新工科背景下單片機(jī)原理與應(yīng)用課程理論教學(xué)方法改革與實(shí)踐

皮大能，楊青勝，南光群，萬里光，劉 晨

(1．湖北師范大學(xué) 電氣與自動化學(xué)院，湖北 黃石 435002； 2．湖北理工學(xué)院 電氣與電子信息工程學(xué)院，湖北 黃石 435003)

第四次工業(yè)革命使新型工業(yè)化與信息化技術(shù)良好結(jié)合。目前，新技術(shù)革命引領(lǐng)著我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展，新型工科人才成為新技術(shù)革命下急需的人才。此背景下，新工科概念應(yīng)運(yùn)而生。新工科概念于2016年被提出，受到眾多研究學(xué)者高度重視[1]。應(yīng)用型本科學(xué)校抓住機(jī)遇，在新工科背景下對教育教學(xué)方式進(jìn)行改革，以提升高校學(xué)生創(chuàng)新能力與工程實(shí)踐能力為目標(biāo)，培養(yǎng)綜合性高素質(zhì)人才，提供眾多符合經(jīng)濟(jì)發(fā)展以及地方產(chǎn)業(yè)需求的人才。

單片機(jī)原理與應(yīng)用是各大工科院校電氣工程及其自動化專業(yè)的基礎(chǔ)課程，可體現(xiàn)該專業(yè)“軟硬件、強(qiáng)弱電結(jié)合”理念。學(xué)生通過學(xué)習(xí)《單片機(jī)原理與應(yīng)用》可快速明確嵌入式控制系統(tǒng)的芯片參數(shù)、工作模式和應(yīng)用原理，是電力系統(tǒng)中信息技術(shù)的基礎(chǔ)課程，占有極重要地位。目前，各高校明確單片機(jī)原理與應(yīng)用課程重要性，針對該課程進(jìn)行眾多實(shí)踐與改革，實(shí)現(xiàn)課程教學(xué)手段和教學(xué)方法的高效創(chuàng)新[2]。新工科背景下，多學(xué)科、多課程的知識教學(xué)融合對該課程理論教學(xué)方法改革與實(shí)踐探索具有重要意義。研究新工科背景下單片機(jī)原理與應(yīng)用課程理論教學(xué)方法改革與實(shí)踐，充分考慮新工科背景，對單片機(jī)原理與應(yīng)用課程的理論教學(xué)方法進(jìn)行改革與實(shí)踐，考慮課程實(shí)踐意義，為該課程創(chuàng)新與實(shí)際應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 新工科背景

企業(yè)對人才的需求在傳統(tǒng)工科教育模式下與高校學(xué)生培養(yǎng)質(zhì)量具有重大差異，新工科背景可有效消除傳統(tǒng)工科教育模式下單項(xiàng)培養(yǎng)模式的限制。新工科背景的課程教育可采集眾多社會優(yōu)質(zhì)教育資源[3]，建立創(chuàng)新的協(xié)同教育模式，令所培養(yǎng)應(yīng)用型人才具有較高的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。

教育部于2017年提出：新工科發(fā)展至2020年需完成適應(yīng)新經(jīng)濟(jì)、新產(chǎn)業(yè)以及新技術(shù)發(fā)展的建設(shè)模式；至2030年需建立全球領(lǐng)先的具有中國特色的工程教育體系，令新工科背景作為支持我國創(chuàng)新發(fā)展的有力后盾；至2050年需將新工科發(fā)展至建設(shè)工程教育強(qiáng)國，實(shí)現(xiàn)世界工程教育領(lǐng)跑，令我國成為創(chuàng)新世界科技強(qiáng)國。

新工科具體研究內(nèi)容如圖1所示。

圖1 新工科研究內(nèi)容

新工科應(yīng)以立德樹人為宗旨，需充分考慮未來變化，建設(shè)未來，通過交叉融合、協(xié)調(diào)共享、繼承創(chuàng)新作為實(shí)現(xiàn)途徑，最終，獲得創(chuàng)新型多元化工科工程型創(chuàng)新人才。

