单片机原理与应用教学模式与课程思政改革研究

姜忠爱 蔡卫国 牛春亮

摘  要：单片机原理与应用课程是工科类学生重要的专业课，伴随工科类专业向应用型培养模式转型以及国家智能制造2025发展需求，该课程在人才培养中的作用也在变化。文章结合当前专业转型建设需求，本着以学生为中心的教育教学理念，充分利用现代化教学方法与手段，从课程教学模式、网络课程建设、课程思政内容融合等多方面进行改革研究。实践表明，学生综合评定成绩提升10%，学生评教分提升2%，课程教学效果得到提升，学生在后续课程学习及实践应用能力上均有明显提升，课程教学更适应应用型专业培养需求。

关键词：单片机;应用型;课程建设;教学改革

中图分类号：G642 文献标志码：A         文章编号：2096-000X（2020）09-0129-03

Abstract： The principle and application of single-chip computer is an important professional course for engineering students. With the transformation of engineering major to application-oriented training mode and the development demand of national intelligent manufacturing 2025， the role of this course in personnel training is also changing. This paper combines the current needs of major training transformation， in line with the concept of student-centered education and teaching， makes full use of modern teaching methods， and carries out including the aspects of curriculum teaching mode， network curriculum construction， curriculum politics， etc. Practice shows that students' comprehensive assessment scores are improved by 10%， students' teaching evaluation scores are improved by 2%， and the teaching effect is improved. Students' learning and practical application abilities in the follow-up courses are improved significantly. The teaching of courses is more suitable for applied majors.

Keywords： single chip computer; applied majors; course construction; teaching reform

前言

“單片机原理与应用”课程综合了“计算机基础”、“C语言程序设计”、“模拟电路”、“数字电路”等多门课程知识点，是一门实践性、应用性很强的课程，学习本课程不仅需要学生掌握与单片机相关的理论知识，还需要培养学生动手实践能力、综合设计能力和创新能力，对学生后续专业课学习、毕业设计、各类竞赛等提供知识支持，为其继续深造和提升就业能力都大有裨益。

由于该课程概念多、知识点多、内容抽象、逻辑性强，并具有理论与实践、硬件与软件相结合等特点，近些年常规课堂讲授方式已显露出诸多不足[1-3]。表现在课程理论教学过程枯燥，学生学习无动力;实践教学形式单一，实验过程无收获;缺乏课前准备和课后实践环节;考核方式单一，不能客观反映学生的综合能力提升等情况。以上问题造成该课程的教学已无法满足当前工科类专业应用性人才培养需求。特别是国家智能制造2025发展规划，对基础芯片应用能力的培养尤显重要[4]，因此为了提升教学效果，实现相应的培养目标，势必进行课程建设与改革，坚持以培养学生应用能力为主线，从课程教学模式改革、网络课程建设、课程思政内容融合等多方面进行深入地研究探索，以适应专业及社会对人才培养的需求。

一、课程教学模式改革

常规的课程教学是以课堂讲授理论知识点为主，而对于单片机原理与应用属于实践性很强的课程，尤其是单片机的内部结构、编程语言指令及功能调制等内容，采用常规学知识点融入项目实例中，理论教学过程中教学模式很容易使学生感觉枯燥和乏味，学生很难融入课程教学，无法实现知识和应用能力的提升。伴随着对现代教育教学理念的认同，以及现代化教学手段的普及应用，特别是为适应应用型人才培养需求，对课程的教学模式进行改革[5]，让学生在学习中体验到知识应用于实践的效果，建立明确的学习目标和学习兴趣，打造良性课程教学生态。

（一）理论教学模式改革

为充分体现“以学生为中心”的教学理念，采用以“任务驱动”为主的理论授课教学方法，构建任务驱动式教学组织模式[6，7]。

主要实现方法是建设单片机工程项目库，将课程配合实物演示教学法，如图1所示在逐步完成项目设计的过程中，将理论授课内容讲授清楚。例如：在对单片机中断系统内容讲解过程中，设计单片机系统与光电开关结合（图1所示），测试通过闸门的人数的应用实例，在讲授本实例过程中进行单片机外部中断设置与应用知识点解析，从而将理论课授课内容融入任务实例中，增强学生学习兴趣，提升学习效果。

