以学生为中心的单片机原理及应用课程教学改革研究

◇平顶山学院信息工程学院 周瑞敏 岳雪亭 周志青

针对单片机原理及应用课程教学过程存在的问题，提出以学生为中心的课程教学改革，并从课程教学方式、课程教学方法及课程考核方式三个方面提出了改革措施及实施办法。通过改革后两个学期的教学实践证明，学生的动手实践能力明显提升，取得了预期的效果。

1 绪论

“单片机原理及应用”课程是电子信息工程、通信工程、物联网工程等专业在本科阶段的必修课程，对实践性要求极强。本门课程是培养学生硬件设计、软件设计能力的启蒙课程，在课程教学过程中，如何在保证理论基础的前提下培养一批动手实践能力强的学生成为本专业本科教学过程中思考的主要问题之一。

2 教学过程存在的问题

传统的单片机课程教学采用理论+实验课的教学方式完成教学，存在以下问题：①理论教学“满堂灌”，学生听得多，练得少。课后学生普遍反映，单片机课程的知识结构复杂，概念多，虽然在理论课上对老师所讲原理和程序实现能够理解，但是直观获得感少，自己课下实践时仍无从下手[1]；②部分学生学习兴趣不高，动手能力较弱。对于主动性相对弱的学生，单片机课程难度较大，往往出现一次课没跟上就放弃整门课程学习的现象；③不利于培养学生的自学能力。学生理论课按部就班听讲，实验课参照实验指导书一步一步完成实验，甚至编写的程序代码都是抄袭别的同学，这样的教学效果很难满足培养应用型人才的需求；④考核机制不合理，不能突出对应用实践能力的考核。目前，单片机课程大多还采用传统理论课的考核方式，采取卷面考试为主，实践考核为辅的方式，卷面成绩达到整个成绩考核的60%～70%，这种考核机制达不到考核学生实践应用能力的目的[2]。

3 课程教学改革

基于以上问题，探索以学生为中心的课程教学改革并从课程教学方式、课程教学方法和课程考核方式三个方面提出了可行的改革机制[3]。

3.1 课程教学方式改革

（1）理实一体化教学方式。单片机原理及应用课程对学生实践能力要求很高，以往理论教学+零星课内实验的教学方式显然不能满足要求。基于此，本门课程采用理实一体化教学，每次课安排四节，并且都安排2～3个完整的小应用项目进行实践练习。用1～2节课讲解理论知识，剩余时间在自己焊接的开发板上进行实践锻炼。既能将学到的理论知识应用于实践，又能从实践中加深对理论知识的理解。

（2）层次化教学方式。一个班级中学生的学习能力有高有低，同样一节课不同学生对知识的掌握程度也不相同。传统的教学往往忽略了这种不一致这种现象，因此将教学目标根据学生的掌握程度不同进行分层级的制定更具有实际意义。在教学过程中，实践项目安排基本项目、提升项目和挑战项目，基本项目是必须完成的项目，学有余力的学生可以在完成基本项目之后继续进行提升项目和挑战项目的实践锻炼。基本项目、提升项目、挑战项目之间存在难度梯度，这样能保证所有学生都能有所学，有所获[4]。以串口通信这一节的知识为例，这一节的知识在实际的单片机开发中应用十分广泛。在讲解完串口通信的原理之后，布置如表1所示项目让不同层次的学生根据实际掌握情况进行实践练习。

表1 串口通信层次化教学实践项目

3.2 课程教学方法改革

单片机课程中一些专业术语相当晦涩，使用传统的教学方法，学生仅记住了这些专业术语，应用能力却很差劲。有很多往届学生反映，尽管自己考试取得了很高的分数，但在参加相关比赛或者面试时往往没有底气。基于这种现象，在单片机的教学过程中使用项目驱动法进行大部分教学设计，把教学内容融入具体项目中，学生以团队的形式完成项目，以此提升学生的知识应用能力、团队协作能力和创新实践能力[5]。在具体项目设计时，每个项目都包含几个子项目，项目实施过程中循序渐进。在子项目完成的基础上，最终进行组合调试。表2以项目“人体感应智能小夜灯”为例说明一个项目的实施过程。

表2 “人体感应智能小夜灯”项目实施过程

项目一：通过配置相关引脚，编写LCD1602的读写函数，实现在1602液晶模块上的指定位置显示指定字符。项目二：通过外部中断结合HC-SR501模块实现红外感应灯。项目三：通过高级定时器TIM1的输出比较功能输出占空比不同的PWM波，进而控制发光二极管的亮度变化。项目四：通过STM8微控制器内部的逐次逼近型ADC结合光敏三极管测量当前环境的光照强度。最终，通过四个项目的综合，完成亮度随光照强度变化的人体感应智能小夜灯，检测范围内有人出现并且环境光亮度低于某一阈值小灯才亮，其他情况不亮，同时将环境光照强度显示到1602上。

3.3 课程考核方式改革

对于单片机原理及应用课程，传统的闭卷考试不能达到考察学生实践应用能力的目的。因此，笔者在教学过程中对课程考核方式进行了改革。学生综合成绩包括平时和期末考核成绩。学生结合所提供的小型单片机开发板，自选题目，运用课堂知识，以小组为单位设计具有一定功能的实物，根据设计结果评定期末考核成绩[6]。期末考核成绩评定依据如表3所示。

表3 期末考核成绩评定依据

4 结论

在教学改革的过程中，教师注重对学生的自学能力、实践动手能力以及思考解决问题能力的培养，突出学生在教学过程中的中心地位，经过两学期的改革实践，学生的综合能力特别是实践动手能力得到了很大的提升，获得了良好的教学效果。