一流專業背景下單片機原理與應用教學探索

摘 要：為了適應一流本科專業課程建設的要求及推動自動化類專業的可持續發展，對單片機原理課程進行教學改革。課程改革主要以培養學生綜合能力為目的，采用多元化教學方法，實現所學知識從會學到會用、用好等轉變。教學實踐證明，該教學模式可以提高學生的學習興趣，培養學生的動手及創新能力。

關鍵詞：多元化；單片機；教學改革；C51；現代電子工程；教學評價

中圖分類號：TP39；G642.41 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2024）04-0-02

DOI：10.16667/j.issn.2095-1302.2024.04.042

0 引 言

課程是人才培養的核心要素，課程質量直接決定著人才培養的質量。教育部提出全面開展一流本科課程建設，樹立課程建設新理念，因此要大力推進課程改革創新，消滅“水課”。合理科學、具有創新性的教學內容體現了前沿性與時代性，更能激發學生的學習熱情，加大學習投入，科學“增負”才能培養出與時俱進的高素質復合型新工科人才[1-3]。

在一流本科課程建設的背景下，地方高校應該以應用型復合人才培養為目標。學生不僅能掌握好本專業知識，同時積極學習交叉學科，從而為知識的實際應用提供輔助工具。為響應習主席對延安大學在八十周年校慶的重要批示，全校積極開展各項課程改革。自動化作為物理與電子信息學院新創辦的專業，更應該把一流課程建設作為起點。

“單片機原理與應用”是自動化、電子信息、通信及相關專業必修基礎課程的核心，是現代電子工程領域一門飛速發展的技術，學習單片機并掌握其設計應用技術已經成為電子類專業學生的必備技能，也是現代工科學生就業的基礎條件。自動化后續課程如：自動控制原理、智能儀器儀表、數控機床、課程設計、畢業設計等都使用單片機。該課程概念繁多、零碎知識點較多，學生普遍反映學完后不清楚各知識點之間的聯系以及如何應用[4-5]。從而導致學生喪失了對該課程的興趣，大多僅為拿學分、應對考試而學，與該課程的開設目標相去甚遠。

鑒于以上原因，“單片機原理”課程教學改革迫在眉睫。在廣泛調研西安及周邊地區的工科類高等院校以及相關行業和企業的基礎上，結合延安大學物理與電子信息學院師資隊伍、軟硬件、教學和科研等自身條件，對“單片機原理與應用”課程進行改革。同時，結合我院電子信息工程專業的思維，更注重應用型人才的培樣，建立完善的教學評價機制。

1 教學觀念的轉變

在一流本科課程建設的背景下，應當注重教學內容的不斷更新。隨著電子技術的快速發展，單片機向CMOS化、低電壓、大容量、高性能化發展，因此應該做到知識的與時俱進，以滿足“新技術、新產業、新模式”對人才培養的需求[6-9]。

（1）要改變以往的傳統教學觀念，避免學生還停留在“舊知識”中，就要樹立“上舊課，換新顏”的思想，注重課本與課外知識相結合，通過類比學習，不斷豐富學生的知識儲備。同時，不斷提升學生的觀察和思考能力，并將工程案例引入課堂進行講解，大幅提升學生的應用能力。

（2）要以培養學生實際應用能力為目標開展“單片機原理及應用”這門課。要求學生不僅要學習好理論知識，更要拓展至科技前沿，把具體應用案例拿到課堂中進行分析。培養學生思考、探索、創新的能力。

（3）調整授課模式，轉變以往教師講、學生聽的模式。這門課程采用教師講授基礎理論，學生分組補充實際應用案例的方式，從而充分調動學生的學習積極性，激發學生的學習潛能，建立師生互動的良好教學模式。

（4）改變學生僅為拿學分，應付考試的觀念。靈活設置期末成績的構成比例，不再單一追求試卷成績。提高學生平時表現成績所占比例，平時表現主要由應用案例分析、課堂互動、作業完成構成。

（5）以往“單片機原理”的課時設置為理論36 h，實驗18 h，同時開設的實驗也是單一的流水燈、步進馬達等。實驗箱采用集成的單片機盒子，學生只需明白使用哪些模塊即可簡單完成實驗。此舉不利于學生掌握相關模塊的原理。因此，課改時，調整課時設置，采用理論18 h和實驗36 h的新模式。在理論教學環節，合理設置單片機核心模塊的講解課時。實驗環節不僅需要學生高效完成簡單實驗，同時還需完成自選課題的設計，實現學會用好的培養目標。