新工科背景需充分考慮傳統(tǒng)工科建設(shè)缺陷，針對傳統(tǒng)工科建設(shè)缺陷適當(dāng)改革，令所培養(yǎng)創(chuàng)新型人才具有較高的自主創(chuàng)新能力，可適應(yīng)社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展下的人才需求。新工科背景下最終需求與各高校提升教學(xué)水平、優(yōu)化不同專業(yè)培養(yǎng)方式和結(jié)構(gòu)，培養(yǎng)解決工程實(shí)際問題能力人才的需求極為一致。

綜合性高校工程教育部門為實(shí)現(xiàn)工程教育創(chuàng)新和改革，需加速新工科發(fā)展和建設(shè)步伐。新工科是培養(yǎng)綜合型、復(fù)合型人才的重要部分[4]，可充分培養(yǎng)具有動態(tài)適應(yīng)能力、創(chuàng)新型、符合未來產(chǎn)業(yè)需求的高水平工程型人才。發(fā)展新工科主要包括對現(xiàn)有工科專業(yè)創(chuàng)新、改革以及發(fā)展新型工科專業(yè)兩部分。

新工科背景已應(yīng)用于我國土木、機(jī)械等眾多專業(yè)中，將新工科背景應(yīng)用于電氣工程及其自動化專業(yè)，對單片機(jī)原理與應(yīng)用課程理論教學(xué)方法改革與實(shí)踐具有必要性。

2 單片機(jī)原理與應(yīng)用課程教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)現(xiàn)狀

2.1 單片機(jī)原理與應(yīng)用課程教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)目標(biāo)

單片機(jī)原理與應(yīng)用課程教學(xué)目標(biāo)以及教學(xué)內(nèi)容如表1所示。

表1 課程教學(xué)內(nèi)容以及教學(xué)目標(biāo)

單片機(jī)原理與應(yīng)用課程是各大工科高校電氣工程及其自動化專業(yè)的極為重要的基礎(chǔ)課程，該課程結(jié)合自動化技術(shù)、計(jì)算機(jī)和電子等多方向技術(shù)，具有極高的應(yīng)用型和實(shí)踐性，是電氣工程及其自動化專業(yè)學(xué)生日后學(xué)習(xí)專業(yè)課程的重要基礎(chǔ)。通過該課程培養(yǎng)應(yīng)用型人才極為必要，應(yīng)用型培養(yǎng)模式可提升學(xué)生創(chuàng)新能力和工程素養(yǎng)，令所培養(yǎng)學(xué)生更具有發(fā)現(xiàn)、分析與解決問題能力[5]，實(shí)現(xiàn)學(xué)生的“學(xué)以致用”。該課程中實(shí)踐教學(xué)占有重要地位，通過課程的教學(xué)方法改革可提升學(xué)生的實(shí)踐學(xué)習(xí)能力。

2.2 單片機(jī)原理與應(yīng)用課程教學(xué)現(xiàn)狀

通過單片機(jī)原理與應(yīng)用課程實(shí)現(xiàn)運(yùn)行維護(hù)及調(diào)試電氣設(shè)備與控制系統(tǒng)的學(xué)習(xí)，使學(xué)習(xí)該課程的學(xué)生滿足新工科背景下本科院校及各大企業(yè)對學(xué)生的需求。該課程牽涉內(nèi)容眾多，與眾多課程實(shí)現(xiàn)高效融合與交叉。單片機(jī)原理與應(yīng)用課程交叉融合情況如圖2所示。

圖2 課程交叉融合情況

從圖2可以看出，該課程具有極強(qiáng)的應(yīng)用性與實(shí)踐性。目前，該課程實(shí)際教學(xué)時(shí)，具有較低的工程化以及產(chǎn)業(yè)化程度，教學(xué)內(nèi)容未將實(shí)踐、實(shí)驗(yàn)與教學(xué)內(nèi)容有效結(jié)合，學(xué)生學(xué)習(xí)該課程無法獲取較高的工程應(yīng)用問題解決能力。單片機(jī)原理與應(yīng)用課程教學(xué)現(xiàn)狀如下：

