單片機教學改革與應用型人才培養分析

羅壽歡

（畢節職業技術學院，貴州 畢節 551700）

當今時代背景下，工程領域對人才提出了新的要求，不但要掌握豐富的理論知識與較強的應用能力，還應具備創新實踐能力與綜合素養。以單片機課程為例，在以往的教學中忽視理論與實踐的聯合，對教學效果產生不利影響。對此，急需通過開展實訓課程改革的方式，從理論、實踐、競賽3個角度進行創新，為工程領域培養出更多高素質的應用型人才。

1 單片機實訓課程教學現狀

對于工科專業來說，單片機實訓課程屬于課程體系的主要內容，盡管經過多年的開展，擁有了豐富的教學經驗，但是該課程的教學現狀始終不容樂觀，主要體現在兩個方面：一方面，實訓課程與理論結合不夠緊密，當前課程教學以理論知識傳輸為主，以單元章節的形式開展教學，實訓方面多采用驗證性實驗，學生很難對課題形成整體性認識，程序編寫不知從何下手，在課程設計中一般由教師來做課題，學生只完成簡單的電路焊接、程序輸入等工作，實踐能力無法得到顯著提升。另一方面，缺乏創新精神培養，對于工科專業的學生來說，專業素質主要體現在創新力與實踐力兩個方面。單片機課程涉及傳感、電子、程序設計等多個方面，是促進學生專業素質提升的重要手段。但受到單元章節教學模式的影響，課內實訓與課外實踐銜接不當，學生的實踐能力很難得到顯著提升[1]。

2 單片機實訓課程改革的有效措施

該項課程的改革工作，關鍵在于通過理論與實踐項目的有機結合，使學生從工程應用的角度學習相關理論知識，掌握系統開發流程，培養提出問題與解決問題的能力，以此提高職業應用能力。對此，課程改革可從教學模式、考核內容與實踐活動3方面著手開展，具體如下。

2.1 構建項目教學模式

項目教學法改變以往教學中理論與實踐相分離的模式，將單片機知識劃分為理論、實踐與綜合3個層次，通過理論實踐相結合的方式學習知識。在應用型人才培養目標的引導下，對課程內容進行優化組合，選擇6個具有代表性的、與實際關系緊密的項目編寫新教材。項目之間相互獨立，包括單片機的一個或多個知識模塊，每個模塊又包含多個任務，使單片機應用的關鍵點、能力點、知識點均涵蓋其中，并在工程項目中貫徹落實，使學生的職業能力得到有效的培養和鍛煉。在此種教學模式下，課程教學流程為“項目提出”“模塊分解”“任務實施”“總結評價”4項環節，以“單片機最小系統”為例，該項目可幫助學生更好地理解單片機構成，將任務劃分為“系統構成”“程序設計”與“控制器”等，每個任務都是知識體系指標的具體表現。通過實物演示、程序試運行、多媒體技術等，將理論與實踐有機結合起來，在每項任務完成后，引導學生通過實驗進行深入探索，例如，“彩燈控制器”的效果多種多樣，除流水、閃爍之外，還可引導學生設計出更多不規則的閃光效果，創造出更多發光二極管（Light Emitting Diode，LED）點陣的控制方式，并思考如若輸入/輸出（Input /Output，I/O）口數量不足時接口該如何拓展，學生通過翻閱資料提出自己的想法，并在此基礎上繪制程序圖，通過開展課程設計將自己的想法在現實中進行驗證。

2.2 開展課程設計實驗

通過項目小組的形式開展貼近實際的課程活動，按照課題類型、興趣與任務量，每3～4人組成一個小組進行系統設計，包括硬件設計、軟件編寫與程序調試，并在課上開展小組競賽活動，使各小組的能力優勢得到充分發揮，培養學生實踐能力的同時，又可增強團結協作與競爭意識。在系統整合與能力培養方面，如性能優化、系統調試、程序編寫等，與工程開發的要求更加貼近，最大限度地激發學生積極性，在教師的啟發與指導下，許多難題迎刃而解。針對一些常見的問題，教師可引導學生說出自己的看法，并鼓勵學生進行軟硬件調試，觀察實驗現象，由此得出正確答案。例如，在“雙機串行口通訊”實訓中，從甲機發送的數據由乙機接收，一個小組通信失敗，另一個小組第一個字節的數據丟失，在教師的提示下，通過學生的自主探索與思考，發現是波特率設置不對和程序編寫有問題，將其改正后，上述問題得到了有效的解決[2]。

