“新工科”背景下单片机课程教学体系构建＊

吴 阳，张亚勤，刘 洁，王明鑫

（无锡太湖学院 智能装备工程学院，江苏 无锡214064）

近年来，在“新工科”建设的大背景下，高校作为“新工科”人才培养的责任主体，必然面临着新的挑战，如何打破传统工科办学社会适应性低、人才的适应性不强等现有的局面，推动传统工科专业的升级，是一个亟需解决并需要深入探索的问题。

“单片机原理与应用”课程是无锡太湖学院机械电子工程专业的一门专业基础课。对“单片机原理与应用”课程的课程内容、教学手段、考核方式等方面进行了改革，结合机械工程学院专业建设及学生特色，以学科竞赛为平台，应用能力培养为核心，重构单片机课程群的教学内容及课程计划，建立一支具有“学科交叉融合”、理论知识扎实、工程实践经验丰富的导师队伍。提高学生求知欲和学习兴趣，推动课程教学质量的可持续性改进及提高，对于同类高校的工科专业建设具有参考意义。

1 教学中存在的不足

自51 单片机问世以来，一直广泛应用于各种场合，经过几十年的教学积累，取得了宝贵经验，但是随着社会的进步发展，根据“新工科”建设要求及应用型本科院校的培养目标[1]，原本的经验已不能满足新时代的需求。目前大部分高校的单片机教学是先理论再实验，理论和实验在时间和空间上断档，教学存在教学内容、考核方式与实际应用脱节。在很多高校中，高校教师以科研为主，学生参与的竞赛资源不足，教师指导不到位，教师自身能力、课程内容限制等，这与学生希望通过参加各类学科竞赛提高自身的创新实践能力不符。传统的实验箱不利于培养学生的动手能力，无法提升创新实践。传统教学中主要存在以下问题[2-3]。

1.1 课时安排较少，实验课时不足

“单片机原理与应用”课程的总课时为48 学时，其中理论课时为40 学时，实验课时为8 学时。如何在保证教学质量提升的前提下，在有限的学时内完成教学任务，是当前教学中所面临的挑战。

传统的教学中理论课时汇编语言和C 语言编程都会讲解，汇编语言具有以下缺点：①入门难，初学的学生往往难以理解；②可读性差，汇编语言必须加比较详尽的注释；③缺乏人性化，汇编语言使用的是面向机器的指令，与人们的思维方式相悖，需要编程者转变思维方式；④编程工作量大，汇编语言编程的语句要多于C 语言；⑤可移植性差，如51 的汇编移植到AVR 很困难。当采用编程语言编程时，容易造成学生学习兴趣不高，而又由于缺乏网络资源，使得优秀学生水平得不到提高。课程包含8 学时的实验，实验共包括5 个，以验证实验为主，实验课时偏少。设计性实验和综合性实验几乎没有，限制了学生综合技能的培养，学生兴趣不高，传统的实验箱不利于培养学生的动手能力，无法提升创新实践能力。

1.2 考核形式单一，缺乏实践考核

大多高等院校单片机课程还是以期末闭卷笔试为主，遵循期末考试成绩和平时成绩相结合的方式，如平时成绩占40%，期末成绩占60%。平时成绩中基本由作业、实验报告、考勤成绩、课堂表现四部分组成。考核形式单一，无法形成项目式考核。这样的应试教学下培养出来的学生缺乏实践操作能力，造成本科毕业生在工作后从事单片机系统设计岗位工作既不能从事具体工作，缺乏动手能力。评价方式单一也影响了这部分学生的学习积极性和创造性。

1.3 企业需求不明，无法适应需求

把学习成绩作为衡量教学成功的唯一标准，并不能培养出企业直接需要的人才。且现阶段国家、行业对毕业生的要求已发生改变，企业在人才需求方面也是多样化的，并不是每一个学生都能够成为研发岗位中的技术创新人才。总之随着社会环境的发展变化，知识学习途经来源多样化、个体成功评价标准多样化、企业行业人才需求多样化都需要对教学环节进行调整，以适应新的形势需求。

2 课程教学体系构建

单片机课程属于宽口径的技术应用类课程，强调实践和应用，单片机研发、应用能力也是许多公司招收专业毕业生的度量标准。应用型本科高校学生的个性发展应符合社会需求，应该实施因需施教[4]。本文以应用型本科院校机电类专业为例，根据社会需要、结合学生特质，构建单片机课程教学体系。

