应用型本科“理实一体化”教材建设研究与探索—以单片机课程教材建设为例

谢 云 马逸新 李 鑫 朱 丹

南京理工大学紫金学院 江苏南京 210023

应用型本科是“适应知识经济社会的发展进程和高等教育大众化、普及化的发展趋势，与经济、生产第一线和地方大众生活紧密联系并为之直接服务，并侧重于科技应用方面的知识、技术和素质的培养、训练和科研”[1]。其培养的是应用型人才，即培养的学生主要学习已有技术、技能和管理知识，到相关企业从事具体的技术和管理工作，以解决生产中遇到的具体难题，并具有一定的组织管理能力[2-4]。可见，应用型本科的人才培养目标定位与研究型、学术型院校不同，其人才培养计划中的知识结构的组织与建设是由应用科学的知识体系组成，侧重于应用，那么教学活动的开展包括教学模式都应该以应用型为主，侧重知识传授与能力培养的有机结合。而评价或影响教学过程及教学效果的一项重要指标就是教材，教材是教学活动开展的基本要素之一，是其他教学方法有效实施的基础。因此，教材内容的有效建设非常重要。

单片机课程是电气信息类专业的专业必修课程，是一门应用性与实践性很强，且软硬件一体化的综合性课程[5]。课程教学中需要突出理论与实践的有效结合，培养学生应用理论知识解决实际问题的能力，从而能具备单片机应用系统的设计、调试、测试、维护等技能。传统教材总是滞后于课堂教学的需求，虽然内容体系较为完整，但是仍然存在很多不足，主要体现在以下几个方面：一是重理论轻实践，如对单片机硬件结构的组成以及工作原理描述较多，但是实践内容较少或基本没有。二是理论与实践分离，如多数的教材在编写体例上，理论的部分和实践部分是独立进行讲解的，理论与实践环节没有融合。三是实践受条件制约，如开展教学活动中仍然以传统模式组织教学内容，教学实践设备固定，教材内容与实践内容不能完全有效匹配，这限制了学生对实践内容的拓展，不利于学生的自由发挥，也不利于创新思维的激发。

1 “理实一体化”教材建设作用与意义

“理实一体”是针对理论与实践分离而提出的，“理”就是理论，“实”就是实践。就教材而言，将知识“嵌入”工作任务即是“理实一体”的组织形式[6]。针对传统单片机教材中理论与实践脱节的不足，引入“理实一体化”理念建设符合应用型需求的教材具有一定的作用和意义，以下从几个方面加以分析。

1.1 进一步深入理解与巩固理论知识

依托教材，开展“理实一体化”教学，将理论知识与实践知识有效结合，实现实践与理论同步，理论指导实践，既让学生对如何应用理论知识解决实际问题有了概念，同时实践中发现的问题又可以通过理论知识来解释和论证，将进一步促进学生对知识的理解，巩固对理论知识的掌握。

1.2 符合学生的认知规律

理论知识有其内在的知识体系，各个知识单元之间有其关联性、层次性；实践环节的开展以及实践案例的引入考虑到这一点，在实践任务或项目内容的设置上体现出理论知识内部的这种关联性，阐述知识由浅入深、由易到难，这也符合学生对知识的接受过程和认知规律。

1.3 实践活动不再受到时间与空间的制约

单片机课程中软硬件一体化是“理实一体化”的主要方面，教材中将实践环节与具体的软硬件仿真环境结合，例如，Keil μVision程序设计软件、Proteus ISIS综合仿真软件，解决了以往课堂中开展实践活动条件受限以及教材内容与实验平台不匹配等问题。

基于Keil μVision程序设计软件、Proteus ISIS综合仿真软件开展的单片机课程教学具有明显的优点。首先，不再受到目标硬件系统的限制，只需要有计算机即可开展学习活动；其次，在编写调试软件程序、设计绘制单片机应用系统硬件仿真电路图后，能实时进行软硬件联合调试工作，并观测到调试现象；再次，从整体系统的角度观察程序运行与硬件执行的结果，系统的运行和结果形象生动，让学生对知识的应用过程产生很直观的体会，容易激发学习兴趣。最后，不再过多依赖实验室的仪器设备和开放时间，学生可以更加自由合理地安排学习活动，学生学习主动性得到提高。

1.4 学习活动拓展与延伸

实践内容既要从基础入门角度考虑单片机技术基本理论知识的应用，又要从工程应用角度考虑单片机应用系统的设计与研发过程，课堂学习只能满足前者，后者却不能完全得到保证。教材中通过对工程项目的引入，让学生带着问题在课堂以外的时间开展学习活动，如查阅资料、制作实物、参与科技创新活动等，充分调动学生的主体意识，激发学生自主获取知识、动手实践，有利于培养学生的实践能力与创新能力。