1)課程工程化和產(chǎn)業(yè)化程度較低

制造業(yè)伴隨新工業(yè)革命到來，競爭格局和發(fā)展態(tài)勢迫切需要調(diào)整，工業(yè)領(lǐng)域智能化和自動化需求較高，單片機(jī)技術(shù)需充分結(jié)合軟件技術(shù)、自動化控制等技術(shù)，令所開發(fā)新型產(chǎn)品可應(yīng)用于不同場合[6]。以往的課程設(shè)計(jì)較為滯后，無法滿足電氣控制需求。

傳統(tǒng)的教學(xué)模式僅需針對單片機(jī)知識點(diǎn)和電氣控制需求實(shí)現(xiàn)教學(xué)，并未考慮單片機(jī)實(shí)際應(yīng)用需求，課程中包含眾多學(xué)科的交叉融合，學(xué)生學(xué)習(xí)該課程并不能提升發(fā)散思維能力和創(chuàng)新能力。未來的單片機(jī)技術(shù)發(fā)展需求較高，傳統(tǒng)課程體系結(jié)構(gòu)無法適應(yīng)單片機(jī)技術(shù)發(fā)展。充分考慮新工科背景的工程化和產(chǎn)業(yè)化需求，應(yīng)及時(shí)改革與調(diào)整工程教育，明確綜合性知識水平的重要性，充分體現(xiàn)單片機(jī)技術(shù)以及電氣領(lǐng)域產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求，改革教學(xué)內(nèi)容以及課程體系。

2)實(shí)踐與理論脫節(jié)

單片機(jī)原理與應(yīng)用課程以微機(jī)原理、自動控制原理等課程為基礎(chǔ)，主要分為單片機(jī)和電氣控制兩部分。電氣控制和單片機(jī)分別作為課程基礎(chǔ)以及對電氣控制的補(bǔ)充，兩者雖具有一定的相似性，但又存在差異，該課程是單片機(jī)與電氣控制的良好結(jié)合。

目前的課程講授仍以以往陳舊課程為主，并未考慮目前廣泛應(yīng)用于工業(yè)系統(tǒng)中的新型電氣控制元件，變頻器、軟啟動等屬于電氣系統(tǒng)中的新型電氣控制設(shè)備，該課程目前并未考慮控制設(shè)備的理論課程。課程編排單片機(jī)技術(shù)較為固化，依據(jù)知識點(diǎn)結(jié)構(gòu)編排教學(xué)內(nèi)容[7]，知識點(diǎn)與知識點(diǎn)間較為松散，具有較差的連貫性，課程所選取案例較為單一，并未充分考慮工程實(shí)踐內(nèi)容，對提升學(xué)生工程應(yīng)用能力并未重視。

課程教學(xué)內(nèi)容重理論輕實(shí)踐教學(xué)。對課程中的電氣控制部分教學(xué)，僅重點(diǎn)介紹電氣控制線路識圖、制圖、電器部件選型等內(nèi)容；對于課程中的單片機(jī)技術(shù)教學(xué)，未考慮具有較高實(shí)際需求的自動化控制問題，僅重視單片機(jī)編程指令介紹。

傳統(tǒng)課程教學(xué)時(shí)，集中講解教材內(nèi)容的知識點(diǎn)，通常情況下講解的內(nèi)容過于抽象，課堂講授內(nèi)容時(shí)僅考慮理論教學(xué)內(nèi)容，并未將理論內(nèi)容與實(shí)踐內(nèi)容相結(jié)合，未充分引入實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，無法實(shí)現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容的理論與實(shí)踐內(nèi)容的一體化教學(xué)。目前，單片機(jī)實(shí)驗(yàn)應(yīng)用中通常選取插線式實(shí)驗(yàn)裝置，學(xué)生動手實(shí)際操作內(nèi)容較少，無法實(shí)現(xiàn)電子元器件的實(shí)際工程應(yīng)用，降低學(xué)生的實(shí)際應(yīng)用水平培養(yǎng)，學(xué)生學(xué)習(xí)課程后無法獲取良好的實(shí)踐知識，學(xué)習(xí)教學(xué)理論知識過于抽象，無法良好理解知識內(nèi)容。

