基于賽訓(xùn)教聯(lián)合的單片機(jī)課程改革探索

摘" 要：當(dāng)前單片機(jī)課程教學(xué)中存在學(xué)生學(xué)習(xí)積極性不高、創(chuàng)新性不強(qiáng)，課程內(nèi)容與實際項目銜接較弱，學(xué)生實踐能力較差的問題。為了提升教學(xué)質(zhì)量，實施賽訓(xùn)教聯(lián)合課程改革，把教學(xué)環(huán)節(jié)、實習(xí)實訓(xùn)環(huán)節(jié)和科技競賽環(huán)節(jié)有機(jī)結(jié)合，建立鏈?zhǔn)秸n程群，在相關(guān)課程中融入單片機(jī)設(shè)計理念和內(nèi)容；以競賽和實際項目驅(qū)動，在教學(xué)過程中將理論與實踐對接，建立多層次科技競賽體系，引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)實際能力和需求參與不同層次的科技競賽，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和積極性，提高學(xué)生的實踐創(chuàng)新和團(tuán)隊協(xié)作能力。

關(guān)鍵詞：單片機(jī)；賽訓(xùn)教聯(lián)合；課程改革

文章編號：1671-489X（2025）04-00-04

DOI：10.3969/j.issn.1671-489X.2025.04.0

0" 引言

單片機(jī)是一門實踐性、應(yīng)用性很強(qiáng)的課程[1-3]。當(dāng)前，大部分單片機(jī)課程教師局限于課堂教學(xué)和實驗教學(xué)[4-5]，未能將單片機(jī)的課程內(nèi)容與實際應(yīng)用相結(jié)合，也未能激發(fā)學(xué)生深入學(xué)習(xí)和創(chuàng)新的熱情。基于此，南京理工大學(xué)紫金學(xué)院單片機(jī)課程組（以下簡稱課程組）提出一種賽訓(xùn)教聯(lián)合的單片機(jī)課程改革方案，并基于該方案對單片機(jī)課程教學(xué)進(jìn)行改革探索，以供參考。

1" 單片機(jī)課程教學(xué)現(xiàn)狀分析

單片機(jī)課程是電子信息大類、電氣類、自動化類專業(yè)的課程，該課程的工程實踐要求較高，是培養(yǎng)學(xué)生成為電氣控制、電子系統(tǒng)工程師的重要課程。該課程把編程語言知識、微機(jī)接口知識、通信技術(shù)知識等綜合在一起，不僅涉及微處理器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，還涉及其外圍的應(yīng)用，覆蓋硬件和軟件的理論學(xué)習(xí)與實踐操作。因此，教師在教學(xué)過程中，不僅要將理論知識傳授給學(xué)生，還需要強(qiáng)化他們的編程操作與實踐動手能力，讓他們在實踐操作中深入理解和掌握理論知識，從而最終掌握本門專業(yè)課知識。由于課堂教學(xué)時間有限，留給學(xué)生思考和消化的時間非常少，加上傳統(tǒng)的實踐課程與理論課程是分開授課的，理論課和實踐課在時間和空間上的不統(tǒng)一會導(dǎo)致理論與實踐脫節(jié)，學(xué)生對理論知識無法理解透徹，實踐編程能力也無法得到提高。一方面，學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和積極性得不到激發(fā)，無法對課程內(nèi)容尤其是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)建立起整體認(rèn)知；另一方面，單片機(jī)課程的實踐環(huán)節(jié)基本屬于驗證性實驗，缺乏設(shè)計性和創(chuàng)新性，導(dǎo)致學(xué)生實際應(yīng)用單片機(jī)的能力較差。顯然，傳統(tǒng)教學(xué)模式已難以適應(yīng)新時期單片機(jī)課程教學(xué)的需求。目前單片機(jī)課程教學(xué)中存在的問題主要包括以下兩點。

1.1" 學(xué)生個性化知識獲取需求與課程傳統(tǒng)教學(xué)模式的矛盾

學(xué)生之間存在較為明顯的個體差異，從課程學(xué)習(xí)的角度看，部分學(xué)生只能完成或基本完成課堂上的學(xué)習(xí)，還有部分學(xué)生對專業(yè)知識和前沿技術(shù)有著濃厚的學(xué)習(xí)興趣，同時也積極關(guān)注各種科技創(chuàng)新活動與競賽、網(wǎng)絡(luò)課程資源、技術(shù)論壇等。“互聯(lián)網(wǎng)+”時代下，移動學(xué)習(xí)逐漸成為趨勢，學(xué)生在移動學(xué)習(xí)過程中所積累的碎片化信息，需要被系統(tǒng)化整合和吸收才能轉(zhuǎn)化為個人的知識和能力，而這一環(huán)節(jié)恰恰需要跟蹤與輔導(dǎo)，來滿足學(xué)生對答疑解惑的需求。學(xué)生的這些需求與大班統(tǒng)一授課的傳統(tǒng)教學(xué)模式形成了矛盾。

