以实践能力培养为导向的单片机课程教学探索

摘 要：文章详细阐述了安徽三联学院单片机课程改革的经验。该校以實践能力培养为导向进行了一系列课程改革，初步形成了课内、课外相结合，以赛促学、赛教结合的培养体系。理论课一改过去传统的教学模式，引入仿真技术，并采用案例教学，让学生体验、感悟知识。课外实践充分发挥学生主观能动性，提高学生运用知识进行创新实践活动的能力。实践也证明了这套培养体系对提高学生的实践能力很有成效。

关键词：实践能力；单片机；课程

英国工程及科技学会（Institution of Engineering and Technology，IET）2013年度工程和技术技能与行业需求调查报告显示，42%的受访者认为工程技术人才的技能水平距离合理技能水平的差距越来越大，这种问题对新毕业的大学生来说更为突出[1]。2014年教育部已明确要求部分普通本科高等院校要向应用技术型大学转型，培养应用型人才，注重学生实践能力的培养。

单片机是电气信息类专业中一门应用性较强的课程，在应用型人才培养计划中有着至关重要的课程地位，它不仅衔接着整个专业计划中的基础课程与专业课程，同时也承担着提高学生实践动手水平，知识转化为实际应用技能的教学任务[2]。近年来，很多高校围绕着提高学生单片机应用能力，培养学生创新实践能力这一目标进行了一系列课程改革，并取得了一些成果[3-4]。围绕着这一目标，我们依据学校的实际情况也尝试实行了一些改革措施，并初步形成了课内、课外相结合的培养体系。课内，优化单片机系列课程（包括单片机理论课、单片机实验课和单片机综合课程设计）的内容安排及教学手段，将实践能力的培养融入每一个教学环节中。课外，通过“以赛促学”“以赛促教”的赛教融合的教学手段，形成“创新实践平台+学生创新小组”的创新工作平台[5]。

1 课内培养体系

1.1 理论课引入仿真技术，采用案例教学

传统的单片机理论课教学是灌输式教育，以教师为主体，讲完基础理论知识，再举一两个例子，学生学完单片机这门课后，大部分还是懵懂状态，不能灵活运用知识进行软件设计，也不太懂硬件设计，这种满堂灌的教学方式，很难调动起学生学习的积极性，更遑论培养学习的兴趣了。为了改善这一情况，在教学内容的组织安排方面，我们设计了几个项目作为案例，这些项目涵盖了单片机大部分的知识模块，如：键控花样流水灯项目，涉及的知识模块包括通用输入/输出端口、中断管理，系统时钟与控制、定时器；录放音项目，涉及的知识模块包括模数转化器、数模转换器、DMA控制器、系统时钟与控制、定时器；数字时钟项目，涉及的知识模块包括LCD液晶驱动模块、系统时钟与控制、键盘。按照知识间的关联关系和学生的认知规律，每一个项目都被分解成几个小项目或小模块，难易程度由简到难，直至达到最终设计目标。此外，还设计了以此项目为基础的拓展项目作为课后思考题，学生按自愿原则组成学习小组，每位小组推选出一名小组长负责协商，小组成员共同讨论完成课后拓展。

以键控花样流水灯为例，此项目的教学是这样设计的，（1）先进行实物演示或仿真演示，让学生获得直观的体验。（2）讲解通用输入输出端口的理论知识。（3）通用输入输出端口及C语言编程训练：通过proteus演示项目“点亮发光二极管”，引导学生自行修改软件设计让发光二极管闪烁、奇偶交替亮以及实现简单流水灯，并完成仿真。（4）加入中断管理知识，做“键控流水灯”项目，使用按键控制流水灯。（5）加入定时器模块，做“键控花样流水灯”项目。使用定时器产生PWM控制发光二极管亮度。（6）课后拓展项目：“十字路口交通灯”。

课堂上借助仿真技术，让学生直观地观测到在仿真环境下进行电路设计、程序编写及系统调试，不需要任何成本，也不受时间和空间的限制，能充分发挥学生实践自主性，留给学生更多的思考空间，对于培养学生独立解决问题的能力有很大帮助[6]。我们在理论课中引入了仿真技术，一方面教师可利用仿真技术在课堂上做仿真演示，让学生有比较直观的感官体验。另一方面，也给学生布置了一些小题目，要求学生课后完成一些小设计并进行仿真调试，充分培养学生自主学习及灵活运用知识解决问题的能力。