3)缺乏教學(xué)模式的創(chuàng)新

目前，課程教學(xué)雖采用PPT等方式授課，改變了傳統(tǒng)的板書教學(xué)方式，但該課程具有較高的實(shí)踐性，涉及理論范圍較廣，傳統(tǒng)教學(xué)模式無法展示新工科背景所需的全方位和多角度教學(xué)特征。

傳統(tǒng)教學(xué)模式過去以課本為主，課程內(nèi)工程應(yīng)用以及基本原理過于表面化和概念化，缺乏與時(shí)俱進(jìn)的工程實(shí)踐應(yīng)用視頻庫以及相關(guān)應(yīng)用案例庫，課程較為單調(diào)與枯燥，缺乏生動性，導(dǎo)致學(xué)生們學(xué)習(xí)興趣較低。目前課程教學(xué)方式仍以教師授課、學(xué)生聽課為主，教學(xué)課件包含較大信息量，過多的教學(xué)內(nèi)容以及緊湊的教學(xué)課時(shí)，令學(xué)生具有較低的邏輯性，學(xué)生上課過程中過于疲倦，降低原有興趣，學(xué)習(xí)效率較差[8]。課程中所包含實(shí)驗(yàn)操作案例較少，并未充分考慮工程應(yīng)用，工程實(shí)踐教學(xué)能力較低，學(xué)生不具有自由發(fā)揮空間，課程缺少實(shí)踐時(shí)間，無法發(fā)揮實(shí)際應(yīng)用性能。

4)校企融合度較低

目前的高校與企業(yè)聯(lián)系較少，未重視學(xué)生的實(shí)踐性，校園與企業(yè)之間的融合度較低，令課程發(fā)揮水平較低，無法滿足單片機(jī)原理與應(yīng)用課程的工程應(yīng)用與實(shí)踐需求。

3 新工科背景下理論教學(xué)方法改革與實(shí)踐

針對目前單片機(jī)原理與應(yīng)用課程教學(xué)過程中所存在問題，結(jié)合新工科背景，充分考慮工科院校以及應(yīng)用型企業(yè)需求，結(jié)合高校應(yīng)用型本科建設(shè)，以培養(yǎng)具有創(chuàng)新能力、實(shí)踐能力水平學(xué)生為目標(biāo)，提出新工科背景下單片機(jī)原理與應(yīng)用課程教育方法改革與實(shí)踐內(nèi)容。通過不同方向的理論教學(xué)方法改革與實(shí)踐，提升學(xué)生的綜合素質(zhì)，使學(xué)生具有較高的實(shí)踐創(chuàng)新能力，成為創(chuàng)新型人才。

3.1 優(yōu)化教學(xué)手段

課程教學(xué)時(shí)可將學(xué)生分為不同小組，將課程理論與實(shí)踐相結(jié)合，優(yōu)化教學(xué)模式，通過設(shè)置問題導(dǎo)向發(fā)掘?qū)W生學(xué)習(xí)與思考能力，實(shí)現(xiàn)教學(xué)手段優(yōu)化，提升教學(xué)效果。課程中電氣控制教學(xué)過程中包括眾多電氣元器件相關(guān)內(nèi)容，可將電氣元器件實(shí)物代入課程中，將實(shí)物與結(jié)構(gòu)原理圖相結(jié)合，通過多媒體教學(xué)和圖片等教學(xué)手段實(shí)現(xiàn)課程教學(xué)；課程中控制電路和主電路教學(xué)過程中，可將視頻、成品、多媒體、動畫等眾多手段相結(jié)合[9]，提升課程生動性；課程中單片機(jī)教學(xué)部分中，應(yīng)充分考慮單片機(jī)理論知識，通過視頻、多媒體等手段講授單片機(jī)應(yīng)用背景與原理；課程中編程調(diào)試部分，可通過硬件編程調(diào)試、單片機(jī)軟件仿真等方式實(shí)現(xiàn)教學(xué)。通過綜合教學(xué)手段，將較為枯燥的理論知識生動化，令教學(xué)內(nèi)容更加形象簡單，提升學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，實(shí)現(xiàn)最終教學(xué)目的。

