“互联网+”背景下的单片机课程群建设改革实践

俸皓　陈宏　陈俊彦　雷晓春

【摘 要】针对“互联网+”的背景下，传统课程教学目标单一且不连贯的缺点，提出了构建以单片机系列硬件课程为核心的课程群建设方案，并通过修订教学大纲、提高教学水平丰富教学资源、要求并引导学生参加各类创新创业项目和学科竞赛项目等措施对课程群进行建设。通过实践证明，该课程群的建设，可以提高学生的创新创造能力，适应培养解决复杂问题的工程型人才的要求。

【关键词】单片机课程群;互联网+;教学改革实践

中图分类号： TP368.1-4 文献标识码： A文章编号： 2095-2457（2019）26-0089-002

【Abstract】Considering of the Internet+ environment， the traditional teaching objectives are single and incoherent. This paper proposes a construction project of a hardware curriculum group centered on the curriculum of the single chip microcomputer. The course group should be constructed by revising the syllabus， improving the teaching level， enriching teaching resources and demands， and guiding students to participate in various innovative and entrepreneurial projects. Practice has proved that the construction of this course group can improve studentscreative ability and meet the requirements of training engineering talents to solve complex problems.

【Key words】Single chip microcomputer curriculum group; Internet plus; Teaching reform practice

0 引言

计算机硬件类课程在各个高校计算机专业教学体系占据了重要的地位。这类课程具有理论性强、学习周期长、与实际工程联系紧密、强调实践等特点[1]，也正是因为这样，硬件类课程往往是高校计算机专业课程中的薄弱环节。在“互联网+”的背景下，随着各种新型互联网应用开发框架的兴起，由于各种软件类课程甚至能够以“所见即所得”的方式快速获得开发成果，使得学生在选择专业的时候更加倾向于软件类课程[2]。在大类招生的趋势下，这将进一步恶化计算机专业学生的硬件开发能力。本文从单片机系列课程的视角出发，为硬件类课程群的建设及实践做出了有益的探讨和尝试。

1 传统教学方式的不足

除去作为电子类专业公共基础课的数字＼模拟电路等课程之外，计算机专业的硬件类课程主要包含《汇编语言》、《微机原理与接口技术》、《单片机原理与应用》、《嵌入式系统》、《计算机组成原理》、《计算机系统结构》等课程及其相应的实验环节和课程设计。由于传统的教学方法主要强调各门课程自身的独立性、系统性和完整性，而忽略了课程间的横向联系和交叉、综合，未从课程群的角度很好地将内容体系整合和优化，导致了学生在学习的过程中的混淆和困惑，从而学习效率低下，最终使得上述课程的教学合力和整体培养优势不能最大限度地发挥，直接导致毕业生大部分是嵌入式理论有余，而实际应用上的工程能力不足[3]。从我校近年来计算机专业毕业设计选题的分布严重偏软也可以看出这一点。尽管我们进行了系列的教学改革，但多以课堂教学或单门课程改革为核心，点多面广、各自为战，研究成果不具全局性与系统性，教学资源利用率依旧不高。

以《单片机原理与应用》为例，该课程教学长久以来均由两个环节组成：理论环节与实践环节，两个环节在时间和空间上分离。一些理论知识如寄存器、三总线、中断系统等概念相对抽象，学生很难理解。理论實践分离的教学形式，很难短时间内做到融会贯通，教学效果有限。直接影响到了后续的《单片机原理课程设计》、《单片机系统课程设计》、毕业设计、参与学科竞赛等环节的质量。

此外由于嵌入式系统及其应用系统的多样性与传统授课方式下的课程容量的有限性之间的冲突，导致了无论如何增加课时，都不可能容纳下所有的嵌入式系统开发所需要的知识。这就要求引入课程群的方式，目的就是要追求一加一大于二的优化教学效果。

2 “互联网+”背景下的单片机课程群建设改革实践

计算机专业硬件类课程往往以《计算机组成原理》为基础展开，而组成原理课程通常在二年级下学期或三年级上学期开设，因此围绕组成原理课程进行课程群的建设一来时间上显得稍晚;二来由于组成原理强调的是整机的构成原理，而不是应用的构造，所以对于学生来说，无法直接将学习过程中的产生的创意应用到创新创业或学科竞赛活动中，这在相当程度上也影响了学习的积极性。

在“互联网+”的背景下，硬件类产品在整个应用系统中的位置如图1所示。由图1可知，低成本、高可靠性的以MCU为核心的单片机应用起到了桥接互联网应用与物理现实世界的关键作用。从支撑应用的课程角度出发，对图1进行分析之后可以得到图2所示的课程群体系连接关系示意图。

由图2中可以看出，由于MCU在系统中的位置，适合选择单片机系列课程作为硬件类课程群建设的核心，开展课程群的建设。因此我们首先对《单片机原理与应用》的教学大纲进行了修订，强化了对MCU的I/O扩展能力的教学，弱化了传统教学中占据了很大比重的数据处理相关的内容。同时对《汇编语言程序设计》、《微机原理与接口技术》、《嵌入式系统》等课程群中的相关课程的大纲进行了一体化的设计与修改，消除了其中的内容重复，使得课程之间的衔接更加流畅高效。以几门课程都涉及到的中断为例，在汇编语言中只要求掌握软中断程序的编写，微机接口课程中只要求掌握中断控制器的工作方式，单片机课程中强调中断扩展的方法，嵌入式系统中强调非向量型中断以及操作系统支持下的中断处理过程，去除了原来每门课程都要花大力气讲解一遍的中断系统原理，将这部分的任务，交给组成原理课程完成。这些改动，节约了大量的教学资源，从而使得相关课程能够有时间和精力聚焦到更多有现实意义的任务上来。

在教学资源建设上，引入了如“课堂派”之类的互联网应用进行线下的课堂管理和在线的教学资源的发布，降低了师生的沟通成本和课堂管理的成本，提高了学生碎片化时间的利用效率。此外，还能更好的利用如微课、项目包等优质的在线教学资源，进一步的提高课堂教学质量。

在实践之中，我们使用了各类学科竞赛平台和创新创业项目来达到全年级段、大面积的学生覆盖。从一年级下学期起，就鼓励学生参与周期较长的创新创业项目，到了高年级，则引导学生参与各类学科竞赛项目。近三年来，参与过学科竞赛获创新创业项目的硬件类方向学生的比例，从以前的不足30%提升到了近70%;硬件及物联网方向的学科竞赛的国家级获奖也从往年的个位数增长到了近三年平均每年16项，实现了将近100%的增长率。

3 结论

构建单片机课程群，将硬件类课程贯穿在整个计算机专业教学体系之中，以“互联网+”为平台，开展优质教学资源的建设，配合学科竞赛和创新创业项目，能够大幅提升学生的学习热情，增强学生解决复杂工程问题的能力，进一步缩小高校教育与社会需求的差距。下一步需要构建贯穿课程群的评价与反馈体系，以推动课程群建设改革与实践的进一步研究。

【参考文献】

[1]朱艳辉，童启，刘强.基于创新训练平台的计算机类专业实践教学体系研究[J].中国大学教学，2018，No.332（04）：84-87.

[2]唐伎玲，李念峰，李国琳.基于职业能力培养的计算机科学与技术专业课程群建设与实践[J].职业技术教育，2017， 38（14）：33-35.

[3]杨毅刚，王伟楠，孟斌.以提升解决“复杂工程问题”能力为目标的工程教育培养模式改进研究[J].高等工程教育研究，2017（4）：63-67.