另外在理论课教学中引入虚拟仿真软件，增强现代化教学手段应用[8]。以往教师授课过程或实验中采用的传统单片机试验箱的功能相对固定，教师进行授课讲解时参照厂家提供的使用指导书，一步一步进行操作，最终得到一个事先预知的结果，学生很难将理论知识与实际应用联系起来。应用单片机仿真软件Proteus及Keil对所讲解的实例进行现场大屏幕仿真演示，学生可以察看每一步存储器和外设所产生的变化，有利于学生理解所学知识点，非常适合课堂授课，学生可以安装在自己的电脑中自行进行练习和产品开发，为学生课前预习、课后巩固，以及任务驱动式教学方法和翻转课堂的开展提供了有力的支撑。

（二）实验课教学模式改革

实验课教学也采用相应的设计任务进行，并充分体现学以致用，因材施教，对有创新设计思想、能力较强的学生，例如针对从事大学生创新创业项目的同学，可根据项目需求进行实验开发。从而发挥实验、实践教学对学生能力提升的作用。对于参与性不强的学生，为避免其单纯抄写实验指导书程序代码完成实验内容，在实验过程中将部分参数稍作修改，学生分组讨论实验设计，并随机进行实验结果分析提问，将现场回答结果作为重要的考核依据，从而实现学生参与度大大提高，学生从课程教学中学到了知识，感受到能力的提升，建立了对专业知识应用的能力和信心，对任务式教学方式给予了积极评价。

（三）构建网络课程平台

单靠课堂的学时只能保证学生学懂知识点，要实现学生学透、会用还需要强化课后练习和辅导。课程网络平台会提供设计所需的素材并配有交流和解答模块，改善了传统教学形式单一和课后自学与复习环节欠缺的问题，大大提高学生的创造性和应用能力，并为“翻转课堂”提供了支持。通过数字课程建设，学习不再拘泥于固定时间在课堂和实验室中，实现了时域和空间域的多维交叉进行，学生总能找到一个适合于自身习惯的个性化学习方式，从而实现了课程教学由普惠教育向普惠+个性化培养结合的，以学生为主体的现代化教学生态转变。通过在网络课程平台中分享资料，给学生布置相应的设计任务，学生利用课外时间完成设计，并在实验课上进行演示，实验课转变为小组交流和老师指导，将再现式教学转变为探究式学习，学生将成为实验课上的主体，实现“翻转课堂”。研究发现通过网络课程辅助教学，学生的自学能力得到提升，学习潜能得到发掘，学习兴趣显著提升，实现应用型人才培养目标。

（四）进行课程考核模式改革

单片机课程是以培养学生的实践和应用能力为目的的，传统的笔试以记忆性内容为主，不能客观全面的反映学生对本课程的学习情况[9]。因此在成绩认定方面，采取笔试、实验及日常作业三方面综合评定的办法，其中笔试占总成绩的60%，实验占总成绩的20%，日常作业占总成绩的20%。在实验成绩评定中，不单单依据学生递交的实验报告进行评分，而是根据学生在实验课上的参与度、对项目的解析答辩效果等过程性表现，综合评定学生实验成绩。考核方式的改革，重视学生全程学习过程中知识和能力的提升情况，规范学生全程参与课程学习，使课程评分更公正更合理，更有利于提高学习效果和适应应用型人才培养需求。从表1中的数据对比可明显看出改革前后学生综合评定成绩提升情况（2015-2016学年为改革前）。

二、积极开展课程思政

高校人才培养要做到德才兼备，人才的德育培养不仅仅是思政课的职责，也应该是每一位一线授课教师的责任，课程教学要实现教书育人，认真做好习近平新时代中国特色社会主义思想以及十九大精神进课堂工作，每门课程都应结合本课程的内容特点，充分发挥本课程的育人功能。《单片机原理与应用》讲授单片机芯片的应用与编程，单片机系列芯片属于高科技芯片产品，中国在芯片研发上与国外还有很大的差距，近期中美贸易争端，一些企业之所以被动受罚也是因为芯片核心技术受制于人，因此，本课程的思政内容切入点从芯片核心技术入手，伴随课程内容的深入扩展至操作系统研发、智能制造、版权保护，以及为祖国发展付出的科研工作者事迹等。通过开展课程思政一方面可以增加学生的专业认同感，让学生明白所学知识的重要性，从而帮助其建立正确的学习目标，提高其学习动力，促进本课程的学习效果;另一方面，激发学生的爱国热情，提升主人翁意识，自觉形成良好的学习习惯和道德情操，培养团队协作能力和责任心，建立为国家和民族奋斗的信念。让“应用型”人才真正能被有价值的“应用”把好方向。

