单片机教学改革与应用型人才培养分析

罗寿欢

（毕节职业技术学院，贵州 毕节 551700）

当今时代背景下，工程领域对人才提出了新的要求，不但要掌握丰富的理论知识与较强的应用能力，还应具备创新实践能力与综合素养。以单片机课程为例，在以往的教学中忽视理论与实践的联合，对教学效果产生不利影响。对此，急需通过开展实训课程改革的方式，从理论、实践、竞赛3个角度进行创新，为工程领域培养出更多高素质的应用型人才。

1 单片机实训课程教学现状

对于工科专业来说，单片机实训课程属于课程体系的主要内容，尽管经过多年的开展，拥有了丰富的教学经验，但是该课程的教学现状始终不容乐观，主要体现在两个方面：一方面，实训课程与理论结合不够紧密，当前课程教学以理论知识传输为主，以单元章节的形式开展教学，实训方面多采用验证性实验，学生很难对课题形成整体性认识，程序编写不知从何下手，在课程设计中一般由教师来做课题，学生只完成简单的电路焊接、程序输入等工作，实践能力无法得到显著提升。另一方面，缺乏创新精神培养，对于工科专业的学生来说，专业素质主要体现在创新力与实践力两个方面。单片机课程涉及传感、电子、程序设计等多个方面，是促进学生专业素质提升的重要手段。但受到单元章节教学模式的影响，课内实训与课外实践衔接不当，学生的实践能力很难得到显著提升[1]。

2 单片机实训课程改革的有效措施

该项课程的改革工作，关键在于通过理论与实践项目的有机结合，使学生从工程应用的角度学习相关理论知识，掌握系统开发流程，培养提出问题与解决问题的能力，以此提高职业应用能力。对此，课程改革可从教学模式、考核内容与实践活动3方面着手开展，具体如下。

2.1 构建项目教学模式

项目教学法改变以往教学中理论与实践相分离的模式，将单片机知识划分为理论、实践与综合3个层次，通过理论实践相结合的方式学习知识。在应用型人才培养目标的引导下，对课程内容进行优化组合，选择6个具有代表性的、与实际关系紧密的项目编写新教材。项目之间相互独立，包括单片机的一个或多个知识模块，每个模块又包含多个任务，使单片机应用的关键点、能力点、知识点均涵盖其中，并在工程项目中贯彻落实，使学生的职业能力得到有效的培养和锻炼。在此种教学模式下，课程教学流程为“项目提出”“模块分解”“任务实施”“总结评价”4项环节，以“单片机最小系统”为例，该项目可帮助学生更好地理解单片机构成，将任务划分为“系统构成”“程序设计”与“控制器”等，每个任务都是知识体系指标的具体表现。通过实物演示、程序试运行、多媒体技术等，将理论与实践有机结合起来，在每项任务完成后，引导学生通过实验进行深入探索，例如，“彩灯控制器”的效果多种多样，除流水、闪烁之外，还可引导学生设计出更多不规则的闪光效果，创造出更多发光二极管（Light Emitting Diode，LED）点阵的控制方式，并思考如若输入/输出（Input /Output，I/O）口数量不足时接口该如何拓展，学生通过翻阅资料提出自己的想法，并在此基础上绘制程序图，通过开展课程设计将自己的想法在现实中进行验证。

2.2 开展课程设计实验

通过项目小组的形式开展贴近实际的课程活动，按照课题类型、兴趣与任务量，每3～4人组成一个小组进行系统设计，包括硬件设计、软件编写与程序调试，并在课上开展小组竞赛活动，使各小组的能力优势得到充分发挥，培养学生实践能力的同时，又可增强团结协作与竞争意识。在系统整合与能力培养方面，如性能优化、系统调试、程序编写等，与工程开发的要求更加贴近，最大限度地激发学生积极性，在教师的启发与指导下，许多难题迎刃而解。针对一些常见的问题，教师可引导学生说出自己的看法，并鼓励学生进行软硬件调试，观察实验现象，由此得出正确答案。例如，在“双机串行口通讯”实训中，从甲机发送的数据由乙机接收，一个小组通信失败，另一个小组第一个字节的数据丢失，在教师的提示下，通过学生的自主探索与思考，发现是波特率设置不对和程序编写有问题，将其改正后，上述问题得到了有效的解决[2]。