國家近年來重視教育改革，不斷壓縮工科院校各專業(yè)課程學(xué)時(shí)，高校需在較少學(xué)時(shí)內(nèi)完成教學(xué)大綱內(nèi)課程內(nèi)容，教學(xué)效果下降明顯，通過豐富教學(xué)手段可提升學(xué)生對理論知識的接受能力，提升教學(xué)效率。

目前，多媒體教學(xué)方式已應(yīng)用于教學(xué)手段中，不具有創(chuàng)新性，可從多媒體課件創(chuàng)新提升學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，課件內(nèi)容展示方式以及課件內(nèi)容應(yīng)進(jìn)行充分研究。講解課程中單片機(jī)內(nèi)容時(shí)，僅通過PPT講解，學(xué)生無法擴(kuò)展至單片機(jī)如何獲取指令和數(shù)據(jù)如何變成各項(xiàng)指令，通過動畫形式展示，縮短學(xué)生理解CPU解譯與指令的時(shí)間。讓學(xué)生在網(wǎng)絡(luò)中搜尋電器元部件，以課堂講解方式，鍛煉學(xué)生的實(shí)踐水平擴(kuò)展學(xué)生視野，提升教學(xué)效率。目前虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)發(fā)展迅速[10]，可將眾多虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)等高科技技術(shù)應(yīng)用于課程教學(xué)中，豐富學(xué)生課堂學(xué)習(xí)內(nèi)容。學(xué)生還可以通過精品課程和網(wǎng)絡(luò)論壇等方式學(xué)習(xí)課程相關(guān)理論知識。

3.2 改革考核方式

學(xué)生的課程學(xué)習(xí)情況可通過課程考核檢驗(yàn)，課程檢驗(yàn)結(jié)果可體現(xiàn)學(xué)生的學(xué)習(xí)方向。課程教學(xué)方法的改革和實(shí)踐可為學(xué)生提供良好的學(xué)習(xí)環(huán)境，考核方式可作為評價(jià)學(xué)生課程學(xué)習(xí)效果的重要標(biāo)尺。單片機(jī)原理與應(yīng)用課程具有較高的應(yīng)用性，通過考核方式的改變可提升學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。課程教學(xué)方法改革與實(shí)踐中課程考核方式極為重要，可改變學(xué)生的點(diǎn)名方式，以往通過點(diǎn)名冊方式點(diǎn)名，學(xué)生所缺課程無法補(bǔ)課[11]，學(xué)生容易產(chǎn)生懈怠感。通過屏幕的Excel表格方式點(diǎn)名，學(xué)生可明確該課程缺課情況，監(jiān)督與提醒專業(yè)課程同學(xué)。

傳統(tǒng)課程教學(xué)中期末考試與平時(shí)分?jǐn)?shù)比例為7∶3，理論課程占最終成績比例較高，學(xué)生過于重視教學(xué)理論課程，忽略實(shí)踐動手能力和實(shí)驗(yàn)課程。新工科背景下課程理論教學(xué)方法改革與實(shí)踐應(yīng)重視實(shí)踐動手能力，選取理論實(shí)踐一體化教學(xué)方式，充分結(jié)合理論知識與實(shí)踐動手能力，針對現(xiàn)有考核方式進(jìn)行深層次改革。改革后的考核方式應(yīng)將實(shí)踐動手能力作為重點(diǎn)導(dǎo)向方向，各實(shí)踐單元可依據(jù)平時(shí)成績∶理論考核∶實(shí)踐操作∶創(chuàng)新能力∶實(shí)踐報(bào)告為1∶2∶5∶1∶1的比例進(jìn)行考核。將教學(xué)配合程度、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力、平時(shí)考勤部分作為平時(shí)成績考核內(nèi)容；將課程內(nèi)容中的理論單元知識作為課程最終理論考核部分；將元器件檢測、選擇、安裝以及電氣線路接線、布置和編制單片機(jī)程序以及控制柜和配電箱制作、相關(guān)硬軟件調(diào)試作為考核部分，培養(yǎng)學(xué)生的工程管理以及圖紙繪制等方面，利用學(xué)生的理論知識綜合運(yùn)用水平以及創(chuàng)新能力考察學(xué)生學(xué)習(xí)水平；從學(xué)生實(shí)踐報(bào)告的格式規(guī)范程度、報(bào)告深度等方面考察學(xué)生實(shí)踐報(bào)告部分。針對考核成績不過關(guān)的學(xué)生，應(yīng)采用補(bǔ)考與重修方式重新考核學(xué)生。考核成績?yōu)閮?yōu)秀的學(xué)生，可推薦該學(xué)生參與大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃、企業(yè)實(shí)習(xí)等，提升學(xué)生創(chuàng)新能力以及學(xué)習(xí)能力，令學(xué)生從課程中獲取豐富的理論知識和實(shí)踐水平。