2 教學內容改革及實踐

隨著電子技術的發展，單片機種類越來越多，性能也更好。但是經典的51單片機性價比較高，所以本次教學仍采用51系列。學生實際應用中如果用到其他種類的單片機可以類比學習。相比匯編語言，C51語言具有編程調試靈活方便、生成代碼編譯效率高等優點。因此，現階段多采用C51語言實現軟件編程。在單片機原理及應用課程教學內容的設置過程中，改變以往多數教材以匯編語言為教學核心的現狀。學生課后自學匯編語言，在課堂中以C51為授課內容，同時實驗以及自選課題都以C51實現編程[10]。

該課程教學內容零散，工程性強，教學難度較大。因此，備課過程中需要做好內容的歸納整理，從而在有限的理論課程中能夠系統、清楚的完成授課。授課內容主要為兩部分，分別是單片機硬件部分和軟件基礎部分。軟件、硬件課時比例為2∶8，同時實驗中也能測試學生對相應知識點的掌握情況，并做到進一步鞏固[11-12]。

3 授課方式改革及實踐

該課程以學生為主體，實踐為主，理論為輔。仿真實驗和實物制作相輔相成，實現仿真理解概念，提高工程應用技術水平，從而培養學生的項目分析、設計能力，提高學生的創新能力，達到新工科培養要求。

教學手段創新：單片機原理與應用課程采用混合式教學手段—傳統板書和現代化教學相結合。課堂中仍采用傳統方式教學，課后以5人為單位的學習小組統一學習網上相關資料，并給予反饋，及時查漏補缺。在C語言學習的基礎上，進一步掌握C51編程語言。學習過程中，做好兩者的對比分析，明確異同點，這種方式有助于學生盡快掌握重要知識點。軟件語言的學習具體到實際項目的案例分析中，能夠有效激發學生的學習興趣，讓他們積極主動參與到學習中來。課堂輪流安排學生進行案例分析和匯報，其他小組予以點評和補充。以互動的方式開展教學能夠有效利用學生的課外時間，培養學生主動學習的能力，使他們能夠高效利用現代學習資源。

將硬件和軟件學習嵌套在實際項目中。學習了相關知識模塊后，安排實際項目分析，進一步講解該知識點的應用，循序漸進教學，提高學生的綜合能力。實驗中，首先以簡單案例分析、仿真為基礎，加強知識點的應用和理解。其次，具體到綜合項目的分析、設計方面，以小組為單位進行自選項目的硬件設計、軟件編程以及調試。并舉辦作品展，邀請其他教師及相關專業學生給予評價、指導，為后續參加各類競賽提供理論、實踐基礎，從而實現以實際項目為主線，邊學邊練的培養目標。同時鼓勵學生進行創新設計，對表現好的小組平時成績予以加分，充分調動學生的學習積極性。教學流程如圖1所示。

4 教學評價機制改革

在一流本科課程建設的背景下，針對單片機原理與應用課程的特點，采用多元化考核機制，以過程考核為核心，提高實際應用能力所占比重。重視學生在實驗過程中軟件編程能力和硬件設計的考查。重視學生的項目分析、設計、自主創新能力。每組設立問題整理員，對授課方式、學生學習情況等進行反饋并及時解決出現的問題。

5 結 語

綜上所述，為了建設一流本科課程，淘汰“水課”，推動自動化專業的可持續發展，以單片機原理課程的教學內容和授課方式改革為起點，以培養應用型工科人才為核心進行專業課改革。然而，本課程改革過程中也存在一些問題，在設置小組項目中需要教師與時俱進，能夠將傳統技術與人工智能、無線網絡等技術相結合，提出更新穎，更具挑戰的實用項目。

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收稿日期：2023-04-11 修回日期：2023-05-17

基金項目：延安大學教學改革研究項目（YDJG22-42）；延安大學教學改革研究項目（YDJG17-19）；延安大學博士科研啟動項目（YDBK2018-39）；延安大學創新創業訓練計劃項目（D2021209）；國家自然科學基金項目（61861043）；延安大學高水平大學學科建設項目（2015SXTS02）；陜西省教育科學“十三五”規劃2016年度課題（SGH16H041）

作者簡介：薛晶晶（1990—），女，陜西延安人，碩士，講師，主要研究方向為無線傳感器網絡。