基于创新型应用人才培养模式的单片机课程教改方法研究

王楠+陈应舒

摘要：为了适应培养创新型应用人才以及应用型多学科大学建设目标的需要，以测控技术与仪器专业单片机这门应用实践性极强的课程为例，通过分析目前教学中存在的问题，从课程设置、教材选用、教学方法、实践操作以及成绩考核与评定等方面研究了其教改方法，并给出了具体措施。实践结果表明，单片机课程教改方法不仅丰富了教学内容，提高了学生自主学习的兴趣与积极性，最重要的是增强了学生的动手能力，取得了良好的效果。

关键词：创新型应用人才；单片机；教改方法

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）08-0093-03

一、引言

在科技飞速发展的当代社会，创新能力已成为全世界各个国家综合国力的重要体现与表征。近日，习近平同志在全国科技创新大会、两院院士大会及中国科协第九次全国代表大会上指出：“实现中华民族伟大复兴的中国梦，必须坚持走中国特色自主创新道路”，“科技创新是核心，抓住了科技创新就抓住了牵动我國发展全局的牛鼻子”，这些精辟的论断充分表明了在当前甚至很长一段时期里我国科技强国的战略方向。而作为为社会输送人才的重要基地，地方高等院校更应顺应历史的发展潮流，响应国家的号召，大力培养具有创新意识与创新能力的应用型人才，为社会经济发展服务，为中华民族“中国梦”的实现贡献力量。

自1976年Intel公司推出第一代MCS-48系列8位单片机至今，单片机已走过了四十个年头。在此期间，单片机技术的发展日新月异，应用领域不断拓宽，如今已广泛应用于工业控制、航空航天、国防及人类生活等领域，对很多行业的技术革新和产品升级起着重要的推动作用。国内大多高校也在很早就开设了单片机原理与应用等相关课程，已成为控制、自动化、电气、电子通信、机电、仪器等工科及相关专业的重要主干课程。该课程重在培养学生的实践应用能力，对学生知识面的要求较宽，学生必须具有数模电、传感器、机械测试、信号分析处理、软件及程序设计等前期的知识储备。该课程有以下特点：一方面，概念抽象，难于理解；另一方面，该课程非常注重学生的实践动手能力，涉及硬件与软件操作，且需要一定的实验条件设施。因此，对于教师与学生教学双方而言，一直存在着难教、难学的双重困惑。针对陕西理工大学应用型大学的建设目标实现与培养创新性应用人才的迫切需要，本文就学校测控技术与仪器专业的单片机课程教学中存在的问题，提出了诸多改革方法与措施，并付诸实践，取得了良好效果，也希望借此能对同等高校单片机相关课程的教学研究起到抛砖引玉的作用。

二、单片机课程教学中存在的问题

陕西理工大学是2016年5月31教育部发文，由原陕西理工学院升级而来的应用型多学科大学，而“测控技术与仪器”专业则创办于2000年，为校级名牌专业。其实早在陕西理工学院前身，即陕西工学院时期，单片机已成为校内自动化、电子电气等相关工科专业的必修课程。几十年来，经过几代人的努力，针对该课程的教学积累了许多宝贵的经验，但随着时代的变迁与教育模式的改革，逐渐发现在教学中还存在不少问题，归纳起来有如下几点：

1.课程设置与教材选用。与单片机相关的课程有三门，分别是微机原理、单片机原理与接口以及单片机C语言应用程序设计。这三门课程存在着一定程度的相似性，微机原理、单片机原理与接口课程设置在大三下学期，总（实验）学时分别为50（10）和42（6），单片机C语言应用程序设计则开设在大四上学期，总（实验）学时为30（8）。微机原理课程以Intel 80×86为主线介绍微机基本知识，单片机课程则以8位89C51进行讲解，目的都在于使学生掌握微型计算机/单片机的基本原理、程序设计方法及微机/单片机接口应用的基本方法，培养学生利用计算机软、硬件技术解决问题的初步能力，为以后学生进行相关研究或从事相关技术打下坚实的基础。由于微机原理和单片机原理与接口两门课程同步开设，内容有很多相似之处但又有明显区别，学生耗费了大量时间，但仍然经常出现搞混、理解不清的现象；而单片机原理与接口、单片机C语言应用程序设计两门课程的硬件基础相同，只是编程语言有所区别，分别采用汇编与C语言，而且在两个学期开设课程期间，时间跨度较大，因此学生学习时的连贯性不够，学习后一门课时又要花费大量的时间复习单片机硬件基础知识，效果很不理想。在教材选用方面，相关教材内容多偏于对单片机内部结构及原理的介绍，这不仅落后于实际单片机技术的发展，而且与实际应用结合较少，不利于学生视野的开阔及实践与动手能力的培养。

