“以賽促能”在單片機課程教學中的實踐研究——以西藏農牧學院電氣工程學院為例

龔雪嬌，唐 波，朱瑞金

(西藏農牧學院電氣工程學院，西藏 林芝860000)

0 引言

單片機是一種微型計算機系統，它分別由中央處理器、存儲器、I/O接口、定時器/計時器以及中斷系統等組成，如圖1所示。單片機目前在工業領域應用非常廣泛，因此，各大公司在招聘技術人才時，非常重視學生對單片機應用開發能力的掌握程度。然而，目前的單片機教學課程過于重視對學生的理論培養與考核，考核成績無法客觀反映學生的單片機真實開發能力，所以，提高學生的單片機實踐創新應用能力就成為了教學環節中的重要一環。目前，隨著我國高等教育的不斷發展，針對提高大學生動手實踐能力的競賽也越來越多。通過參加全國大學生學科競賽活動，能夠提升學生的單片機實踐開發能力，從而培養學生的實踐創新能力。“以賽促能、以賽促教、賽教融合”的教學實踐理念在開拓學生的工程意識和培養實踐創新能力方面起到了重要作用。

圖1 單片機基本結構圖Fig.1 Single chip microcomputer basic structure diagram

1 西藏農牧學院電氣工程學院單片機課程教學現狀及存在的問題

學校的民族學生和區外學生比例接近1：1。民族學生由于基礎教育條件有限以及受到語言文化等多種因素的影響，普遍存在邏輯思維弱，形象思維強的情況。區外的學生基礎也偏差，尤其數理方面。面對生源情況，學校目前單片機課程教學存在以下問題：

1.1 教學方式方法比較單一

目前，單片機教學環節主要分為兩大部分，第一部分為課堂教學環節，第二部分為實驗教學環節。課堂教學環節主要就是利用老師提前制作好的PPT進行課堂教學，主要給學生講解單片機基礎的硬件接口、CPU內部結構、軟件程序設計等內容。PPT教學是多媒體教學的一種方式，這種具有音視頻的教學方式雖然能在一定程度上促進學生對于單片機原理的理解與掌握，但這種教學方式過于單一，學生在學習過程中容易失去學習興趣，從而導致教學質量大打折扣。實驗部分大多數都是簡單的操作實驗，工程實用性和趣味性也較差，難以激發學生的學習熱情。

1.2 重理論而輕實踐

當前的教學過程中，老師經常花費大量的教學時間來給學生傳授單片機理論知識，教學重點就是讓學生理解并接受所傳授的理論知識。即使是單片機的實驗課，學生也是按照老師編寫好的實驗步驟去按部就班地完成相關實驗課程，學生即使做完實驗也依然不清楚單片機的內部結構及原理，在學完單片機這門課程后更不知道如何利用所學到的單片機理論知識去設計和使用單片機。

2 以培養學生創新實踐能力為目標的教學實踐改革

目前，隨著我國社會經濟的迅速發展變革，培養具有理論知識與實踐性創新能力的人才成為了高等教育的教學改革目標。此教學改革目標的樹立對目前教學中的課程體系、教學內容、教學方式及考核方式提出了改革要求。教師在課堂上向學生傳授理論基礎知識的過程中，應該將知識、能力及創新元素融入課堂，培養學生在理論學習環節及實踐環節中提出問題的能力，并在提出問題的基礎上，引導學生形成解決問題的能力。學生在學習環節中能夠主動提出問題，這就足以說明學生對于課程具有積極學習進取的態度。通過教師對學生的引導去解決學生提出的問題，這就足以說明學生具有積極的研究創新能力。

3 “以賽促能”教學模式實踐研究

“以賽促能”的教學模式是指利用目前大學以及社會上組織的各類競賽平臺，讓學生通過參加這些競賽來不斷加強學生對于單片機這門技術的綜合應用以及創新能力，從而讓學生具有自主學習能力、綜合的單片機從業技能以及可持續的創新實踐能力。“以賽促能”的教學實踐培養模式在高等教育單片機教學實踐改革中起到類似“催化劑”的作用，使得單片機教學真正起到推動、促進、催化學生創新實踐能力提高的作用。

“以賽促能”教學改革模式的本質可以劃分為四部分：“以賽促學”“以賽促教”“以賽促建”“以賽促改”。通過這四個教學部分的互相促進與融合，最終實現“以賽促能”的教學改革目標。

3.1 “以賽促能”是提升教學質量的重要途徑

教學質量是我國高等教育重要的基石。目前，我國高等教育的一項既核心又緊迫的任務就是提升教學質量。單片機原理及應用是一門實踐性很強的課程，旨在培養學生的動手實踐能力和軟硬件的設計能力，使學生達到企業的開發入門標準。通過在教學環節中引入“以賽促能”的教學方式，可以激發學生學習的主動性、協作性、競爭性及獨立性，從而使學生的專業技能和學習質量得以提高。培養高層次科技人才的核心是讓學生可以發展自己的學習興趣，調動學習的積極性。通過參加競賽，教師也可以發現自己在教學中的不足，以不斷提高教學質量。

