新工科背景下单片机原理与应用教学改革与实践

杨 洁，叶晶晶

(黔南民族师范学院物理与电子科学学院，贵州 都匀 558000)

新工科教育理念旨在培养能够适应并引领未来产业需求的人才。黔南民族师范学院为顺应新时代工科教育发展需求，在人才培养模式上做出了一系列改革和创新。单片机原理与应用广泛应用于有关测量与控制的各个领域，是培养应用型电子设计人才的重要课程。如何提升该课程的教学效果，提高学生的创新、实践能力，从而满足社会应用型人才的需求和实现新工科教育目标，成为实施新工科建设的重要环节。针对单片机原理与应用课程特点和传统教学模式的不足，提出该门课程的教学模式改革与实践方案。

1 单片机原理与应用课程特点与传统教学模式的不足

单片机原理与应用是电子信息类专业的一门专业基础课程，主要介绍一款单片机的工作原理，让学生通过学习可以运用该款单片机完成一些简单的控制，制作趣味性强的科创作品。课程内容不光涉及硬件的电路原理知识，还涉及软件的程序编写，存在一定的学习难度。传统教学模式一般采用教师课堂讲解理论知识、例题讲解、布置作业的方式，而实操需要到实验室里运用实验箱验证或在课堂上使用仿真软件验证，这样就造成了理论和实践相脱节，教学效果大打折扣。

2 单片机原理与应用课程教学改革与探索

针对传统教学模式的不足，对单片机原理与应用这门课程做了相应的教学改革和探索，以唤起学生对课程的好奇心、持续激发学生学习热情为出发点，以工程项目为牵引，结合传统教学模式、翻转课堂模式、超星学习通、单片机开发板实操等方式，探索建立了一种混合式教学模式，如图1所示。

图1 单片机原理与应用混合式教学模式Fig.1 Mixed teaching mode of the principle and application of single chip

打破传统的理论课与实验课相分离的模式。教师在上单片机原理与应用这门课之前就预先发给每个学生一块单片机开发板，要求学生在学习单片机时要随身携带，并运用该开发板完成相应的作业和实验。每次上课前教师都会在超星学习通上发布相关的学习资料，上课时先进行理论教学，阐述单片机的工作原理，然后讲解一道例题，要求学生当场把程序下载到单片机开发板上运行，让学生能够直观地感受到运行结果，从而激发起学生的学习兴趣。然后给出变更要求，让学生在已有的程序上进行微小的修改，完成其他要求的相关控制。期间教师可以通过观察学生修改程序的情况，对接受能力较差的学生进行单独辅导，力求使学生在例题中学会如何进行程序编写并完成控制。布置相关课外作业，要求学生课后运用手中的开发板完成相应的作业，并上传至学习通。教师通过学习通检查学生的作业完成情况，并解答学生遇到的疑惑。通过学习通发放以工程项目制作为主的实验，并补充相关的拓展材料，让学生通过自学完成实验要求。最后通过实验答辩的方式，让学生阐述自己的实验作业，以学生自主学习和交流为主要手段完成实验内容的考核，夯实所学内容。

以“单片机的中断系统”这部分内容为例，阐述具体的教学实施过程。教师在教授这部分内容前，先在学习通上发布预习资料，包括中断系统的视频资料、PPT以及一个秒表的演示，以此激发学生的兴趣，让学生想去设计一个秒表，使学生完成课前预习。课堂上先介绍单片机中断的工作原理，以外部中断为例，举例说明如何利用外部中断0的中断使数码管可以完成1-60的显示，根据中断的工作原理详细讲解其设计思路并编写出程序，并在开发板上操作演示。让学生把该程序下载到事先发给他们的开发板上运行，环视学生情况，为有疑问的学生答疑解惑。当大部分学生完成了该例题的下载并得到正确的演示结果后，提出在该例题上进行修改的方案(使用中断完成数字显示过程中的暂停)，要求学生进行现场修改和补充，环视学生情况，为有疑问的学生答疑解惑，最后让做出来的同学上台讲述其设计思路并总结。课后在学习通上发布作业(利用定时器中断，完成数码管从1-60的显示，要求每隔1s显示一个数字)。3天后通过学习通检查学生的作业完成情况，完成后继续发布拓展资料(秒表的功能介绍)和以工程项目为主的实验内容(请制作一个秒表，要求有暂停功能、计数功能、清零功能)。实验发放时间为2周，教师应随时关注学生在学习通里提出的问题并解答，学生要利用开发板完成相关的实验设计。学生如果做出实验，就可以在学习通上提交实验成果，教师可以利用课堂时间的2～3min，让学生上台演示自己的实验成果，并阐述设计理念。学生在此过程中，既体验到了科学探索的过程，培养了独立思考的能力，又提升了学生的成就感，让学生从被动学习转变为主动学习。

3 单片机原理与应用课程教学改革评价

通过开展单片机原理与应用课程的教学改革，学生的动手能力有了大幅度提高，学习成绩也有了大幅度提升，学生主动学习的积极性增强。混合式教学模式也对教师提出了更高要求，教师在指导学生进行设计时，要花费比传统教学更多的时间和耐心，不同的学生会因为设计思路的不同而出现不同的设计方案，教师需要在他们出现问题时，耐心解读，指出其设计思路中出现的各种问题，给予其正确的指导。摒弃传统的填鸭式教学，激发学生的创新思维，促进教学相长，让学生在兴趣中主动学习，打造高质量“金课”。

4 结语

新工科建设任重而道远，单片机原理与应用课程的教学改革只是一次小小的尝试，在今后的教学实践中还要不断总结经验，调整和优化教学方法，提升教学质量和效果，促进学生的全面发展。