2.1 精选教学内容，调整课程体系

现行教材大多以理论作为学习重点，不能做到理论实践结合。选择基于项目式教学的教材才能让学生切实了解“学的是什么”及“学了有什么用”，建立学习兴趣。基于此考虑，进行了多次企业调研，了解企业需求，了解目前单片机原理与应用相应的使用软件和企业对人才的需求。由系主任统一协调，相关教师积极参与进行课程培养方案的制定。结合应用型本科教学特点和分类培养模式，将课程从培养方案中的理论课程设计和实验、实践课程设计，进行多次讨论和修订，最终制定出符合企业需求的培养目标，并调整考核方式，加入案例式考核，以完成项目进度为评价指标。

调整后的课程由必修和选修两部分组成。必修部分由理论、实验和课程设计等传统模块组成，选修部分由学科竞赛和项目设计组成。并鼓励学生参与到教师的项目中，鼓励学生参加各种机器人比赛，进一步巩固单片机的应用，使学生具备单片机使用及一定的工程开发能力。

2.2 引入仿真软件，使用开发板

教学中，引入仿真软件Proteus，为学生展示直观效果，学生在课后仍可以使用Proteus 仿真软件进行仿真及使用开发板进行学习验证，完成单片机电路设计、程序调试等。详细讲解开发板及使用说明、原理图等，便于学生融会理解所学电工学知识，为自制开发板打下基础。通过对开发板结构的了解，知道此款开发板拥有的模块及接口比较多，每个模块或接口都能实现对应的功能。并引导学生通过编写C 语言程序实现仿真，进一步自己设计开发板，实现相关功能。通过减少汇编语言编程讲解课时，增加项目式教学，采用仿真软件，锻炼学生的实际动手能力。

2.3 建立单片机课程服务平台，采用项目驱动式教学

重构单片机课程群的教学内容及课程计划，充分利用互联网优势，建立单片机课程资源公共服务平台。建立一支具有“学科交叉融合”、理论知识扎实、工程实践经验丰富的导师队伍。采用项目驱动式教学，提高学生分析问题解决问题的能力，融会贯通，面向应用。教师队伍中具备工程经验的教师占比80%以上，为后续教学、竞赛、应用型本科人才培养、项目申报等奠定良好的基础。

目前大部分大学生处于被灌输状态，缺少自主学习能力培养，遇到问题时，不知道从何处解决。采用项目驱动式教学模式，每周布置并分析下周要完成的项目，学生利用课后时间结合仿真软件和开发板，选择传感器，设计电路，编写程序，验证想法，完成项目。通过查阅资料及讨论，解决问题。一方面提高学生分析、设计、解决问题的能力；另一方面提高课堂教学效率，和学生一起解决问题，激发学生的思考、分析问题的能力。

2.4 加强实践性教学建设

购入单片机开发板，传感器以及单片机技术实训设备，供学生学习、了解单片机的使用及传感器技术。让学习传感器与单片机技术不再空洞乏味。高度重视教学实训条件建设，经过长期建设，拥有单片机技术实训室、电工电子技术实训室、自动化创新实训室等多个专业技能实训室，并配有Protel、Multisim、Keil 及Proteus 等相关专业软件。实训室可以完成传感器与单片机技术应用课程的相关实验、实训和生产实习。同时，制定、完善实训管理制度，将教师校内实训与企业实践锻炼相结合，完善岗位基本能力和综合能力考核标准。

3 结论

本文通过研究“新工科”的内涵，结合应用型本科院校建设特点，从新工科的视角出发，分析传统教学模式的不足，对“单片机原理与应用”课程的课程内容、教学手段、考核方式等方面进行了改革，提高了学生的自主学习能力，单片机设计与开发能力，学生求知欲和学习兴趣。并提升了学生参加学科竞赛的积极性及成绩，学生参与学科竞赛获奖比例逐年提高，近三年，学生在各类竞赛中获得奖励100 余项，其中在A 类大赛中获奖8 项并多次获得冠军，2 位教师荣获中国工程机器人大赛暨国际公开赛优秀指导教师称号。毕业生工作能力和专业素质受企业认可。