3.3 建設(shè)校企合作的產(chǎn)學(xué)研平臺

新工科背景下，校園與企業(yè)合作是培養(yǎng)創(chuàng)新性人才的重要途徑，提升學(xué)生實(shí)踐水平的重要方式，該課程理論教學(xué)方法改革與實(shí)踐可通過建設(shè)產(chǎn)學(xué)研平臺實(shí)現(xiàn)，該教學(xué)方式已成為新工科背景下創(chuàng)新發(fā)展的重要部分，為學(xué)校提供實(shí)訓(xùn)平臺。學(xué)校通過企業(yè)提供崗位和實(shí)訓(xùn)平臺，企業(yè)可通過學(xué)校提供人才培養(yǎng)基地和實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新基地，二者實(shí)現(xiàn)良好結(jié)合，實(shí)現(xiàn)共贏[12]。

新工科背景下極為重視創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)，校園與企業(yè)合作研究科研項(xiàng)目，企業(yè)與校園分別提供經(jīng)費(fèi)和人才，實(shí)現(xiàn)共同進(jìn)步的創(chuàng)新技術(shù)。該方式可將學(xué)生的創(chuàng)新結(jié)果通過企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營中體現(xiàn)，促進(jìn)企業(yè)生產(chǎn)與發(fā)展。產(chǎn)學(xué)研平臺如圖3所示。

圖3 產(chǎn)學(xué)研平臺

新工科背景下，校園與企業(yè)合作培養(yǎng)創(chuàng)新型人才，利用雙方合作，通過企業(yè)所提供眾多方面的支持，將學(xué)校所學(xué)理論知識轉(zhuǎn)化為創(chuàng)新型技術(shù)和科研成果。

3.4 加強(qiáng)教學(xué)創(chuàng)新

新工科背景以培養(yǎng)創(chuàng)新型人才為目標(biāo)實(shí)現(xiàn)教學(xué)方法的改革與實(shí)踐，時(shí)代不斷變化，教學(xué)方式不斷改革，教學(xué)方法需時(shí)刻創(chuàng)新才可適應(yīng)時(shí)代變化。

教師是教學(xué)方法改革與實(shí)踐的主導(dǎo)者，高質(zhì)量的師資教學(xué)隊(duì)伍建設(shè)可培養(yǎng)良好學(xué)風(fēng)，通過教學(xué)形式的創(chuàng)新提升教學(xué)水平和教學(xué)效果。高校教師可從講授課程、學(xué)術(shù)交流、編寫教案以及專題研討等方法提升自身素質(zhì)，從而培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新水平。

單片機(jī)是變化極快、需適應(yīng)時(shí)代變化的電路集成芯片，教師應(yīng)積極參加與單片機(jī)和電氣相關(guān)的學(xué)術(shù)團(tuán)體會議以及產(chǎn)品發(fā)布會；學(xué)校應(yīng)該鼓勵(lì)學(xué)生積極參與全國性技能競賽、各項(xiàng)科研活動和學(xué)生的科技創(chuàng)新活動，通過眾多活動提升學(xué)生的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)[13]，積累理論知識，教師通過參與眾多活動積累眾多教學(xué)素材。學(xué)校應(yīng)為高校教師提供眾多考察和進(jìn)修機(jī)會，令教師拓寬眼界，積累豐富的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，培養(yǎng)正確的教學(xué)理念。

