以學生為中心的單片機原理及應用課程教學改革研究

◇平頂山學院信息工程學院 周瑞敏 岳雪亭 周志青

針對單片機原理及應用課程教學過程存在的問題，提出以學生為中心的課程教學改革，并從課程教學方式、課程教學方法及課程考核方式三個方面提出了改革措施及實施辦法。通過改革后兩個學期的教學實踐證明，學生的動手實踐能力明顯提升，取得了預期的效果。

1 緒論

“單片機原理及應用”課程是電子信息工程、通信工程、物聯網工程等專業在本科階段的必修課程，對實踐性要求極強。本門課程是培養學生硬件設計、軟件設計能力的啟蒙課程，在課程教學過程中，如何在保證理論基礎的前提下培養一批動手實踐能力強的學生成為本專業本科教學過程中思考的主要問題之一。

2 教學過程存在的問題

傳統的單片機課程教學采用理論+實驗課的教學方式完成教學，存在以下問題：①理論教學“滿堂灌”，學生聽得多，練得少。課后學生普遍反映，單片機課程的知識結構復雜，概念多，雖然在理論課上對老師所講原理和程序實現能夠理解，但是直觀獲得感少，自己課下實踐時仍無從下手[1]；②部分學生學習興趣不高，動手能力較弱。對于主動性相對弱的學生，單片機課程難度較大，往往出現一次課沒跟上就放棄整門課程學習的現象；③不利于培養學生的自學能力。學生理論課按部就班聽講，實驗課參照實驗指導書一步一步完成實驗，甚至編寫的程序代碼都是抄襲別的同學，這樣的教學效果很難滿足培養應用型人才的需求；④考核機制不合理，不能突出對應用實踐能力的考核。目前，單片機課程大多還采用傳統理論課的考核方式，采取卷面考試為主，實踐考核為輔的方式，卷面成績達到整個成績考核的60%～70%，這種考核機制達不到考核學生實踐應用能力的目的[2]。

3 課程教學改革

基于以上問題，探索以學生為中心的課程教學改革并從課程教學方式、課程教學方法和課程考核方式三個方面提出了可行的改革機制[3]。

3.1 課程教學方式改革

（1）理實一體化教學方式。單片機原理及應用課程對學生實踐能力要求很高，以往理論教學+零星課內實驗的教學方式顯然不能滿足要求。基于此，本門課程采用理實一體化教學，每次課安排四節，并且都安排2～3個完整的小應用項目進行實踐練習。用1～2節課講解理論知識，剩余時間在自己焊接的開發板上進行實踐鍛煉。既能將學到的理論知識應用于實踐，又能從實踐中加深對理論知識的理解。

（2）層次化教學方式。一個班級中學生的學習能力有高有低，同樣一節課不同學生對知識的掌握程度也不相同。傳統的教學往往忽略了這種不一致這種現象，因此將教學目標根據學生的掌握程度不同進行分層級的制定更具有實際意義。在教學過程中，實踐項目安排基本項目、提升項目和挑戰項目，基本項目是必須完成的項目，學有余力的學生可以在完成基本項目之后繼續進行提升項目和挑戰項目的實踐鍛煉。基本項目、提升項目、挑戰項目之間存在難度梯度，這樣能保證所有學生都能有所學，有所獲[4]。以串口通信這一節的知識為例，這一節的知識在實際的單片機開發中應用十分廣泛。在講解完串口通信的原理之后，布置如表1所示項目讓不同層次的學生根據實際掌握情況進行實踐練習。

表1 串口通信層次化教學實踐項目

3.2 課程教學方法改革

單片機課程中一些專業術語相當晦澀，使用傳統的教學方法，學生僅記住了這些專業術語，應用能力卻很差勁。有很多往屆學生反映，盡管自己考試取得了很高的分數，但在參加相關比賽或者面試時往往沒有底氣。基于這種現象，在單片機的教學過程中使用項目驅動法進行大部分教學設計，把教學內容融入具體項目中，學生以團隊的形式完成項目，以此提升學生的知識應用能力、團隊協作能力和創新實踐能力[5]。在具體項目設計時，每個項目都包含幾個子項目，項目實施過程中循序漸進。在子項目完成的基礎上，最終進行組合調試。表2以項目“人體感應智能小夜燈”為例說明一個項目的實施過程。

表2 “人體感應智能小夜燈”項目實施過程

項目一：通過配置相關引腳，編寫LCD1602的讀寫函數，實現在1602液晶模塊上的指定位置顯示指定字符。項目二：通過外部中斷結合HC-SR501模塊實現紅外感應燈。項目三：通過高級定時器TIM1的輸出比較功能輸出占空比不同的PWM波，進而控制發光二極管的亮度變化。項目四：通過STM8微控制器內部的逐次逼近型ADC結合光敏三極管測量當前環境的光照強度。最終，通過四個項目的綜合，完成亮度隨光照強度變化的人體感應智能小夜燈，檢測范圍內有人出現并且環境光亮度低于某一閾值小燈才亮，其他情況不亮，同時將環境光照強度顯示到1602上。

3.3 課程考核方式改革

對于單片機原理及應用課程，傳統的閉卷考試不能達到考察學生實踐應用能力的目的。因此，筆者在教學過程中對課程考核方式進行了改革。學生綜合成績包括平時和期末考核成績。學生結合所提供的小型單片機開發板，自選題目，運用課堂知識，以小組為單位設計具有一定功能的實物，根據設計結果評定期末考核成績[6]。期末考核成績評定依據如表3所示。

表3 期末考核成績評定依據

4 結論

在教學改革的過程中，教師注重對學生的自學能力、實踐動手能力以及思考解決問題能力的培養，突出學生在教學過程中的中心地位，經過兩學期的改革實踐，學生的綜合能力特別是實踐動手能力得到了很大的提升，獲得了良好的教學效果。