应用创新型人才培养模式下单片机课程教学研究

曹宏娟

摘要：随着信息技术的飞速发展，社会对创新型人才的需求越来越大，对学生实践操作能力和思维创新能力提出了更高的要求。学校实验实践环境建设问题凸显，如何根据单片机教学特点构建系统的教学体系。本文针对实践教学、利用现代化教学方法、建设实践教学体系、创建科研教学平台及实践教学环境建设等方面进行阐述，供参考。

关键词：人才培养;单片机课程;教学研究

中图分类号：G424.1 文献标识码：A

工科院校中电子信息类专业的主要课程是单片机课程，这门课程对学生的综合实践能力要求颇高，是一门应用性极强的课程，也是电子、计算机类学生学习技术的基礎课程。在应用型人才培养模式中，对学生素质和创新能力重点培养，通过实践教学来培养学生自己动手处理问题的能力，真正做到理论与实践相结合，“学以致用”。因此，实践教学在单片机课程教学中起到关键作用，也是整个教学课程的核心。如何在实践教学中取得显著成效，使学生积极投入实践学习中，这就需要一套行之有效的实践教学体系，对单片机课程教学进行改革，来达到教学目标。

1 实践教学方法改革

1.1 利用现代化教学提高实践教学效果

当今的教学过程中，完成实验需要用到实验箱，让学生分成小组，在实验箱上连线后，根据学生编写程序、运行，最后得出结论。这属于验证实验，学生通过固定的环境，通过与实验箱的结合，对课堂理论知识进行验证，不能对其增加自己的设计开发理念，这不符合当今社会对应用创新型人才的要求。学生不能单一用实验箱进行连线实验，可以利用仿真软件，对其进行设计、编排、运行，与单片机仿真电路相结合，根据学生不同的设计目的搭建不一样的实验电路。可以让学生每个人都参与其中，都有动手实践的机会，避免分组中部分学生浑水摸鱼[1]。

1.2 采用多种教学方法提升学生学习热情

培养学生的实践能力是单片机课程教学中的重点，采用哪种教学方法，如何提升学生学习热情是关键。每一节实验课都要教师认真准备，在上课之前教师要提前告知学生实验课内容，给学生准备和思考的时间。在教学过程中，教师要根据课程内容，使用不同的教学方法，让学生每节课都充满热情。验证型实验是基础实验，课堂上可以采用留给学生互相讨论时间、及时奖励、最后由学生总结演示等教学方法。可以让学生先对实验内容及涉及的知识点进行讨论，教师再设定时间，在规定时间内完成实验的学生可以得到奖励，最后让学生对实验效果进行演示并总结。设计型实验是难度系数较高的实验，教师可以采用案例启发方式教学，在实验课前，教师可以在显示器上准备好一篇优美的文档图样，吸引学生的注意力，激发学生学习兴趣，然后引导学生自己动手制作。教师还可以讲一个和实验相关的案例，让学生思考总结，根据案例内容启发学生举一反三，最后完成实验。锻炼学生的团队协作和实践动手能力的同时激发学生的创新意识[2]。

2 实践教学目标

2.1 单片机在自动生产线中的应用

研究发现，通过单片机这门课程，动手做实验可以使学生对所学习的内容记忆更深刻，可以更加深入地了解单片机工作原理及功能等。例如YL-335B型自动生产线，它是由5个部分组成，分别是供料、加工、装配、输送和分拣。其中，每个部分单独也是一个具备机电一体化特征的系统。执行机构大都以气动执行为主，而输送部分采取步进电机驱动，对位置控制十分的精细严密。在实践教学中，教师可结合系统驱动定位点多等特点进行重难点教学，让学生在学习过程中更易理解和深入学习。通用变频器驱动交流传动装置用于分拣各部分的传送带驱动，该操作对位置的把控十分精准，变频器技术也表现良好，这种技术在当代工业企业中得到较为广泛的运用。传感器技术在机电一体化技术中起着关键作用，该设备上应用的传感器类型多种多样，不仅可以判断物体位置，对物体的状态和颜色等也可以进行判别。在控制方面，该型号通常采用PLC网络控制，该控制方式控制每一个部分，各部分之间采用分布式控制方式。

在实践教学中，教师设置单片机自动生产线，比如供料部分，需要把颜色等原料提供给工作系统。依据单片机自动控制原理，如要制作供料器，供料单元需设置上料按钮、停止按钮等供料元件，装配单元则需设置复位按钮、停止按钮等，并且还需设置上下升降、左右移动电磁阀等输送元件，最终将各部分组合，实现机电一体化，一个小型自动生产线就完成了。事后还需通过实践，让学生在动手做实验、实际操作中明白YL-335B型自动生产线不仅PLC可以控制，单片机也可以控制，让学生在实践中更好地掌握重难点，提升学生的动手操作能力，让学生对单片机的学习逐渐变得主动积极[3]。