新工科背景下創(chuàng)新型教育是高校的重要教學(xué)目標(biāo)，培養(yǎng)創(chuàng)新型人才可提升國家生產(chǎn)力和發(fā)展水平。課程教學(xué)過程中，學(xué)生通過該課程學(xué)習(xí)，將單片機(jī)思維應(yīng)用于生活中，利用單片機(jī)思維解決控制相關(guān)問題。高校可將設(shè)計(jì)性、綜合性等項(xiàng)目應(yīng)用于課程設(shè)計(jì)選題和作業(yè)中，使創(chuàng)新型人才培養(yǎng)貫徹于課程全部生活中，培養(yǎng)學(xué)生動手和動腦能力。課程應(yīng)通過實(shí)驗(yàn)室等方式培養(yǎng)學(xué)生參與科技創(chuàng)新活動，提升學(xué)生的創(chuàng)新素質(zhì)，為高校課程教學(xué)創(chuàng)新提供動力，通過高等教育創(chuàng)新教學(xué)方式提升學(xué)生學(xué)習(xí)素質(zhì)。

課程的教學(xué)創(chuàng)新和改革是培養(yǎng)課程生命力的源泉以及推動課程發(fā)展的重要方式。教師從根本上實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新，學(xué)生才可深層次明確單片機(jī)原理、實(shí)際應(yīng)用方法，通過眾多實(shí)踐創(chuàng)新能力明確單片機(jī)制造方法，令單片機(jī)應(yīng)用于更多控制系統(tǒng)中，通過教學(xué)方法改革與實(shí)踐培養(yǎng)眾多高素質(zhì)創(chuàng)新型人才[14]，令所培養(yǎng)人才滿足新經(jīng)濟(jì)、新產(chǎn)業(yè)、新技術(shù)發(fā)展需求。

3.5 建立實(shí)踐教學(xué)體系

該課程可通過課程設(shè)計(jì)、課程實(shí)驗(yàn)、畢業(yè)設(shè)計(jì)和科技競賽幾方面推動實(shí)踐教學(xué)，不同教學(xué)環(huán)節(jié)存在較高獨(dú)立性，并且可實(shí)現(xiàn)從簡至繁的循序漸進(jìn)學(xué)習(xí)，使學(xué)生通過該課程學(xué)習(xí)具有較高工程實(shí)踐能力。該課程實(shí)踐教學(xué)體系如圖4所示。

圖4 實(shí)踐教學(xué)體系

具體分析該課程實(shí)踐教學(xué)體系如下：

1)課程實(shí)驗(yàn)平臺

所研究課程主要包括綜合型、設(shè)計(jì)型以及驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)，學(xué)生們學(xué)習(xí)單片機(jī)的工作原理，并通過內(nèi)部資源和外部資源來鞏固加深此課程知識。學(xué)生可通過Keil集成開發(fā)環(huán)境和proteus仿真平臺實(shí)現(xiàn)課程所需軟件和硬件的聯(lián)合調(diào)試。學(xué)生將理論知識轉(zhuǎn)化為實(shí)踐應(yīng)用可通過設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)，設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)可提升學(xué)生學(xué)習(xí)理論知識興趣，學(xué)生通過設(shè)計(jì)實(shí)物提升成就感，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情。課程的功能模塊、單元電路和單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)可通過綜合型實(shí)驗(yàn)完成，通過綜合型實(shí)驗(yàn)提升學(xué)生對于所學(xué)課程的綜合使用水平。

2)課程實(shí)訓(xùn)平臺

學(xué)生可通過課程實(shí)訓(xùn)平臺明確單片機(jī)等電氣元器件實(shí)物的運(yùn)用。教師通過該平臺布置課程實(shí)訓(xùn)任務(wù)，將學(xué)生分為不同小組，各小組分配不同任務(wù)，學(xué)生可充分利用網(wǎng)絡(luò)、圖書館等資源查閱資料，設(shè)計(jì)系統(tǒng)方案和電路圖。不同小組可通過對比與講解方式獲取最終合理方案，實(shí)現(xiàn)仿真電路繪制，依據(jù)所繪制電路制作實(shí)物。學(xué)生可從購買至焊接組裝實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)全部設(shè)計(jì)，培養(yǎng)實(shí)踐能力。制作過程中對于較為貴重的電子器件可選取插拔的連接方式，避免電子器件浪費(fèi)[15]，提升可重復(fù)利用率。

