面向應用型人才培養的單片機教學改革思考與探索

肖海寧 王福元 袁健 侯鵬亮 曾勇 張永悅

摘 要：《單片機原理與應用》是高等學校機械類專業的一門重要的專業基礎課程，對培養機械領域應用型人才實踐能力具有重要意義。首先分析了當前單片機教學中存在的問題，其次，以培養高素質應用型人才為導向，對單片機教學改革進行了思考和探索，從培養目標、教學內容、教學手段、考核體系等角度提出了改革措施。實踐表明，這些措施有助于培養學生對單片機知識的綜合應用能力。

關鍵詞：教學改革;單片機原理與應用;應用型人才

一、緒論

近年來，為了推動制造業的轉型升級，多個國家紛紛出臺了各自的智能制造發展戰略。而智能制造的實現離不開高素質的人才，應用型高校承擔著為社會培養應用型人才的重任，因此，“如何優化應用型人才培養模式，將培養目的從單純知識的傳授轉化對知識綜合應用能力的培養。”已成為應用型高校的重要研究課題。

《單片機原理與應用》是機械類專業的一門必修課[1]。該課程以應用廣泛的51系列單片機為學習對象，主要講述51系列單片機的軟硬件結構、功能及工作原理[2]。由于單片機課程內容多，學生普遍反應單片機結構復雜、概念難理解，指令難記，缺乏學習興趣和動力。即便是部分理論成績比較好的同學，在后續課程設計及畢業設計中也會暴露出理論知識應用能力不強，實踐技能缺乏的現象。為了探索面向應用型人才培養的單片機教學新模式，本文首先分析現階段單片機教學中存在的問題，其次，從教學內容、教學及考核方式改革等方面進行探索，提出對應的改進措施，將人才培養目的從單純單片機知識的傳授轉化對知識綜合應用能力的培養。

二、現階段單片機教學中存在的問題

（一）教學內容過于偏重理論，教學效果不理想

以本校《單片機原理與應用》課程為例，共40學時，其中，理論32學時，實驗部分僅有8學時。理論內容較多，不少老師為了追求知識點的系統性和完整性，陷入貪多求全、過于偏重理論知識的誤區[3]。而對知識點的應用場合及方法介紹較少。極易引發學生產生“不知如何用，學了沒有用。”的厭學情緒，教學效果不理想。

（二）教學方法單一、理論教學與實驗教學嚴重脫節

單片機一般都是按照先理論后實驗的順序組織教學，由于學時有限，在理論教學中，教學方法基本以知識點講授為主，在進行長時間的理論講授后，學生基本已無學習熱情。等到實驗教學時，由于學習熱情和時間差，學生對實驗所需的理論知識基本已淡忘，不僅影響實驗教學開展，也無法實現通過實驗幫助理解理論知識的目的。

（三）考核方式單一、難以考查學生對知識的綜合應用能力

目前，在不少高校的單片機課程考核體系中，期末成績占比較高，一般在70%以上，而實驗成績和平時成績占比在30%以下，對學生實踐能力考核不夠重視。

三、單片機教學思考與探索

針對單片機教學中存在的上述問題，筆者所在的教學團隊從培養目標、教學手段、考核體系等角度開展了一系列的改革思考與探索，具體措施如下。

（一）面向地方產業發展需求，構建知識綜合應用能力培養目標

以鹽城本地及周邊區域機械產業發展需求為切入點，依據機械行業不同崗位的工作任務構建單片機課程教學的能力目標。為此，教學團隊成員通過分析企業不同崗位職責及其對應用能力的需求，確立課程教學的能力目標，如表1所示。增加了單片機的軟硬件系統設計、調試等能力的培養目標。

（二）以知識綜合應用能力為導向，對課程教學內容及體系進行優化和重構

針對單片機課程存在的理論知識多而學時少的問題，本著“以能力為導向，突出實用性”的原則，對單片機課程的教學內容進行了重構，首先，在知識點體系上，不再按照課程原有章節順序組織教學，而是根據能力目標對課程知識點重新分類和統籌，整合成三個教學模塊，每個模塊包括的教學內容、學時分配及支撐的能力目標如表2所示。其次，在教學內容上根據機械行業發展趨勢，對課程內容進行了優化和調整。考慮到行業對控制系統設計、調試、仿真等人才的需求日益增加，增加了Keil C51及Protel DXP軟件知識及操作能力培養教學。

