“以赛促能”在单片机课程教学中的实践研究——以西藏农牧学院电气工程学院为例

龚雪娇，唐 波，朱瑞金

(西藏农牧学院电气工程学院，西藏 林芝860000)

0 引言

单片机是一种微型计算机系统，它分别由中央处理器、存储器、I/O接口、定时器/计时器以及中断系统等组成，如图1所示。单片机目前在工业领域应用非常广泛，因此，各大公司在招聘技术人才时，非常重视学生对单片机应用开发能力的掌握程度。然而，目前的单片机教学课程过于重视对学生的理论培养与考核，考核成绩无法客观反映学生的单片机真实开发能力，所以，提高学生的单片机实践创新应用能力就成为了教学环节中的重要一环。目前，随着我国高等教育的不断发展，针对提高大学生动手实践能力的竞赛也越来越多。通过参加全国大学生学科竞赛活动，能够提升学生的单片机实践开发能力，从而培养学生的实践创新能力。“以赛促能、以赛促教、赛教融合”的教学实践理念在开拓学生的工程意识和培养实践创新能力方面起到了重要作用。

图1 单片机基本结构图Fig.1 Single chip microcomputer basic structure diagram

1 西藏农牧学院电气工程学院单片机课程教学现状及存在的问题

学校的民族学生和区外学生比例接近1：1。民族学生由于基础教育条件有限以及受到语言文化等多种因素的影响，普遍存在逻辑思维弱，形象思维强的情况。区外的学生基础也偏差，尤其数理方面。面对生源情况，学校目前单片机课程教学存在以下问题：

1.1 教学方式方法比较单一

目前，单片机教学环节主要分为两大部分，第一部分为课堂教学环节，第二部分为实验教学环节。课堂教学环节主要就是利用老师提前制作好的PPT进行课堂教学，主要给学生讲解单片机基础的硬件接口、CPU内部结构、软件程序设计等内容。PPT教学是多媒体教学的一种方式，这种具有音视频的教学方式虽然能在一定程度上促进学生对于单片机原理的理解与掌握，但这种教学方式过于单一，学生在学习过程中容易失去学习兴趣，从而导致教学质量大打折扣。实验部分大多数都是简单的操作实验，工程实用性和趣味性也较差，难以激发学生的学习热情。

1.2 重理论而轻实践

当前的教学过程中，老师经常花费大量的教学时间来给学生传授单片机理论知识，教学重点就是让学生理解并接受所传授的理论知识。即使是单片机的实验课，学生也是按照老师编写好的实验步骤去按部就班地完成相关实验课程，学生即使做完实验也依然不清楚单片机的内部结构及原理，在学完单片机这门课程后更不知道如何利用所学到的单片机理论知识去设计和使用单片机。

2 以培养学生创新实践能力为目标的教学实践改革

目前，随着我国社会经济的迅速发展变革，培养具有理论知识与实践性创新能力的人才成为了高等教育的教学改革目标。此教学改革目标的树立对目前教学中的课程体系、教学内容、教学方式及考核方式提出了改革要求。教师在课堂上向学生传授理论基础知识的过程中，应该将知识、能力及创新元素融入课堂，培养学生在理论学习环节及实践环节中提出问题的能力，并在提出问题的基础上，引导学生形成解决问题的能力。学生在学习环节中能够主动提出问题，这就足以说明学生对于课程具有积极学习进取的态度。通过教师对学生的引导去解决学生提出的问题，这就足以说明学生具有积极的研究创新能力。

3 “以赛促能”教学模式实践研究

“以赛促能”的教学模式是指利用目前大学以及社会上组织的各类竞赛平台，让学生通过参加这些竞赛来不断加强学生对于单片机这门技术的综合应用以及创新能力，从而让学生具有自主学习能力、综合的单片机从业技能以及可持续的创新实践能力。“以赛促能”的教学实践培养模式在高等教育单片机教学实践改革中起到类似“催化剂”的作用，使得单片机教学真正起到推动、促进、催化学生创新实践能力提高的作用。

“以赛促能”教学改革模式的本质可以划分为四部分：“以赛促学”“以赛促教”“以赛促建”“以赛促改”。通过这四个教学部分的互相促进与融合，最终实现“以赛促能”的教学改革目标。

3.1 “以赛促能”是提升教学质量的重要途径

教学质量是我国高等教育重要的基石。目前，我国高等教育的一项既核心又紧迫的任务就是提升教学质量。单片机原理及应用是一门实践性很强的课程，旨在培养学生的动手实践能力和软硬件的设计能力，使学生达到企业的开发入门标准。通过在教学环节中引入“以赛促能”的教学方式，可以激发学生学习的主动性、协作性、竞争性及独立性，从而使学生的专业技能和学习质量得以提高。培养高层次科技人才的核心是让学生可以发展自己的学习兴趣，调动学习的积极性。通过参加竞赛，教师也可以发现自己在教学中的不足，以不断提高教学质量。

