应用型本科办学的单片机原理课程改革探索

2018-01-29王春荣夏尔冬熊昌炯晋芳伟

实验室研究与探索 2017年12期

王春荣，夏尔冬，熊昌炯，高浩，晋芳伟

(三明学院机电工程学院，福建三明 365004)

0 引言

通过对实习生、与三明学院对接实习单位的调研和毕业生的反馈发现，我校工科学生的教育与企业需要具有一定的差距[1-3]。特别是单片机原理作为一门集成机电控制、自动化高新技术的课程[4]，在自动化控制、设备维护以及汽车生产制造等领域均得到了广泛应用；企业急需动手能力强、实践经验丰富的毕业生，与目前高校所培养的人才具有较大的出入。因此，我们结合企业需要、其他院校的改革经验[5-6]与应用型本科办学人才培养模式[7-9]，对单片机原理及接口技术课程的教学改革进行了探索。

1 单片机课程的教学现状

单片机原理是一门理论与实践密切结合的课程，是我校机械设计制造及其自动化和机械设计制造及其自动化(专升本)的专业必修课程，对近几年的机械专业的教学效果进行分析，单片机原理课程主要具有以下问题：

(1) 所选教材与实践不符。目前我校机械专业所用的单片机课程教材为梅丽凤主编的《单片机原理及接口技术》，此教材主要以汇编语言的编程方法来介绍单片机，由于汇编语言缺乏一定的通用性、指令繁多不容易记并且与企业需求存在脱节。大多数企业、控制领域均以C语言/C++语言来进行程序的编写，这导致学生到企业之后，无法将所学知识快速应用到实践当中，创新就更无从谈起。

(2) 培养计划制定不合理。单片机原理机电专业的一门综合性课程，应建立在“C程序设计”“模拟电子技术”“数字电子技术”“传感器技术”等课程基础上来学习的。而目前我校机械设计制造及其自动化未开设“传感器技术”课程，这导致在课程设计、实验等环节时，学生缺乏传感器的基础知识，给编程造成了巨大的阻碍；而机械设计制造及其自动化(专业)的单片机课程于第二年上学期开设，与“电工学”课程同时开课并且未开设“C程序设计”，如此增加了学生学习单片机课程的难度。

(3) 课时安排不合理。我校单片机原理共有64学时，其中实验12学时，理论52学时，理论学时还是在传统的多媒体教室由教师进行授课[10-11]。由于本课程主要在理解了单片机的原理、结构以及外部接口之后，主要的任务就是在于编写完成特定任务的程序。传统的多媒体教室无法让学时验证自己所设计程序的正确性，而教师的课堂时间有限，也无法对每个学生的错误程序进行纠正。这导致了许多学生在实验课程时，往往无法在规定的课时内完成相关的实验，而想让学生在原有的实验基础之上再创新是更加不可能完成的。

(4) 考核方式单一。目前单片机原理课程主要以期末考核计成绩，考核方式单一。无法对学生的电路设计，程序编写的精简、规范，电路板的制作等进行考核，而且难以激励学生通过参加各种相关竞赛来提高动手、实践能力。

2 单片机课程教学改革

2.1 项目驱动教学，提升学生学习兴趣

(1) 针对上述存在的问题，先选择一本以通用C程序设计为主、工程实例多、偏向应用的教材；合理调整培养方案，使得学生学习起来更加循序渐进。然后对教材进行精简、提炼，将每一堂课都浓缩成一个可以应用于实际的为例子来讲解，形成“例子课堂”，如定时器/计数器的章节，提炼成普通电表的计数、门禁系统人员出入个数的计数或者十字路口的红绿灯控制等；I/O口的扩展，可提炼成彩灯、光立方的控制机等，这样通过生活中实际应用的讲解，激发学生的学习兴趣，提高课堂效率。