2.3 完善實訓考核內容

在實訓體系改革中，考核內容與方式的改革十分關鍵，重點在于創新能力與實踐水平的培養，可采用“形成性＋終結性”的方式，適當增加能力考核的占比，完善實訓考核的內容，使其涵蓋實訓考核（占比40%）、綜合能力（占比30%）、總結與答辯（占比30%）3個方面。在綜合能力方面，包括設計方案、課程設計與文獻查閱3項內容，將單片機理論與應用能力作為考核的重點；在實訓考核中，重點對學生的實驗設備應用、編程、軟硬件設計等能力進行考核；在總結答辯方面，使學生對所學知識進行總結，深刻了解系統設計的意義，并將工程方案進行對比，答辯驗收使學生對該課題進行反思，端正學習態度，從本質上改善以往“高分低能”情況，促進其創新能力與應用能力的提升。

2.4 開展課外實踐活動

對于綜合型項目來說，單純依靠課內實訓收效甚微，應與課外科技活動相結合，提高學生的專業能力與綜合素質。對此，可采用以下措施：組建單片機興趣小組、建立QQ群，將優秀的教程、典型范例、常用網址等在群中共享。在機房中的每臺電腦上都安裝Keil與Proteus軟件，發揮虛擬實驗室的作用。針對實訓中的技術問題，在群中交流討論，教師可隨時在線答疑，對于一些基礎較好、興趣濃厚的學生，還可邀請其加入創新實驗室進行學習。創新實驗室定期開展講座，介紹新型單片機與技術，并對學生的創新作品進行點評，多層次的課外訓練，使學生掌握更多的知識，針對單片機系統進行開發試驗，為日后從事相關工作積累更多知識與經驗。

3 基于人才培養的單片機課程改革方法

在素質教育背景下，應用型人才培養成為大勢所趨，在單片機課程改革中，應根據學生實際情況與教學目標，合理地制定教學大綱，科學地開展教學活動，積極開展考核與拓展性活動，響應新課程改革，使學生的創新精神與實踐能力得到顯著提升。

3.1 教學大綱修訂

根據市場調研結果以及社會、崗位對人才的需求，制定單片機實訓課程的教學大綱，以提高應用能力為目標，以人才培養為中心，根據人才在知識、素質、技能等方面的需求制定改革方案和計劃，系統、規范地制定課程教學大綱。在大綱中將該門課程分為5項工程任務，每項任務設置相應的實訓情境，如基于單片機的交通燈設計、密碼開關、智能溫度測控系統、電子鐘設計等，學習情境完全是對現實工作環境的模擬，在此基礎上，對學生的設計與創新能力進行有效的鍛煉和培養。

3.2 教學活動開展

實訓課程在特定的情景下開展，課程中包含5個學習情境，每個情境的開展均包括以下步驟：

（1）在正式上課之前，為學生發放任務書，組建多個學習小組，每個小組的人數為3～4人，隊員由學生自行分配，各隊學生提前進行復習。以單片機基礎上的數碼廣告牌設計為例，任務書中的內容為工作任務、實現流程、數碼管原理、動靜態顯示等。（2）通過小組討論的方式，制定項目實施方案。（3）對系統的軟硬件進行設計，包括硬件電路、軟件流程與運行程序。（4）在正式上課時，通過小組競賽的方式，教師隨機抽取1～2個小組，由組員匯報該項目的知識點，在匯報后選取對抗小組，由對抗小組提問，匯報小組做答，教師和其他同學根據回答情況進行評價和打分，并且繪制各個小組競賽的得分表。（5）教師對匯報小組的表現進行評價，對兩個競爭小組的表現進行總結，對知識點講解不透徹、遺漏之處進行補充，并與學生們一同開展實踐活動，使學生們在親自動手練習中鞏固所學知識[3]。

3.3 考核活動

將以往單一的筆試考核轉變為綜合考核，包括日常出勤（占10%）、課堂表現（占20%）、項目實踐作業成績（占30%）、期末筆試成績（占20%）、實驗成績（占20%），其中實驗成績包括實驗報告、實驗方案設計等，對于提出創新性實驗方案的學生應給予一定的分值獎勵。

3.4 拓展實踐活動

在人才培養基礎上，實踐活動的開展對培養學生設計開發能力具有促進作用。課題選擇應源于日常生產、生活需求，加強與企業間的聯系，將實訓項目在企業真實的場景下操作，由教師與企業技術人員共同指導，使學生在真實的項目設計中得到鍛煉和進步。此外，還要鼓勵學生積極參與各項科技競賽，如電子設計大賽、創新創業大賽等，通過參與競賽提高學生的單片機設計能力，引導學生積極創新，研制出許多新的發明，申請發明專利，并在實踐活動中提高溝通能力與實踐技能，為成為應用型人才打下堅實基礎。

4 結語

在素質教育背景下，為了培養出更多高素質、應用型人才，應積極開展課程改革，采用課程理論與實踐訓練相結合的方式，使學生在特定的情境下親身參與操作，鞏固所學的理論知識，做到靈活運用，有效培養動手能力、創新精神、工程應用能力與合作意識，真正成為工程領域所需的應用型人才。