2.教学方法。单片机教学中，以课堂理论讲授（PPT）为主，包括单片机硬件结构原理、汇编语言与C语言编程等知识，但学生对这些纯粹的电路与代码提不起丝毫兴趣，老师讲授起来也感到困难重重。在实验操作方面，实验的学时安排相对较少，通常为理论课的1/3甚至1/4；在实验室内，学生经常是机械地根据实验指导书内容连接硬件，将代码直接敲入编程软件编译链接，然后下载到单片机的开发箱中运行，但其并不理解这些代码的真实含义，更不用说根据自己的意愿修改程序了。由于学生几乎没什么实际的操作经验，经常出现硬件接错与代码写错的情况，这些错误又不易发现，因此大量的时间消耗在查找错误当中，导致实验效果往往很不理想。

3.实验室建设。实验室现有的单片机开发箱与相应上位机均为十几年前购置，设备老旧，经常出现未知的问题，而且数量有限，部分功能无法使用，已不适应于大规模的教学需要。以上这些问题大大影响了学生的实际操作积极性与兴趣，学生不能很好地将自己所学与实际动手结合起来，耽误了不少宝贵的时间。

4.与实际应用脱节。目前在单片机课堂理论教学与实验室教学当中，举例大多采用一些通用型的书面例程，与实际应用、企业项目结合很少，脱节严重。这样存在两方面的问题，一是教师的讲解无法引起学生的兴趣，因为分析一个实际应用问题对学生而言，具有足够的吸引力；而且解决一个实际应用问题，不仅能让学生感到收获良多，具有成就感，同时在此过程中，学生如果能提出新问题并给出相应的解决方案，这对于其发散思维、举一反三及创新能力的培养大大有益。二是对学生将来从事相关技术研究不利，与实际应用脱节造成的后果是学生对单片机的实际应用领域与发展方向了解不够，视野狭窄，无论是将来求职或者从事单片机技术这个行业来讲，起步低，思维不开阔，不利于其将来更好地发展。

5.成绩考核与评定。成绩考核与评定方面，通常采用721模式，即考试卷面成绩占70%，实验成绩占20%，平时成绩（课堂点到+作业）占10%。这种模式弱化了单片机实践动手能力考核这一重要内容，从而导致培养出来的学生只知道死记硬背理论知识，对知识的运用与动手能力重视不够。因此，距离创新型应用人才的培养目标的实现还有很长一段路要走。

三、应对方法及措施

鉴于创新型应用人才培养及陕西理工大学应用型多学科大学建设目标实现的迫切需要，针对学校测控技术与仪器专业单片机课程教学中存在的上述问题，经过研究与初步实践，提出了以下应对方法及措施：

1.课程设置方面。微机原理课程应在大三上学期开设，稍晚于数模电、传感器机械测试、信号分析处理等课程；单片机原理及接口与单片机C语言应用程序设计两门课程应合二为一，并在大三下学期开设，增加总课时，特别是增加实验课时。在教材方面，基于现有教材、单片机技术最新发展以及教师自己的科研项目与实践经验，并结合区域的经济发展现状，组织课题组成员或相关代课教师编写讲义，提高教材的实用性及可读性，提高学生的学习兴趣。

