基于“卓越计划”的单片机技术课程教学研究

武文红 庄旭菲 李文静 董志学

摘 要：单片机技术课程是计算机技术中重要的开发技术。本文响应“卓越计划”宗旨，从教学内容、教学方式、实践环节等方面开展课程改革，为培养卓越工程师奠定基础。

关键词：“卓越计划”；单片机技术；课程教学

“卓越计划”旨在培养一批具有较强工程应用能力、创新能力和适应能力的工程应用人才。单片机技术课程是工科电类专业一门重要的专业课，是与工程技术应用结合紧密的综合应用课程。当前单片机技术教学中存在一些突出问题。首先，教学内容与工程应用结合少。课程仍以8051微控制器为主进行讲授，虽然8051结构原理典型，但在实际工程中应用较少。在实际中得到广泛应用的新型微控制器，如ARM、PIC、AVR等系列单片机，在课程中未做讲授。其次，教学方式陈旧，学生缺乏创新意识和主观能动性。现阶段课程以理论讲授为主，实践教学为辅。在教学中，以教师为主的理论讲解占据课堂的绝大多数时间，造成理论与实践缺乏联系的困境。最后，实践环节中的实验项目仍以基础实验为主，如控制灯亮灭、控制蜂鸣器响等。因此，随着“卓越计划”的实施，面向卓越工程师培养的课程教学改革势在必行。

一、教学内容改革

教学以社会需求为导向，以实际工程为背景，以工程技术为主线，内容以ARM系列微控制器为主，以8051为辅。ARM处理器结构较8051复杂，所以从8051到ARM是一个大的跨度。对于没有单片机基础的学生，直接讲ARM，造成其无法很好地理解单片机的概念。所以，教学内容既要保留8051的内容，保证学生掌握单片机技术的精髓；还要增加ARM微控制器的讲解，保证学生能够了解当前单片机技术潮流。教学内容增加两者的比较，旨在培养学生掌握企业级项目分析能力，能够根据具体的工程项目选择合适的型号。同时，随着计算机技术的发展，能力更强、内部资源更丰富的芯片不断推出，如何根据具体工程项目选型也是实际应用中基本且关键的一步。

在之前的教学中，一般按照先讲硬件结构、再讲指令系统、最后讲应用的顺序，教学内容中没有要求学生完成具体的任务。目前则是以任务为教学单元，打破原有界限，将各部分知识分解成一个个知识点，为了完成一个任务抽取每个部分的不同知识点加以组合。通过这种方式，使学生具有关联知识、整合知识的能力。

二、教学方式改革

慕课给高等教育带来了翻天覆地的变化和深远的影响。对于单片机技术中的部分重难点内容，如定时计数器等，宜采用慕课教学模式；学生可以根据学习情况、个人兴趣，自行观看教学视频，完成作业，在社区讨论，互评作业，参加测试。通过课堂学习和慕课平台的结合，学生能够对单片机技术中的重难点进行高效、深入的掌握。

同时，引入PBL教学法。教师提出问题，让学生主動思考，寻找答案。通过“向学生提问—学生解决问题—教师引申学生的解答”三步，将晦涩难懂的理论知识转化为具有工程背景的实际问题，让学生在实例中寻求问题的答案。启发式互动教学能够有效调动学生学习的积极性，同时锻炼学生提出、分析、解决问题的能力，鼓励学生思考和发表不同的见解，激发学生的自主学习意识和创新意识。

三、实践教学改革

案例结合当前单片机技术的应用，如室内外双显示温度计、温湿度测控、红外感应自动门、蓝牙温度检测、蓝牙通信和手机显示功能等。学生根据具体案例，制订设计方案和实现方法，设计系统的硬件电路，在电路设计工具上画出电路原理图和印刷电路板图，焊接实验电路板，并完成电路板硬件调试工作。最后编写所设计的系统程序，在焊接的实验电路板上借助于集成编译工具完成系统应用程序的开发和调试工作。

学生通过这些具有工程价值、可行性强的工程案例，能够具备企业级项目的分析能力和运用工程技术方法解决复杂计算机工程问题的能力，准确地进行需求分析，用模型描述并进行系统设计，提高实践动手能力、工程应用能力和创新能力。

四、结语

通过课程改革，学生能够结合实际工程应用需求，进行软硬件设计和开发，掌握关联知识、整合知识的能力。这为培养适应社会需要的应用型人才，提升人才培养质量，培养卓越工程师奠定了基础。

（通信作者：庄旭菲）

参考文献：

袁松鹤，刘选.中国大学MOOC实践现状及共有问题——来自中国大学MOOC实践报告[J].现代远程教育研究，2014（4）.

注：本文系内蒙古工业大学教学改革项目（项目编号：2017208）。

作者简介：武文红（1980— ），女，内蒙古呼和浩特人，硕士，讲师，主要从事嵌入式技术及计算机图像处理的相关研究；庄旭菲（1978— ），内蒙古呼和浩特人，硕士，讲师，主要从事嵌入式技术的相关研究。