通过引入仿真技术，采用案例教学，既方便学生理解掌握理论知识，也增加了课程的趣味性，提高了学生学习的积极性。为后续开展的实践教学打下坚实的基础。

此外，在上理论课的时候，我们设计的例题也会用不同型号的单片机，讲解时结合TI官方给的相关数据手册和使用指南，在讲解理论的同时，也教会学生如何查找相关数据，并学会使用英文参考文献，为以后的实践和工作打下基础。为方便部分接受比较慢的学生的学习，我们还特地录制了一些实践教学的微视频，放在学院的网络教学平台供学生下载自学。

1.2 实验课紧密结合理论课

很多高校的实验安排都是理论课结束后才开始实验课，此举或许能够防止实验开在了理论课前，但实验课的作用却被弱化了。我们的实验课是授课老师根据实验课和理论课的内容安排，自己跟教务人员沟通安排的，确保实验紧跟在理论后面。实验可以给学生更为直观的体验，更有助于学生对理论知识的理解，也为后面的学习打好基础。在实验项目安排上，每个实验不仅有基础性的项目，也有按难度递进的设计性项目，对知识掌握水平不同的学生在课上都能尽“力”而为。

1.3 课程设计

指导教师按1∶1.5的比例给出设计题目，学生根据自己的兴趣选择设计题目，在完成基本要求的同时，学生可以自由发挥，对项目进行改进，鼓励学生发挥自己的创新能力。

2 课外培养体系

2.1 引导学生建立了自己的团体组织—“电子协会”

“电子协会”是由学院的电子爱好者建立的，自主管理，同高校其他社团组织一样，每年都会招新，这样各个年级的会员就形成了梯队，充分发挥了传帮带的作用，也形成了良性循环的培养体系。

2.2 创新实验室实行开放性管理

學院建有创新实验室，给学生提供了创新实践活动的场地和一些必要的实验仪器设备。创新实验室实行开放性管理，由实验教师与“电子协会”共同管理，“电子协会”明确值班人员，实验教师配合管理，这种管理模式提高了学生的自主能力。创新实验室开放管理模式为学生自主学习和创新提供了条件，让学生有了一种“主人翁”的感觉，从被动地接受知识的灌输转变为自主的学习、思考，从而培养他们自觉地发现问题、解决问题的良好习惯[7]。

2.3 组织学生参加各类比赛，激发学生的兴趣

为了给学生提供充分的参与机会，学院自己主办了电子设计大赛。自2015年“惠而浦”杯电子设计大赛以来，逐步规范了院级“电子设计大赛”，每年举办一次，分初赛和决赛两场，初赛采用卷面考的方式，决赛采用设计并制作实物的方式。总的参赛人数达到学院总人数的50%。除此之外，还可以参与校内其他学院主办的相关赛事，譬如，交通学院的“交通设计大赛”，机器人学院的“机器人大赛”等。通过这些校级比赛选拔学生参加各种其他国家级、省级的比赛。近年来，安徽三联学院每年都会组织学生参与多项国家级、省级赛事，譬如，TI杯电子设计大赛，“互联网+”大学生创新创业大赛、安徽省机器人大赛、安徽省大学生创新创业训练计划项目，国家级大学生创新创业训练计划项目等，并取得了不错的成绩。

3 结语

经过一系列的改革，我们已初步形成了课内、课外相结合，以赛促学、赛教结合的培养体系，通过这一培养体系引导学生主动融入体验知识、感悟知识、运用知识和创新实践这一过程，学生实践能力得到明显的提高。以电子信息工程专业为例，目前在校生共有6个班，截至2018年10月份，已获得安徽省大学生创新创业训练计划项目立项3项，国家级大学生创新创业训练计划项目立项2项，TI杯电子设计大赛安徽省赛二等奖一项，“互联网+”大学生创新创业大赛安徽赛区银奖一项。

[参考文献]

[1]徐丽萍.转型背景下的应用型本科院校实践教学改革探讨—以安徽三联学院为例[J].科教文汇，2017（28）：64-66.

[2]谢云，王艳，马逸新.应用型人才培养需求下单片课程教学改革[J].中国现代教育装备，2016（247）：63-66.

[3]李晓梅.单片机课程教学改革的研究与探索[J].大连大学学报，2018（39）：130-133.

[4]金国华，沈小艳，滕君华，等，单片机课程设计中实践创新能力的分层培养[J].实验室科学，2016（19）：142-145.

[5]程阔.训赛融合在“自动线安装与调试”课程教学的应用[J].吉林省经管理干部学院学报，2017（2）：116-118.

[6]董红生，秦雯，刘青，等.Protues仿真再单片机综合实践教学中的应用探讨[J].中国教育技术装备，2015（2）：152-154.

[7]孙长伟，王艳春，黄迎辉.以学生工程实践能力培养为导向的单片机技术课程改革[J].白城师范学院学报，2018（3）：27-31.