三、编写特色鲜明适用性强的授课教材

教材是课程教学的依托，教材的选用主要是辅助教学让学生理解相关知识、培养相应的能力，一本好的教材要清晰阐述课程的核心内容，更要贴合专业特色，体现专业对本知识的需求，单片机原理与应用相关课程教材多种多样，其主要是单片机芯片结构及功能的介绍与应用。我校自上世纪90年代就有单片机课程的教学，因此多年来课程组积攒很多的贴合我校专业需求的教学实例和实验器材，但是选用外校编著的教材则无法将具有专业特色的实例从分应用，因此，课题组成员利用前期积累的教学素材，结合本校实际硬件及软件特色，编著了《单片微型计算机原理及应用》教材，如图2所示，其理论内容适合于专业培养需求，配图及习题均采用本校实验室具备的典型应用实例，使教材更加实用，有利于学生学有参考、学以致用。

四、进行师资队伍建设

单片机技术的进步势必要求授课教师要不断更新自身的综合能力，包括知识和教学能力的提升，要具备现代教育理念和现代化教学手段，比如任务驱动式教学方法的执行方法、虚拟仿真软件应用能力和网络平台建设与维护能力等，因此在项目进行过程中授课教师先后多次参加进行相应的培训与外出交流。包括 “数控机床装调与维修”“教学工作坊培训”“智能制造研修班”以及双语教学培训等。在相关培训中，课题组教师汲取现代教育教学理念，提升专业技能，逐步形成一个业务能力强、教学理念新颖的教学团队。

五、结束语

为适应应用型人才培养目标，研究利用现代化教学方法与手段，以学生为中心，以应用型人才培养需求为目标，进行了教学模式、课程思政、教材建设以及师资队伍建设等多方面的研究与建设，取得了良好的效果，积累了宝贵的经验。通过两年多的实施，取得了显著的成果，学生成绩与应用能力明显提升，学生对课程教学的满意度也同步提升，随着成果的深入应用逐步为更多的学生培养与课程建设带来益处，特别是为应用型转型的工科专业课程建设提供参考经验。在后续的研究中将继续开展多方面探索，深入开展课程网络平台建设与应用，实现课程全方面提升，打造“金课”课程。

參考文献：

[1]王利，杨晶晶，李耀贵.面向新工科的单片机原理及应用课程教学研究与改革[J].内燃机与配件，2018（22）：248-249.

[2]乔延华，赵琳，李建娜.《单片机原理及应用》课程教学改革探索[J].当代教育实践与教学研究，2017（10）：143+142.

[3]袁洪波，张梦，程曼，等.《单片机原理与应用》课程教学改革与实践[J].科技视界，2016（22）：167.

[4]孙柏林.中国“智能制造”发展之路——《智能制造发展规划（2016-2020年）》解读[J].电气时代，2017（05）：42-47.

[5]薛飞.基于应用型人才培养的单片机原理教学改革[J].农业与技术，2015，35（12）：251.

[6]金琦淳，倪月，刘清翔，等.案例式教学在《单片机原理及接口技术》课程中的应用[J].装备制造技术，2015（01）：216-218.

[7]王发.单片机原理及应用教学中应用任务驱动教学法的策略[J].民营科技，2016（02）：59.

[8]韩翠娥，徐亚卿，郭清晨.将Keil和Proteus软件引入单片机原理与应用课堂教学[J].中国现代教育装备，2012（01）：93-95.

[9]蔡李花，方海峰，袁明新，等.机械类专业单片机原理与应用课程考核方法研究[J].电脑知识与技术，2014，10（31）：7415-7418.