3.2 单片机大赛起到“以赛促能”的载体作用

目前，随着国内高校及企业组织的大学生单片机竞赛越来越多，为广大学生提供了个人单片机设计及创新的展现舞台。通过参加各类单片机设计大赛，可以锻炼学生的创新能力以及单片机软硬件设计的动手实践能力，还可以让广大师生通过参加竞赛发现教学中的不足，从而促进教师对于教学方式方法的改革及完善。单片机竞赛本质上就是一种实践与创新结合为一体的学习过程，通过参加竞赛可以激发学生的学习积极性。学生在竞赛中需要动手制作单片机的硬件，并进行软件的编写，从而在参加竞赛的过程中对单片机这门课程的专业理论与知识有一个更加深刻的理解。广大师生通过参加单片机竞赛，充分发挥了师生之间的协同配合能力及实践创新能力，不仅为学校获得了荣誉，更是对高校教师的教学观念进行创新，探索出一条更加适合教学、实践与创新三位一体的教学模式，搭建一个广阔的教学平台。

3.3 “以赛促能”教学实践培养模式的实施

A.设计基于竞赛的实训环节。该门课程的基本任务是使学生了解并掌握单片机的软件及硬件结构，并在熟悉单片机软硬件结构的基础上能够熟练掌握单片机的硬件设计及软件程序的编写。目前，在教学过程中，高校用于实验教学的单片机实验箱只包含了基本的实验功能。因此，教师可组织学生参赛，以各大竞赛为基础，将教学环节中复杂且抽象的单片机内容进行优化更新，引导学生自己设计单片机实验教学仪器，让学生从最基础的实验箱的元器件选型、电路原理图的绘制以及PCB电路板上的元器件焊接、实验箱的程序编写来进行。这些实践动手环节都是在教师的引导下，学生亲自主导完成的。在设计、制作单片机实验箱的过程中，学生可以熟练掌握单片机的硬件设计思路与流程以及软件程序的编写技能，从而为参加单片机竞赛积累丰富的实践经验。

B.提前制定培养方案和竞赛计划。参加单片机竞赛的核心在于培养单片机设计应用型人才，学校应该在教学环节中，根据该专业所在行业岗位所需的技能并同时结合目前国内单片机的竞赛项目，专门制定相关的单片机竞赛培养方案。学校应积极组织学生参加全国各类单片机竞赛，如全国大学生电子设计大赛、STC杯单片机系统设计大赛、全国大学生电子设计竞赛、全国大学生嵌入式设计大赛以及全国大学生智能车大赛等。以上这些竞赛都是业界公认的具有高水平的竞赛活动，通过让广大师生参加这些公开竞赛，可以充分展现出自身的专业综合素质与能力。在设计课程体系的过程中，学校应该将企业的新技术以及新设备纳入教学环节中，从而使单片机教学改革成果与企业可以进行有效对接。可以将学生在参加竞赛过程中所获得的各类成绩作为学生毕业的考核条件，从而提升学生的综合实践能力。

C.培养积极参与竞赛的良好风尚，激发参赛热情。学校要树立起“以赛促能”的实践教学改革风气，鼓励学生积极参与到国内各大单片机设计竞赛中，在学生提升单片机设计应用能力的同时，还要形成参加竞赛的竞争意识，从而培养学生的良好学习风气。通过参加各种竞赛，学生会更加牢固掌握本专业的理论与实践知识，从而更大程度激发学生的学习参赛热情，进一步推动教学质量的稳步提升。

D.建立健全单片机竞赛实施机制。高校应该在学校内部设立丰富的竞赛活动，可以将学生竞赛设置为普遍性、经常性的赛事制度，让学生在大学期间都能参与到相关专业的竞赛活动中去。学校通过设立多层次的技能竞赛，从而将竞赛与教学有机结合在一起。技能竞赛分为初赛与决赛两个阶段，初赛是本专业全体学生都需要参加，从而对全体学生的理论知识掌握情况进行考查，初赛成绩优秀的学生可以参加决赛。针对参加决赛的优秀学生，学校可以组织其参加专业的竞赛集训，通过重点培养来获取全国竞赛奖项。

3.4 “以赛促能”教学实践培养模式的实施成果

西藏农牧学院电气工程学院在2017级和2018级电气专业开展“以赛促教”的单片机课程教学改革以后，这两届学生的单片机理论与实践应用能力相较于往届学生都有大幅度提高。其中，理论考试成绩相较于往届学生人均提高7分；学生参加各类大学生电子设计大赛都喜获佳绩，分别获得智能车全国二等奖1项、西部赛区一等奖两项；节能减排大赛全国一等奖1项、三等奖3项；中国机器人及人工智能大赛一等奖1项、二等奖1项；西藏自治区工业设计大赛银奖一项。这两届学生参加大学生电子设计大赛无论在质量还是数量上都提升明显。

4 结语

单片机原理及应用课程的首要目标就是培养学生对于单片机的使用及创新实践能力。企业对于大学生的单片机综合开发能力正随着经济的飞速发展而提升，促进高校的单片机课程改革。“以赛促能”教学模式通过多样化的赛题加强了学生的工程实践能力，激发了学生的学习兴趣；通过竞争模式提高了学生的学习积极性。西藏农牧学院电气工程学院通过“以赛促能”的单片机教学模式实践改革，取得了良好的教学效果。