2.2 课程实训教学的平台建设

由于硬件实验板价格偏高，不能实现学生人手一套，而用纯软件仿真调试可以解决实验板此缺点，但仿真模型并不完善，受功能限制的缺点，软件功能本身也有一定的局限性，满足不了和硬件一样的实践要求，因此需要学生加强对单片机硬件实物的认识，灵活运用到实践当中。课程实训教学平台的主要目的就是加强学生对单片机相关软件和硬件的认识和运用，训练过程需10至20天，可以先用分组法将学生分成若干小组，随后教师布置训练任务，引导学生利用图书、网络等资源收集相关资料，整理制作设计方案及电路图系统设计。对方案进行对比，选择出优质合理的方案设计图，最后制作成仿真电路板。接下来学生对其进行制作，可购买一批硬件散件，比如：显示器、单片机、多功能板等，学生按照设计电路板可自行操作并焊接组装，从而有效锻炼学生的动手能力。也可以根据情况购买制作小成品，如：小系统PCB板，学生在自己焊接的同时对硬件系统进行调试，有利于学生对相关内部和外部硬件的认识和对电路的理解。在制作过程中，对于液晶显示器、单片机等贵重的硬件可采用拔插式安装，在一定程度上提高硬件的重复使用率。制作结束后，学生就拥有了单片机实验板，为学生进行单片机课程学习提供了方便，学生可以随时随地进行学习。课程实训是单片机课程中实践性极强的一个环节，在提高学生对单片机系统的认识中起着重要作用。通过课程实训，学生可以把之前学过的零散的课程系统化，在此环节中，教师要准备充分，合理设计实验题目，结合单片机各模块学习内容，让每位学生进行实践练习，为今后学习打下良好基础。

2.3 科研创新教学的平台建设

科研创新教学平台的建设对于学生创新思维和科学研究能力起到决定作用，学生可以参与教师的科研课题，共同完成实验项目，学生还可以进一步创新研究将其延伸为毕业课题，同时，学生可以根据自身学习情况参加校外科技竞赛，以此来检验学生对专业知识的掌握运用能力。现有企业对学生要求不仅局限在生产流程的掌握，同时要求具备创新思维，并能及时发现问题、解决问题。因此，应重视单片机教学中对学生实践和创新能力的培养，把提高学生综合学习实践能力作为教学改革的重要目标。教师应积极引导学生参加校外科技竞赛，首先，竞赛题目都和生活息息相关，既有利于学生今后对所学知识的实际运用，更有利于提高学生的实践能力、创新能力以及发现问题和解决问题的能力，同时提高参赛过程中与人沟通的能力，增强自信心，并树立集体的荣誉感和责任感。其次，积极参加竞赛也是对知识的一种深入学习，获取更多具有实际意义的知识，使学生态度逐渐发生改变，认真对待毕业设计，毕业设计不仅是一份高校学习的答卷，同样也是自己的一个作品，它不仅仅是一個即时的物品，也是会对未来产生影响的精神财富，答辩的完成可能只是你这个作品的开始。教师在学生参与科研或进行科技创新时应起到积极的引导作用，将学生研究内容延伸为毕业设计课题，实现真题真做，最后完成科研成果[4]。

3 实践教学的环境建设

单片机课程实验教学中对硬件资源要求颇高，实验室现有电脑不能满足教学班的需求，而且想要进行课程实践教学，还要为学生提前准备相关硬件。实验室开放时间是有限制的，要想让更多的学生完成实验，需要改变实践教学环境，建立无时间限制的开放实验平台，条件好的高校可建立网络虚拟仿真实验平台，让学生不再受硬件资源制约，随时利用网络资源对单片机进行实验，同时培养学生实操动手能力，让学生在书本文字的叙述外感受到实验带来的学习乐趣。实践教学总是需要一个合适的平台，可以采取实验室日常开放措施，给学生提供相对自由的可以自己实践学习的有效空间，提高学生实践能力。建立校内的单片机竞赛平台，可以有效促进学生对单片机课程学习的兴趣，同时为校外科技竞赛储备人才。在浙江学院科技竞赛中，学生积极参与，成效显著，得到了广大师生的认可，也充分调动了学生参加各类竞赛和课外科技活动的积极性[5]。

4 总结

综上所述，在单片机教学过程中发现，在创新型技术人才的三种培养模式下，应该建立实验的基础教学平台，实践教学要与科研工作的创新突破相结合，激发学生学习单片机的兴趣和积极性，对学生实践能力进行培养。而具体的实践能力增强了学生不断创新的主动意识，并起到了积极有效的推动作用，取得了显著成效。笔者所在学校每年有学生报名参加科技竞赛、中国电子设计大赛、创新大赛等并获得学术研究奖项，使学生从厌倦学习到刻苦学习、乐于学习、渴望学习。随着新技术和新设备不断涌现，实践教学课程体系有待逐步完善，从事单片机教学的教师需要不断探索和实践。

参考文献

[1] 徐秀芳.地方本科院校“以赛促教、以赛促学、以赛促训”教学模式探析[J].高教学刊，2020（12）：52-55.

[2] 刘军芳，孙金萍.应用型复合型人才培养模式的研究与实践——基于项目驱动的《微机原理与接口技术》实验教学改革[J].廊坊师范学院学报（自然科学版），2019，19（4）：100-102，108.

[3] 杨琳.面向新工科的微机原理与程序设计实践教学改革与探索[J].实验室科学，2019，22（6）：130-132，136.

[4] 张欣，赵静，徐伶伶.浅谈CDIO理念在单片机课程改革中的作用[J].当代教育实践与教学研究，2019（14）：82，118.

[5] 贾娟，王林山，魏秋红，杨雯雯，傅航.基于食品专业现代学徒制人才培养的质量评估体系研究[J].农产品加工，2019（5）：86-89.