2.教学方面。课堂教学应与实际应用（实验）相互融合，以教师科研项目或实际问题引入，采用“启发式”开放教学，教师应该运用自己所学与经验，将呆板空洞的理论知识讲活，鼓励学生多提问题并设置课堂讨论环节，增强与学生的互动。另外，一定要避免照本宣科、读PPT等“填鸭式”的教学模式，要让学生感觉到确实学到了实用的知识，并可活学活用。例如，可将自己科研实验中的相关内容拍成视频或找一些相关实际视频案例进行讲解，讲授相关研究前沿、研究方法、研究中遇到的问题等，激发学生的学习热情，开阔学生视野；也可引入像Proteus、Multisim、Keil等虚拟仿真软件，构建虚拟实验环境并现场演示，可使学生对所学知识的理解更为深入。通过我们这学期的课堂教学改革，收到了较好的效果，比往年有很大的改观。在课堂上，大大提高了学生的热情与积极性，增强了师生互动，甚至有的学生敢于在课堂上提出问题，并与教师辩论，课后也能够积极主动地找教师讨论并解决问题，这种现象在往届是没有的。

3.实验动手能力操作方面。一方面，大力推进实验室建设，购买符合课程教学需要的单片机实验设备（如有条件，最好能结合教师自己的科研设备现场教学）；另一方面，鼓励学生自己购买单片机开发板，组建兴趣小组（三五人即可），布置课题，课后抽出时间定期讨论、改进与优化设计方案，这样不仅能培养学生的动手能力、实际应用操作能力，更重要的是能够培养其创新能力与团队合作意识，因为不同思想的碰撞是创新的源泉，这对学生将来的发展是至关重要的。另外，还可让学生参加例如像电子设计竞赛等国家级、省市级竞赛，以及联系企业，外出实习等，在实践中运用所学知识，使其进一步提高单片机学习的热情与单片机的开发水平。同时，教师也要深入企业调研，积极参与项目合作，了解信息产业的发展趋势、用人单位对单片机开发人员的需求等，教学才不会与实际脱节。经过上述改革，学生的动手能力得到大大的提高，有不少测控专业的学生参加了2016年全国第七届机械设计创新大赛陕西赛区的比赛，并取得了骄人成绩；另外，机械工程学院报送的19件作品当中，获一等奖的有10项，获二等奖的有7项，获三等奖的有2项，并有两项作品入围全国总决赛。现在我们正在积极进行第二届中国“互联网+”大学生创新创业大赛的准备工作，以期让学生学有所用，获得更好的战绩。

4.成绩考核与评定方面。注重实践动手能力的考核，提高其在成绩中的比重，采用55模式，即理论教学与实践环节对半考核，关于理论试卷的考核，在注重基本知识的基础上，增加开放性试题，体现学科发展的趋势及新观念、新技术，鼓励学生提出新问题与新方法；在实践考核时，制定相应的考核标准，即设计方案的先进性、可行性、操作性、实际结果的展示等，这样可客观地对学生的创新性思维与实际动手能力全面进行考核。上述考核模式不仅可避免学生死记硬背所学知识，还将对创新型应用人才的培养起到良好的驱动作用。

四、结束语

高等院校创新型应用人才的培养绝非一朝一夕之功，需要学校制度、资金等强有力的保障，同时也需要高校教师具有创新精神与敏锐的嗅觉，并在应用专业课的教授与学生创新应用能力的培养方面付出巨大努力。就单片机课程而言，应将学生实践动手能力的培养放在首位，将教学内容与现代的教育方法紧密结合，将教学与科研、教学与时代科技的发展紧密结合，相互促进，力争达到教与学的和谐统一。

參考文献：

[1]王国明.浅谈单片机教学改革与实践[J].信息系统工程，2016，（4）：156-158.

[2]廖伟强，郑崇林.单片机与嵌入式系统课程的教改与探索[J].大众科技，2013，15（164）：159-160.

[3]刘焕阳，韩延伦.地方本科高校应用型人才培养定位及其体系建设[J].教育研究，2012，（12）：67-70.

[4]赵延明，周少武，谢道文.面向创新型人才培养的《单片机原理及应用》的教改研究[J].当代教育理论与实践，2012，4（5）：116-117.

[5]郑春喃.单片机教学改革的实践分析[J].中国校外教育，2014，（2）：102-103.

[6]李雪，袁新芳，蒋荣，等.《单片机原理及应用》课程的教学改革探索[J].科技视界，2015，（36）：60-61.

[7]余愿.单片机原理教学改革的研究和探索[J].教育教学论坛，2013，（2）：36-38.