1.5 突出应用特色 体现工程思想

教材设计与内容组织过程中，始终以学生为主体，强调学生的主体意识，使得学生在开展实践活动的过程中，能从知识应用的角度全面把握整体知识，建立单片机应用系统的概念，这将有助于学生对这门课程加深理解。另外，精心选取的项目，更加突出工程应用的思想，贴合实际生产的需求，帮助学生建立项目以及工程化的概念，了解并熟悉单片机应用系统研发、设计、实现的基本流程和各个环节的技术要点，为今后参与产品的前期开发和设计打好一定的基础。

2 单片机课程教材建设实践

2.1 教材的基本架构与体系

课程组教师在广泛调研并总结多年教学经验的基础上，精心组织编写了《单片微型计算机原理及应用》一书(已于2018年1月由北京理工大学出版社正式出版)，本教材在介绍微型计算机系统组成和工作原理的基础上，重点讲述了经典机MCS-51系列单片机的硬件架构、工作原理、汇编与C51程序设计、内部功能部件的基本应用以及单片机应用系统的设计与开发等，教材按照基础原理与技术应用将内容分成两篇，共九章。第一篇为计算机及单片机基础，包含两个部分：第一部分主要讲述微型计算机的基本架构、工作原理；第二部分重点讲解MCS-51系列单片机的硬件架构、工作原理及编程语言。第二篇为单片机应用与系统开发，包含三个部分：第一部分主要介绍C51语言软件开发平台Keil μVision与虚拟仿真平台Proteus ISIS的基本特性与使用；第二部分主要通过具体的实践案例讲解MCS-51系列单片机的典型应用，包括I/O口的应用、内部功能部件的应用以及系统扩展与接口技术的应用；第三部分介绍了单片机应用系统的一般开发流程、抗干扰技术和调试技术，并结合项目具体阐述了实际项目开发过程中完成单片机应用系统设计的思路与方法。

2.2 教材的主要特色

2.2.1 以能力培养为根本

教材的内容设置上，注重对学习者技能的培养，精心整合课程内容，合理安排知识点、技能点，注重实践环节，突出对学习者实际操作能力和解决问题能力的培养。

2.2.2 紧跟现代信息技术

借助当下先进的单片机软件开发平台：仿真软件Proteus ISIS和C51、编译软件Keil μVision来实现实践案例中目标功能的验证与分析，使读者在实践过程中能更直观地体会、观看知识应用的过程与结果，且不受硬件条件的制约。

2.2.3 知识体系合理 易学易用

书中每一个知识单元都配有实践环节，并且实践案例中综合的目标功能随着知识的不断扩展也不断增强，整个知识体系的引入由浅入深、由易到难，符合读者的认知规律。

2.2.4 项目兼顾工程背景 贴合行业应用

书中选定的综合项目从工程背景出发，提供了实际工作中单片机应用系统开发的基本流程、实现思路以及行业规范。让学习者能够从系统角度了解并掌握项目实践中的单片机开发技术，有益于提升学习者的工程实践能力，迅速将所学内容应用于实际工作中。

2.2.5 精心设计教学环节 教学资料完备

面向“理实一体化”教学全过程精心设置完整的教学环节，将知识引入、知识讲解、实操训练、思考拓展、课后总结以及习题测验有机地结合。这样，同一教学模块和教学地点能够同时完成知识的讲解和技能训练，而且课后也给读者留有思考与拓展空间，真正融“教、学、练、思”于一体。

2.3 教材面向的读者对象

教材既有基础知识又有实践知识，既可以独立作为教学用书，也可以作为辅助教材使用，所以读者对象面向较广，主要有：(1)高等、高职院校电气信息类专业开设单片机课程的学生。(2)参加成人教育及函授学习MCS-51单片机课程的学生。(3)自学单片机的工科类在校学生或其他工程技术人员。

3 结语

作为应用型人才培养体系的重要组成部分，教材建设是体现专业特色、教育资源、师生状况以及办学条件等因素的必然要求。建设适宜的课程教材，使得教材的深度、广度与学生实际接受能力和需求相匹配，将“理实一体化”思想贯穿整个教学过程，拓展到课堂以外的空间，这与应用型人才培养目标高度统一；同时，教材建设特别是校本教材建设，通过教材思路、内容等元素将更能彰显课程特色、专业特色、人才培养特色。