作精神，考驗教師教學能力、競爭意識的“實戰”課程更易引起學生和教師的興趣與積極性。在這個過程中學生的綜合應用能力也得到了提升，教師的教學水平也不斷的提高。

四、結語

單片機是一門兼具理論性和實踐性的課程，解決實際問題是其主要宗旨，而“以賽促學，以賽促改”恰是解決實際問題的一種有益嘗試。一方面，參加科技競賽是鍛煉學生綜合運用知識、解決實際工程問題的有效方式;另一方面，指導科技競賽是激勵教師全面提高授課水平、了解學生課程訴求的良好手段。

參考文獻：

[1]劉大偉.AT89C51單片機的微控制測試器開發[J].無線互聯科技，2012（12）：113.

[2]李敏.從電子競賽看三本院校單片機課程改革[J].電子世界，2014（16）：287-288.

[3]高明亮.基于全國大學生電子設計競賽探究單片機教學模式的改革[J].信息系統工程，2012（4）：151-152.

[4]莫秀英.從電子設計競賽探討單片機教學改革[J].文藝生活·下旬刊，2018，（5）：199-200.

基金項目：武漢科技大學教學研究項目2018X041

作者簡介：郭媛（1973-），女，漢族，河南人，碩士，教授，研究方向：虛擬儀器。