(2) 利用我校第二课堂项目，提高学生自身的兴趣。我校第二课堂项目是针对学生课外科技设计而设立的专项，凡申请成功将给予500～800元的资助。为鼓励学生申请项目的积极性，在本课程最后一次课时，对大家的项目作品进行评估，能实现基本功能的可加平时成绩10分，具有创新性的可加平时成绩20分，通过项目吸引学生提高实践能力。通过此措施，申请项目的学生比例从之前的5%上升为现在是85%，效果显著而且学生反映良好。

(3) 以竞赛吸引，提升课堂教学效率。鼓励学生报名加入我院的机器人实验室，参加“全国电子设计大赛”“亚太机器人大赛”“Robocup”等竞赛，不仅可以利用我院现有的设备将课堂的理论知识转为实际应用，而且还可以在比赛中积累丰富的实践经验增加与外校学生交流，反过来也促进了教学。我校今年的参赛学生数达到了20%，并在“Robocup”“全国电子设计大赛”等比赛中获得了一等奖等佳绩，在学生中影响广泛，吸引了更多的学生前来报名加入实验室参数，从而在另一方面也促进了我院机器人实验室的建设。

2.2 引入虚拟仿真提升实践能力

针对学生在编程时无法验证对错以及实验课堂上的措手不及，引入虚拟仿真提升实践能力[12-13]。对将原有课时安排进行改革：32学时在普通教室授课，16学时在计算机机房授课(仿真分析)，16实验学时。通过增加16学时的仿真分析，将Proteus和Keil软件引入到单片机课程教学中。利用仿真软件学生不仅可以验证自己在课堂上所编程程序的正确性以及直观的观看到程序引起的实验结果，而且杜绝了学生在实验课堂时对编程软件不熟悉，造成时间的浪费，无法完成实验内容。此举，可以说是“零成本”的加深了学生对单片机的直观认识，提高对本课程的兴趣。

增加的4个实验学时用于第二课堂项目作品的调试与讲解，教师对作品进行点评打分，让学生深刻的理解单片机在各行各业的实际应用，同时可以邀请下一届的学生观看，激发学生对单片机课程的向往与兴趣。此法目前已经在我校实施，而且取得了良好的效果。

2.3 多种考核方式改革

期末考核是了解学生对本课程知识掌握的一种重要方式。单片机课程在我校以往都是以期末考试来评定，这容易导致：学生上课不积极，“玩手机”“打瞌睡”现象屡禁不止；平时学习状态懒散，临考前突击、通宵，纯粹的应付考试而考试；考试作弊现象严重等。

因此，对单片机课程提出了多种考核方式结合，提高学生学习的积极性，具体方式为：平时成绩为10%(主要出勤率、迟到、早退、旷课、上课回答情况等构成)初始每个同学的成绩都为60分、虚拟仿真课程10%、实验20%(主要考核实验完成情况、第二课堂项目作品等)，期末考试50%，各类竞赛10%，此外，凡是参加各类竞赛获得省一等奖以上的学生期末可以申请免试，但必须参加“面对面”考核具体实施方案详见表1。通过多种考核方式相结合，达到提高学生平时学习、参加各类竞赛和申请项目的积极性，提高学生各方面的综合能力。

表1 考核方法改革

2.4 引入课程地图教学

通过以上的改革方案，制作成课程地图[14-16]，如图1所示。在第一次上课时，通过课程地图的详细讲解，使得学生对本门课程应该学习的知识、上课流程、考核方式以及通过本门课程学习能提高哪方面的能力都有一个非常直观的理解，学生可以对自己的课余时间做出更合理的安排，避免浪费大量的课余时间。同时，课程地图也可用于新生入学教育，目前此措施已经在我校展开，具有良好的教学效果。

3 结语

通过对单片机课程教学进行改革，形成了“教师主导，学生主体”的教学模式，将学生从以往的被动学习转为主动学习，使得所学的理论知识在实践中得到应用，提高学生的动手操作能力，非常符合应用型本科教学方案，能培养出企业真正需要的人才。其中本文所提出的“第二课堂项目”与“课程地图”模式来促进教学的方式，也可在其他的课程中实施，相信会取得很好的效果。

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