2.3 完善实训考核内容

在实训体系改革中，考核内容与方式的改革十分关键，重点在于创新能力与实践水平的培养，可采用“形成性＋终结性”的方式，适当增加能力考核的占比，完善实训考核的内容，使其涵盖实训考核（占比40%）、综合能力（占比30%）、总结与答辩（占比30%）3个方面。在综合能力方面，包括设计方案、课程设计与文献查阅3项内容，将单片机理论与应用能力作为考核的重点；在实训考核中，重点对学生的实验设备应用、编程、软硬件设计等能力进行考核；在总结答辩方面，使学生对所学知识进行总结，深刻了解系统设计的意义，并将工程方案进行对比，答辩验收使学生对该课题进行反思，端正学习态度，从本质上改善以往“高分低能”情况，促进其创新能力与应用能力的提升。

2.4 开展课外实践活动

对于综合型项目来说，单纯依靠课内实训收效甚微，应与课外科技活动相结合，提高学生的专业能力与综合素质。对此，可采用以下措施：组建单片机兴趣小组、建立QQ群，将优秀的教程、典型范例、常用网址等在群中共享。在机房中的每台电脑上都安装Keil与Proteus软件，发挥虚拟实验室的作用。针对实训中的技术问题，在群中交流讨论，教师可随时在线答疑，对于一些基础较好、兴趣浓厚的学生，还可邀请其加入创新实验室进行学习。创新实验室定期开展讲座，介绍新型单片机与技术，并对学生的创新作品进行点评，多层次的课外训练，使学生掌握更多的知识，针对单片机系统进行开发试验，为日后从事相关工作积累更多知识与经验。

3 基于人才培养的单片机课程改革方法

在素质教育背景下，应用型人才培养成为大势所趋，在单片机课程改革中，应根据学生实际情况与教学目标，合理地制定教学大纲，科学地开展教学活动，积极开展考核与拓展性活动，响应新课程改革，使学生的创新精神与实践能力得到显著提升。

3.1 教学大纲修订

根据市场调研结果以及社会、岗位对人才的需求，制定单片机实训课程的教学大纲，以提高应用能力为目标，以人才培养为中心，根据人才在知识、素质、技能等方面的需求制定改革方案和计划，系统、规范地制定课程教学大纲。在大纲中将该门课程分为5项工程任务，每项任务设置相应的实训情境，如基于单片机的交通灯设计、密码开关、智能温度测控系统、电子钟设计等，学习情境完全是对现实工作环境的模拟，在此基础上，对学生的设计与创新能力进行有效的锻炼和培养。

3.2 教学活动开展

实训课程在特定的情景下开展，课程中包含5个学习情境，每个情境的开展均包括以下步骤：

（1）在正式上课之前，为学生发放任务书，组建多个学习小组，每个小组的人数为3～4人，队员由学生自行分配，各队学生提前进行复习。以单片机基础上的数码广告牌设计为例，任务书中的内容为工作任务、实现流程、数码管原理、动静态显示等。（2）通过小组讨论的方式，制定项目实施方案。（3）对系统的软硬件进行设计，包括硬件电路、软件流程与运行程序。（4）在正式上课时，通过小组竞赛的方式，教师随机抽取1～2个小组，由组员汇报该项目的知识点，在汇报后选取对抗小组，由对抗小组提问，汇报小组做答，教师和其他同学根据回答情况进行评价和打分，并且绘制各个小组竞赛的得分表。（5）教师对汇报小组的表现进行评价，对两个竞争小组的表现进行总结，对知识点讲解不透彻、遗漏之处进行补充，并与学生们一同开展实践活动，使学生们在亲自动手练习中巩固所学知识[3]。

3.3 考核活动

将以往单一的笔试考核转变为综合考核，包括日常出勤（占10%）、课堂表现（占20%）、项目实践作业成绩（占30%）、期末笔试成绩（占20%）、实验成绩（占20%），其中实验成绩包括实验报告、实验方案设计等，对于提出创新性实验方案的学生应给予一定的分值奖励。

3.4 拓展实践活动

在人才培养基础上，实践活动的开展对培养学生设计开发能力具有促进作用。课题选择应源于日常生产、生活需求，加强与企业间的联系，将实训项目在企业真实的场景下操作，由教师与企业技术人员共同指导，使学生在真实的项目设计中得到锻炼和进步。此外，还要鼓励学生积极参与各项科技竞赛，如电子设计大赛、创新创业大赛等，通过参与竞赛提高学生的单片机设计能力，引导学生积极创新，研制出许多新的发明，申请发明专利，并在实践活动中提高沟通能力与实践技能，为成为应用型人才打下坚实基础。

4 结语

在素质教育背景下，为了培养出更多高素质、应用型人才，应积极开展课程改革，采用课程理论与实践训练相结合的方式，使学生在特定的情境下亲身参与操作，巩固所学的理论知识，做到灵活运用，有效培养动手能力、创新精神、工程应用能力与合作意识，真正成为工程领域所需的应用型人才。