应用型本科单片机课程教学模式的改革与探索

周牡丹

厦门大学嘉庚学院信息科学与技术学院 福建漳州 363105

应用型本科单片机课程教学模式的改革与探索

周牡丹

厦门大学嘉庚学院信息科学与技术学院 福建漳州 363105

根据应用型本科院校的定位和社会对人才培养质量的需求，以电子信息类学生应用创新能力培养为目标，对单片机课程进行基于“理论教学(Theory)+实践教学(Test)+创新引导(Try)”的3T教学模式的改革和探索，使学生在学科竞赛、科创活动、科研项目等方面得到有效的训练，大大提高学生的实践创新能力。

单片机；教学改革；3T模式

提高人才培养质量是高等教育的基本要求,也是应用型本科人才培养的最核心的任务[1]。应用型本科院校的学生以本二批为主，生源质量相对一本院校较低，而用人单位对于人才的工程实践和创新能力的要求却没有降低[2]。学生工程实践能力和科研创新意识的培养，是高等学校正在积极探讨和实践的课题，也是目前影响高等学校人才培养质量的瓶颈[3]。针对用人单位对应用型、技能型人才的需求及应用型本科院校生源水平的限制，如何切实做好有效教学、提高应用型本科学生的竞争力，这需要我们深入探究一种科学合理的、行之有效的、适合于应用型人才培养的人才培养新模式[4]。本文以单片机课程教学改革为契机，探讨一种“重视理论教学、强化实践训练，引导自主创新”的单片机课程教学的3T教学模式[5,6]，有效地提升学生的工程实践能力和科研创新意识，为该模式在其他课程教学中的实施提供参考。

1 单片机课程的3T教学模式

单片机原理及应用是工科院校电类专业的一门重要专业核心课程，具有理论难度大、实践性强和实用性广等特点。该课程主要介绍单片机的内部结构、工作原理及C51程序设计等内容，对单片机系统的软硬件设计、调试和综合应用能力的要求较高。该课程的教学中普遍存在考试高能、实践低能的情况，脱离了实验箱学生对单片机系统的设计往往感觉无从下手。此外，由于平时做的实验时，代码行数往往较少，学生对模块化程序设计的概念比较模糊，编程习惯较差，在程序中就算是实现基本功能，但是代码的规范性、可读性和移植性也不好。这些存在的问题在毕业

设计中尤为突出。

为改善“考试高能、实践低能”的状况，单片机教学模式必须突破以往主要以单纯的“理论课+实验课”的既定简单模式。切实加强有效的实践教学，研究一种行之有效的单片机课程教学的3T模式，构建一个集理论教学(Theory)、项目式实验与综合设计(Test)、科技创新与学科竞赛(Try)于一体的良性教学链，持续地不间断对学生单片机系统设计和应用能力进行培养和强化。

2 3T教学模式的构建与实施

2.1 构建科学合理的理论知识结构体系(Theory)扎实做好理论教学

针对这门课程理论教学抽象、知识点分散、学习难度大及学生基础较薄弱的特点[7]，借鉴国内外著名大学创新能力培养模式及经验，结合我校信息科学与技术学院学生创新能力培养的基础与实际，引入C语言，逐步弱化汇编语言，优化学时分配，降低学习难度，增加学生兴趣。在教学内容上，按章节和对应知识点模块化，由简入深，循序渐进。在硬件知识讲解方面，力求概念清晰，简单易懂；在软件编程的讲解方面，不再过多讲解MCS-51系列单片机的内部资源和外围扩展，重点介绍C语言在单片机系统设计中的功能实现，让学生快速有效地掌握C51的编程模式和编程技巧。教学方法上，除了保持一贯的直观明了的PPT多媒体教学外，还引入了实物情境教学及Proteus+Keil仿真教学。在讲解完理论知识点后，在课堂中进行单片机系统的实物或者仿真项目的演示，增加课堂的趣味性和互动性。在考核方式上，加强课程学习的过程管理，考核方式多元化，将考勤、平时作业和课堂表现纳入期末的总评分数。

2.2 完善层次分明的实验体系(Test) 强化实践教学

进一步完善层次分明、循序推进的实验课程体系，单片机实验单独开课，分基础型、设计型、综合型实验等三大模块，实验的要求与难度逐步递进。基础实验主要是几个简单验证型实验，编写独立的模块化的软件模块，主要用于熟悉软硬件的环境。设计型实验则应用基础实验中已经完成的模块化单元电路和代码，完成较综合的单片机应用系统设计，使学生掌握基于单片机系统的模块化软硬件系统设计。综合型实验以专题系统设计的形式安排在每学年的2周教学实践周授课，采用基于工作任务的项目教学法。学生可以根据兴趣和特长自由选择完成一个基于单片机应用项目的设计。学生必须自主完成资料收集、硬件电路设计与PCB制作与焊接、程序编写与系统调试、设计报告撰写等。在完成一个实际工程项目的各个环节中，教师只给予必要的引导和提示，充分发挥学生的自主性、创造性，体会完成电子系统设计的整个流程的乐趣。

在实验教学方式上采用3个结合：理论与实践相结合、虚拟实验(proteus+keil)与硬件实验相结合、课堂与课外相结合。在实验课上，以学生为课堂的主体，采取讲授、讨论、答辩等形式进行实时互动，教师加以适当引导，开拓学生思维,提高教学效率。在课外，引导学生使用proteus+keil进行单片机系统的虚拟仿真，或者在网上自行购置便携式单片机实验平台进行课外实验，把单一的课堂教学延伸到课外。同时向学生推荐网络优秀教学资源，如网站、论坛、视频等，把单一渠道的学习模式扩展为复合的多渠道学习模式。