1.2" 課程實踐性、應(yīng)用性強(qiáng)與學(xué)生實踐能力差的矛盾

單片機(jī)課程的實踐性和應(yīng)用性較強(qiáng)，其目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用單片機(jī)和基于單片機(jī)設(shè)計各類控制系統(tǒng)，這就要求學(xué)生能自主設(shè)計單片機(jī)控制系統(tǒng)的硬件電路、編寫和調(diào)試單片機(jī)控制程序。但是單片機(jī)實驗課主要借助實驗箱開展，實驗內(nèi)容都屬于驗證性實驗，缺乏有設(shè)計性和創(chuàng)新性的單片機(jī)應(yīng)用實驗。另外，大部分學(xué)生課外也不會主動做基于單片機(jī)的控制系統(tǒng)設(shè)計和軟件程序開發(fā)，參與單片機(jī)實踐應(yīng)用的機(jī)會很少，導(dǎo)致學(xué)生的相關(guān)實踐經(jīng)驗不足，動手能力較差，學(xué)習(xí)興趣不強(qiáng)，難以達(dá)到單片機(jī)課程對學(xué)生實踐和應(yīng)用的要求。

針對當(dāng)前單片機(jī)課程教學(xué)中存在的問題，課程組對該課程進(jìn)行了賽訓(xùn)教聯(lián)合課程改革。

2" 賽訓(xùn)教聯(lián)合的單片機(jī)課程改革方案

“賽”即科技競賽環(huán)節(jié)；“訓(xùn)”即實習(xí)實訓(xùn)環(huán)節(jié)，包含電子實習(xí)、單片機(jī)課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計等實習(xí)實訓(xùn)課程，以及課外活動中的練習(xí)與實踐；“教”即教學(xué)環(huán)節(jié)。賽訓(xùn)教聯(lián)合即把科技競賽環(huán)節(jié)、實習(xí)實訓(xùn)環(huán)節(jié)和教學(xué)環(huán)節(jié)有機(jī)結(jié)合，以競賽和實訓(xùn)項目驅(qū)動，理實結(jié)合，使實驗、理論課程內(nèi)容等與科技競賽和實訓(xùn)融合，提高學(xué)生的實踐創(chuàng)新能力和團(tuán)隊協(xié)作能力。具體課程實現(xiàn)形式如下。

2.1" 鏈?zhǔn)秸n程群的培養(yǎng)模式

將單片機(jī)課程與C語言程序設(shè)計、電子實習(xí)等前序課程和單片機(jī)課程設(shè)計、嵌入式系統(tǒng)原理及應(yīng)用、畢業(yè)設(shè)計等后續(xù)課程串成鏈?zhǔn)秸n程群，在課程理念和課程資源上形成有機(jī)聯(lián)動。在前序課程中融入單片機(jī)的設(shè)計理念和部分內(nèi)容，為單片機(jī)課程學(xué)習(xí)奠定良好基礎(chǔ)；在后續(xù)課程中利用單片機(jī)課程中學(xué)到的知識和軟硬件基礎(chǔ)，完成復(fù)雜項目的自主研究，提高學(xué)生的單片機(jī)開發(fā)能力。

2.2" 項目驅(qū)動的課程教學(xué)方式

將單片機(jī)課程內(nèi)容設(shè)置為基礎(chǔ)理論模塊和項目分解模塊，除了課程基礎(chǔ)理論教學(xué)，還增加對應(yīng)的項目分解教學(xué)。將一些典型的較復(fù)雜的實際項目分解后融入單片機(jī)課程教學(xué)，設(shè)計不同難度系數(shù)的課程實踐實驗項目，讓學(xué)生每完成實踐項目群中的一個實踐實驗就能完成實際項目的一部分，學(xué)生學(xué)習(xí)完所有的課程實踐實驗后，就能完成一個實際的項目。這樣既能鞏固學(xué)生學(xué)到的理論知識，還能提高學(xué)生的動手能力和解決較復(fù)雜項目的能力。

2.3" 層次化的競賽實踐形式

建立“校—省—國”多層次科技競賽體系，其中校賽面向全校學(xué)生，鼓勵學(xué)生積極參與學(xué)校的科技競賽，為學(xué)生提供開放式專業(yè)實踐實訓(xùn)平臺，在此過程中培養(yǎng)選拔出部分實踐能力優(yōu)秀的學(xué)生，讓他們參加省級或國家級競賽。這樣既能提升大部分學(xué)生的實踐動手能力，也能滿足部分優(yōu)秀學(xué)生對更高層次知識與能力的需求。