3.2 單片機大賽起到“以賽促能”的載體作用

目前，隨著國內高校及企業組織的大學生單片機競賽越來越多，為廣大學生提供了個人單片機設計及創新的展現舞臺。通過參加各類單片機設計大賽，可以鍛煉學生的創新能力以及單片機軟硬件設計的動手實踐能力，還可以讓廣大師生通過參加競賽發現教學中的不足，從而促進教師對于教學方式方法的改革及完善。單片機競賽本質上就是一種實踐與創新結合為一體的學習過程，通過參加競賽可以激發學生的學習積極性。學生在競賽中需要動手制作單片機的硬件，并進行軟件的編寫，從而在參加競賽的過程中對單片機這門課程的專業理論與知識有一個更加深刻的理解。廣大師生通過參加單片機競賽，充分發揮了師生之間的協同配合能力及實踐創新能力，不僅為學校獲得了榮譽，更是對高校教師的教學觀念進行創新，探索出一條更加適合教學、實踐與創新三位一體的教學模式，搭建一個廣闊的教學平臺。

3.3 “以賽促能”教學實踐培養模式的實施

A.設計基于競賽的實訓環節。該門課程的基本任務是使學生了解并掌握單片機的軟件及硬件結構，并在熟悉單片機軟硬件結構的基礎上能夠熟練掌握單片機的硬件設計及軟件程序的編寫。目前，在教學過程中，高校用于實驗教學的單片機實驗箱只包含了基本的實驗功能。因此，教師可組織學生參賽，以各大競賽為基礎，將教學環節中復雜且抽象的單片機內容進行優化更新，引導學生自己設計單片機實驗教學儀器，讓學生從最基礎的實驗箱的元器件選型、電路原理圖的繪制以及PCB電路板上的元器件焊接、實驗箱的程序編寫來進行。這些實踐動手環節都是在教師的引導下，學生親自主導完成的。在設計、制作單片機實驗箱的過程中，學生可以熟練掌握單片機的硬件設計思路與流程以及軟件程序的編寫技能，從而為參加單片機競賽積累豐富的實踐經驗。

B.提前制定培養方案和競賽計劃。參加單片機競賽的核心在于培養單片機設計應用型人才，學校應該在教學環節中，根據該專業所在行業崗位所需的技能并同時結合目前國內單片機的競賽項目，專門制定相關的單片機競賽培養方案。學校應積極組織學生參加全國各類單片機競賽，如全國大學生電子設計大賽、STC杯單片機系統設計大賽、全國大學生電子設計競賽、全國大學生嵌入式設計大賽以及全國大學生智能車大賽等。以上這些競賽都是業界公認的具有高水平的競賽活動，通過讓廣大師生參加這些公開競賽，可以充分展現出自身的專業綜合素質與能力。在設計課程體系的過程中，學校應該將企業的新技術以及新設備納入教學環節中，從而使單片機教學改革成果與企業可以進行有效對接。可以將學生在參加競賽過程中所獲得的各類成績作為學生畢業的考核條件，從而提升學生的綜合實踐能力。

C.培養積極參與競賽的良好風尚，激發參賽熱情。學校要樹立起“以賽促能”的實踐教學改革風氣，鼓勵學生積極參與到國內各大單片機設計競賽中，在學生提升單片機設計應用能力的同時，還要形成參加競賽的競爭意識，從而培養學生的良好學習風氣。通過參加各種競賽，學生會更加牢固掌握本專業的理論與實踐知識，從而更大程度激發學生的學習參賽熱情，進一步推動教學質量的穩步提升。

D.建立健全單片機競賽實施機制。高校應該在學校內部設立豐富的競賽活動，可以將學生競賽設置為普遍性、經常性的賽事制度，讓學生在大學期間都能參與到相關專業的競賽活動中去。學校通過設立多層次的技能競賽，從而將競賽與教學有機結合在一起。技能競賽分為初賽與決賽兩個階段，初賽是本專業全體學生都需要參加，從而對全體學生的理論知識掌握情況進行考查，初賽成績優秀的學生可以參加決賽。針對參加決賽的優秀學生，學校可以組織其參加專業的競賽集訓，通過重點培養來獲取全國競賽獎項。

3.4 “以賽促能”教學實踐培養模式的實施成果

西藏農牧學院電氣工程學院在2017級和2018級電氣專業開展“以賽促教”的單片機課程教學改革以后，這兩屆學生的單片機理論與實踐應用能力相較于往屆學生都有大幅度提高。其中，理論考試成績相較于往屆學生人均提高7分；學生參加各類大學生電子設計大賽都喜獲佳績，分別獲得智能車全國二等獎1項、西部賽區一等獎兩項；節能減排大賽全國一等獎1項、三等獎3項；中國機器人及人工智能大賽一等獎1項、二等獎1項；西藏自治區工業設計大賽銀獎一項。這兩屆學生參加大學生電子設計大賽無論在質量還是數量上都提升明顯。

4 結語

單片機原理及應用課程的首要目標就是培養學生對于單片機的使用及創新實踐能力。企業對于大學生的單片機綜合開發能力正隨著經濟的飛速發展而提升，促進高校的單片機課程改革。“以賽促能”教學模式通過多樣化的賽題加強了學生的工程實踐能力，激發了學生的學習興趣；通過競爭模式提高了學生的學習積極性。西藏農牧學院電氣工程學院通過“以賽促能”的單片機教學模式實踐改革，取得了良好的教學效果。