2.3 健全形式多样的实践创新体系(Try) 引导创新训练

实践创新体系(Try)主要包括各种专业学科竞赛、科学研究与创造发明等创新性实践活动。学生的创新意识与科研能力的培养是实践创新体系(Try)突出对学生创新意识、科研能力和团队合作的培养，是3T教学模式成功与否至关重要的环节。主要采用以下3种途径保障实践创新体系(Try)的顺利实施。

2.3.1 实施学科竞赛培训计划 精心组织学生参与学科竞赛

电子信息类学生可参与的学科竞赛种类繁多，我校精心挑选三大与专业紧密相关的学科竞赛，并进行相关的赛前创新培训。创新培训主要包括以下3种。(1)全国大学生电子设计竞赛赛前培训，内容包括

信号类、电源类、控制类三个不同的方向，其中主控MCU方面的训练涉及51，ARM，MSP430，TM4C，STM32等多种不同特色不同类型的单片机。(2)飞思卡尔全国智能车竞赛培训，其中包括MC9S12XS128，K60，KR等多款单片机训练。(3)福建省单片机竞赛赛前培训，其中包括HT66和HT32F2755两款单片机培训。通过学科竞赛培训计划，组织学生参与学科竞赛，使学生受益良多，切实提高学生的学科素养。

2.3.2 加强第二课堂建设 强化创新意识

第二课堂建设的主要途径包括以下2种。(1)以电子科技协会、开放实验室、创新实验室为依托，建立个性化学习的实践教学软硬件环境，方便学生利用课外时间充分利用实验室进行实践活动；(2)鼓励学生积极申报各级科技创新项目，参与到科研课题当中，使学生真正成为科研项目的主持者和参与者，激励学生的创新实践动力与责任感。

2.3.3 以校企合作为保障 强化产学研相互渗透与合作

按“请进来，走出去”的思路强化拉近学校与企业的距离。“请进来”也就是在学校与企业建设联合实验室，引进企业先进技术，实现互利共赢。目前已与台湾盛群半导体建立单片机联合实验室，与美国德州仪器公司(TI)建立联合模拟创新实验室，并开设与企业接轨的实训课程，使学生掌握企业最新技术，为就业提供良好技术基础。“走出去”主要指学校与企业建立战略合作的教学实训基地，鼓励学生在毕业实习与毕业设计环节积极参与到企业的合作科研项目中，使部分学生毕业后马上就能学以致用，顺利就业。

3 3T教学模式的成效

我校信息科学与技术学院经过近两年的单片机课程教学改革与实践, 理论知识体系(Theory)与实验体系(Test)相互补充，相辅相成，为单片机课程理论基础和基本应用技能的培养打下良好的基础。同时，形式多样的创新实践训练(Try)进一步巩固和提高学生在单片机方面的综合应用和实践创新能力。以单片机的课程教学作为试点的3T培养模式在电子信息类应用型创新型人才培养中取得了显著的成效，在近两年的各类学科竞赛和科研项目中得取得了优异的成果(见表1)。

表1 近两年学生的学科竞赛和科研成果

4 结束语

在既定的人才培养方案和课程体系下，我系按照3T模式对单片机的课程教学进行改革和探索，整合教学内容和理论知识体系，更新教学手段和教学方法，优化实验教学方式，重构创新实践体系，形成一个融课堂理论教学(Theory)、设计实验与综合实验(Test)、科技创新与学科竞赛(Try)的有效性课程教学模式，有力提升学生的单片机应用与创新实践能力。

[1] 袁银男.许桢英.完善实践教学体系 强化创新能力培养[J].实验室研究与探索,2010(4):92-95.

[2] 周开扬.独立学院人才培养模式改革的实践与探索[J].中国大学教学,2010(10):36-38.

[3] 陈希有,刘凤春.电类大学生创新意识与科研能力的培养[J].电气电子教学学报,2009(5):8-10.

[4] 牛金成.应用性是应用型本科院校的本质属性[J].华北科技学院学报,2009(3):109-112.

[5] 李洪兵.基于“3T”人才培养模式下实验教学内容体系的构建[J].实验室科学,2008(1):14-16.

[6] 刘平清,谭明术.地方本科院校应用型人才培养的3T模式探索[J].重庆科技学院学报:社会科学版,2009(12):196-200.

[7] 张静,王英健.工科院校“单片机原理及应用”课程教学新模式探究[J].中国电力教育,2011(3):194-197.

The Reform and Exploration of MCU Teaching in Application-Oriented University

Zhou Mudan
School of Information Science and Technology, TKK College, Xiamen University, Zhangzhou, 363105, China

According to location of application - oriented University and society's needs for talents training, focus on the application ability raise for students of electronic information, reform and exploration of microcontroller curriculum teaching is carried out, which is based on the "Theory + Test + Try" teaching mode. So that students get effective training in academic competitions, science and technology innovation and other aspects. The "3T" training Mode promotes the practice and innovation ability of students.

microcontroller; teaching reform; 3T mode

2016-05-31

周牡丹，硕士，副教授。

2014年厦门大学嘉庚学院校级教学改革项目—应用型本科“3T”教学新模式的研究与探索；2014年福建省中青年教师教育科研社科A类项目—面向创新能力培养的独立学院信息类专业实践教学体系建设(编号：JAS14803)。