賽訓(xùn)教聯(lián)合課程改革方案如圖1所示。

3" 單片機(jī)課程改革實踐

3.1" 課程內(nèi)容設(shè)置

將單片機(jī)課程內(nèi)容設(shè)置為基礎(chǔ)理論模塊和項目分解模塊。基礎(chǔ)理論模塊保持相對穩(wěn)定，幫助學(xué)生掌握微機(jī)與單片機(jī)的基本理論；項目分解模塊依據(jù)實際項目，對每一章節(jié)的內(nèi)容進(jìn)行對應(yīng)分解，學(xué)生每學(xué)完一章內(nèi)容就完成實際項目中的部分模塊，待全部章節(jié)學(xué)完，再融合基礎(chǔ)理論以外的其他模塊，即可完成一個實際項目。學(xué)生在這樣的課堂中不僅需要掌握單片機(jī)的基本原理和編程技能，還需要將這些知識應(yīng)用到實際項目中解決現(xiàn)實問題。這種實踐性學(xué)習(xí)方式不僅加深了學(xué)生對課程內(nèi)容的理解，還培養(yǎng)了他們的創(chuàng)新能力和實際操作能力。具體的知識模塊和對應(yīng)的內(nèi)容安排如表1所示。

3.2" 鏈?zhǔn)秸n程群建設(shè)

將單片機(jī)課程與C語言程序設(shè)計、電子實習(xí)等前序課程和單片機(jī)課程設(shè)計、嵌入式系統(tǒng)原理及應(yīng)用、畢業(yè)設(shè)計等后續(xù)課程在課程理念和內(nèi)容上有機(jī)聯(lián)動，形成鏈?zhǔn)秸n程群。

在電子實習(xí)課程中，學(xué)生提前焊接并制作完成與本課程相配套的“口袋板”單片機(jī)實驗平臺，利用在C語言程序設(shè)計課程中學(xué)習(xí)的編程方法，通過自己的筆記本USB口和單片機(jī)進(jìn)行通信和編程，后續(xù)的單片機(jī)課程設(shè)計可以使用“口袋板”完成系統(tǒng)設(shè)計。

利用“口袋板”單片機(jī)實驗平臺，打破原來實驗室的時間和空間限制，學(xué)生可以隨時隨地完成單片機(jī)課程學(xué)習(xí)，提高學(xué)習(xí)成就感，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。在單片機(jī)課程中學(xué)習(xí)的編程方法、電路設(shè)計方法和制作“口袋板”單片機(jī)實驗平臺，又可以用于單片機(jī)課程設(shè)計、嵌入式系統(tǒng)原理及應(yīng)用、畢業(yè)設(shè)計等課程的單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計，既鞏固深化了前序課程中學(xué)到的知識，又能積累新的實踐應(yīng)用經(jīng)驗。學(xué)生完成的“口袋板”單片機(jī)實驗平臺如圖2所示。

3.3" 單片機(jī)相關(guān)競賽的開展

課程組教師連續(xù)組織了三屆學(xué)校電子設(shè)計大賽，鼓勵學(xué)生積極參與。大賽采取開放式命題形式，鼓勵學(xué)生關(guān)注社會熱點，充分發(fā)揮主觀能動性，將所學(xué)專業(yè)知識積極應(yīng)用到具體場景中解決實際問題。圖3是某學(xué)生參加校級電子競賽的作品展示，該學(xué)生完成了一個智能充電器的設(shè)計與制作。從近幾年相關(guān)競賽的情況來看，學(xué)生的參與度逐年提高，作品完成質(zhì)量也逐年提升，獲獎作品中不乏優(yōu)秀作品。成績好的學(xué)生將繼續(xù)參加校級以上的各類競賽。近三年課程組指導(dǎo)學(xué)生參加全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽、全國大學(xué)生智能汽車競賽等高水平科技競賽，獲得了多個全國性獎項和省級獎項。

上述結(jié)果證明，通過開展賽訓(xùn)教聯(lián)合的單片機(jī)課程改革，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性和學(xué)習(xí)興趣，強(qiáng)化了學(xué)生的編程操作與實踐動手能力，提升了學(xué)生實際應(yīng)用與設(shè)計單片機(jī)的能力，課程改革效果良好。

4" 結(jié)束語

單片機(jī)課程賽訓(xùn)教聯(lián)合改革通過建立鏈?zhǔn)秸n程群，將單片機(jī)相關(guān)課程進(jìn)行有機(jī)聯(lián)動，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣；在課程教學(xué)中采用項目驅(qū)動的教學(xué)模式，將實際項目與基礎(chǔ)理論教學(xué)相結(jié)合，增強(qiáng)學(xué)生的實踐經(jīng)驗，培養(yǎng)他們獨立思考和解決問題的能力；推動多層次科技競賽體系的建立，既能提升大部分學(xué)生的實踐動手能力，也能滿足部分優(yōu)秀學(xué)生對更高層次知識與能力的需求。

5" 參考文獻(xiàn)

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作者簡介：李鑫，講師；陳靜，通信作者，講師。