（三）探索教學手段多樣化，形成“理論”與“實踐”有機結合的教學新模式

為了解決課程傳統教學中學時有限、教學方法單一的問題，基于“線上+線下混合教學”的思想，以中國大學MOOC為載體，制作了線上教學資源，在課前及課后指導學生利用網上教學資源自學，解決了學時不足的問題。

針對理論教學與實驗教學嚴重脫節的現狀，筆者所在的教學團隊將理論與實驗教學相互融合，以單片機存儲器擴展為例，改革前，該教學內容分配了4個學時，均為理論學時，改革后，由于采用了“線上+線下混合教學”模式，單片機總線結構、系統擴展能力等理論知識點均在課前通過線上方式完成了教學，從而將理論學時縮短至2學時，并在理論學習后，立即安排2學時的動手實驗，培養學生動手能力。最后，增加課后項目設計環節，指導學生利用Protel軟件完成單片機存儲器擴展電路原理圖的繪制，增強學生工程能力素養。最終形成了“理論”與“實踐”有機結合的教學新模式。

（四）建立過程評價與期終評價相結合，能夠反映學生綜合素質與能力的課程考核評價體系

基于學生能力培養目標，教學團隊建立了如表3所示的考核評價體系。對于理論知識部分，改革后的評價體系除了采用過程性評價與終結性評價相結合的方式，通過采用課堂提問、平時作業等過程性評價手段動態監測學生在課程學習過程中的表現和取得的學習效果。而終結性評價采用期末閉卷考試來獲得，但從工程應用能力的角度出發，不考察單純記憶性的考試題型，主要考察一些設計、分析類的題型，以此強化對學生綜合應用能力的考查。對于實踐能力部分，其過程性評價由每一個實驗項目的實驗操作和實驗報告構成，而終結性評價則通過項目設計來考察，將項目設計的成績作為期末實驗考核成績。

四、改革效果及分析

上述改革措施目前已在鹽城工學院機械設計制造及其自動化專業的《單片機原理與應用》課程的教學中逐步推行。根據具體的實施情況，改革實踐對課程教學帶來了如下的作用和效果：（1）通過構建知識綜合應用能力培養目標，能夠使課程教學直接服務于崗位能力的培養需求，推動了原有以知識為中心的教學向塑造工程實踐能力為中心轉變;（2）通過對課程內容的優化初步解決了學時不足問題，而課程內容增加了Keil C51及Protel DXP軟件知識及操作能力培養內容，能夠讓學生以應用為出發點來學習理論，不僅有助于激發學生的學習興趣，而且可以培養學生的工程意識和工程思維;（3）通過教學手段多樣化，使實驗學時占比大幅增加，實現了課程理論教學與實驗教學的有機融合;（4）多元化的綜合考核評價體系不僅體現了課程考核的過程性和全面性，能夠反映出學生平時的學習狀態和最終的學習效果，有利于促使學生端正平時學習態度。

五、結語

《單片機原理與應用》是應用型本科院校機械類專業的主要必修課程之一，對培養機械領域應用型人才實踐能力具有重要的意義。本文從人才培養目標、教學內容、考核體系等角度對《單片機理論及應用》課程改革開展了一系列的思考和探索。初步實施表明這些措施能夠有效鍛煉學生運用理論知識解決實際問題的綜合應用能力，培養其工程思維和創新意識。

參考文獻：

[1]仝軍令，司卓印，梁斌.機械工程專業“單片機原理與接口技術”課程教學改革與實踐[J].教育教學論壇，2019（42）：127-128.

[2]張鵬程，等.“互聯網+”背景下《單片機原理與外圍電路》教學方法改革與探索[J].教育現代化，2019，6（45）：58-59.

[3]李莉娜，胡新顏.單片機應用技術教學改革和探索[J].科技風，2020，5：52.

基金項目：鹽城工學院教改研究項目（學分縮減背景下的專業課教學質量保證措施與控制對策研究，JYKT2019B007）;鹽城工學院教改研究項目（新工科背景下“機械類”專業基層教學組織建設研究，JYKT2019B008）

作者簡介：肖海寧（1985—），男，江蘇南通人，博士，鹽城工學院講師，研究方向：制造系統仿真與優化、AGVS調度理論及方法等。