課程實(shí)訓(xùn)是課程教學(xué)內(nèi)容中極為重要的實(shí)踐環(huán)節(jié)，可提升學(xué)生學(xué)習(xí)單片機(jī)系統(tǒng)的整體性，課程實(shí)訓(xùn)可將課程中包括的各項(xiàng)零散內(nèi)容高效結(jié)合，依據(jù)教師所制定設(shè)計(jì)題目，對單片機(jī)課程相關(guān)內(nèi)容有效練習(xí)，為畢業(yè)設(shè)計(jì)提供基礎(chǔ)。

3)科研創(chuàng)新平臺

學(xué)生的科學(xué)研究水平和創(chuàng)新思維可通過科研創(chuàng)新平臺實(shí)現(xiàn)，高校教師可充分調(diào)動學(xué)生利用該平臺共同研究科研課題，建立創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，學(xué)生可將所研究實(shí)驗(yàn)擴(kuò)展為畢業(yè)設(shè)計(jì)題目。高校教師應(yīng)充分利用該平臺，鼓勵(lì)高校學(xué)生積極參與眾多課程相關(guān)競賽，通過競賽培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用專業(yè)知識的能力，學(xué)生在各項(xiàng)競賽中取得成績將提升成就感，推動創(chuàng)新型人才培養(yǎng)步伐。

3.6 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

為了驗(yàn)證新工科背景下單片機(jī)原理與應(yīng)用課程理論教學(xué)方法改革與實(shí)踐的可行性與有效性，設(shè)計(jì)了對照實(shí)驗(yàn)。隨機(jī)選擇同一所學(xué)校學(xué)習(xí)《單機(jī)原理與應(yīng)用》的80名學(xué)生，分為2組，每組40名學(xué)生。一組采用基于單片機(jī)原理與應(yīng)用理論教學(xué)的改革方法，一組采用原始教學(xué)方法，分別對《單片機(jī)原理與應(yīng)用》的教學(xué)課程實(shí)驗(yàn)，授課教師保持一致。統(tǒng)計(jì)兩組學(xué)生的期末考試成績，結(jié)果如表2所示。

表2 實(shí)驗(yàn)效果對比

由表2可知，不同教學(xué)方法下成績差別較大。實(shí)驗(yàn)組比對照組平均分高10.3分。不及格率，實(shí)驗(yàn)組比對照組低了29.82%；優(yōu)、良、中、及格成績，實(shí)驗(yàn)組比對照組分別高2.38%、19.52%、7.42%、2.78%.結(jié)果表明，經(jīng)過基于單片機(jī)原理教學(xué)改革方法后，可有效提高教學(xué)成績，說明“新工科背景下單片機(jī)原理與應(yīng)用課程理論教學(xué)方法改革與實(shí)踐”具有一定的可行性與有效性。

4 結(jié)論

新工科背景是以產(chǎn)業(yè)更新和經(jīng)濟(jì)發(fā)展為背景，具有較高的動態(tài)性。新工科背景下針對單片機(jī)原理與應(yīng)用課程改革與實(shí)踐對于培養(yǎng)應(yīng)用型人才、推動工程教育發(fā)展具有較高意義。新工科背景下單片機(jī)原理與應(yīng)用課程理論教學(xué)方法改革與實(shí)踐需以學(xué)生作為主體，通過教學(xué)模式等方面改革與創(chuàng)新，獲取更高的教學(xué)效果，并且通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了本文中的方法對其他課程同樣具有的有效性與可行性。

單片機(jī)原理與應(yīng)用課程改革與實(shí)踐需重視校企合作模式、強(qiáng)化產(chǎn)學(xué)研平臺，充分考慮各大高校培養(yǎng)人才需求，實(shí)現(xiàn)新工科實(shí)踐教學(xué)高效改革。所研究課程理論教學(xué)方法改革與實(shí)踐同樣可應(yīng)用于其他課程改革與建設(shè)中，具有較高的借鑒效果。