单片机技术及应用课程的教学改革

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引言

随着工业自动化行业的迅速发展，以微控制器为核心的嵌入式系统得到了广泛应用，而单片机作为入门级的微控制器技术不仅适合初学者学习，而且能够为其进一步学习STM32打好基础，因此单片机类课程就成为高职院校电子专业、机电专业、自动化专业的专业核心课程。根据近几年高职学生就业情况及上岗情况分析，企业越来越希望学生能入职即上岗，即需要学生具有较强的实践操作能力和项目开发能力，但学校内单片机类课程还存在实践学时较少、缺少综合设计实验、考核更注重理论成绩等问题，这就造成了学生培养与社会需求脱节的现象。针对以上问题，笔者以“单片机技术及应用”课程为例，进行教学改革探索，以期达到培养学生成为社会需求人才的目的。

1“单片机技术及应用”课程现状

在传统的教学过程中，“单片机技术及应用”这门课程多采用先理论后实践的教学模式，要求学生掌握MCS-51单片机结构原理、指令系统和程序设计流程等基本知识，并具备熟练运用单片机应用系统设计开发能力，包括单片机的电路设计、程序设计和调试。近年来，受到OBE、德国“双元制”、成果导向和理实一体化等教学理念的冲击，一些高职院校进行了单片机类课程教学模式改革的探索，但大部分的改革存在以下4个方面问题。

（1）概念抽象，学生学习能力较弱。“单片机技术及应用”课程多采用先理论后实验的教学模式，教材多以单片机的结构原理为开头，基础知识部分包含定时器、计数器、中断、串行接口控制、存储器扩展等内容，这些内容比较抽象，对于高职类的学生而言难以理解，这就阻碍了学生继续深入学习的兴趣，导致到了学生喜爱的动手操作阶段，也不知从何下手，也缺少对知识的融会贯通。

（2）实验内容单一，实践环节不充分。“单片机技术及应用”是一门理论与实践相结合的实用性课程，需要采用大量以实际工程为背景的项目来锻炼学生的实践能力，进而加深对理论知识的理解，达到“学中做、做中学”的目的。但实际上，单片机类课程的实验项目多按理论知识点设计，属于验证性的小实验，难以锻炼学生的项目分析和设计能力，也难以与实际开发项目衔接起来。学生在学习完课程后看到工程项目任务要求也不知从何入手、毫无头绪，学生解决实际项目的能力较低。

（3）内容多、学时少，难以开展大型综合性实验。“单片机技术及应用”是高职机电一体化技术专业的一门专业基础课，学时为64，个别院校分配学时甚至更少。但这门课程需要学生掌握单片机的结构原理、定时器计数器、各种接口技术和串行接口控制等内容，同时应该配合实验进行程序设计和软硬件联调，甚至是开发板程序设计。但现有学时仅能够实现基础知识的讲解和配套实验练习，无法开展综合性的大型实验。

（4）考核方式单一，测试学生水平有偏差。“单片机技术及应用”作为一门专业基础课，考核方式多为闭卷考试，侧重于知识点的考查，程序类的题目只能考查学生的编程能力，对于改进程序和调试能力比较强的学生不足以考查其能力，在测试学生水平上有一定的偏差，也无法测试学生项目设计的综合能力。同时，因为考核成绩中实验考核的比例小于试卷考试成绩，还会造成学生实验课不主动参与的现象。

2课程教学改革

“单片机技术及应用”作为一门实践性很强的课程，不仅需要学生掌握单片机的基础知识，还需要学生具备项目设计能力。笔者以此为目标，改进教学效果，进行了以下5个方面的改革。

（1）教材改革。针对学生的认知发展规律设计校本教材。教材以单片机应用项目为载体，将单片机设计与开发过程中所需要的基础理论知识与实践技能分解到不同的项目中，将知识由浅入深、循序渐进地编排，体现“学中做、做中学”的理念。同时采用C语言和汇编语言同时讲解的方式，汇编语言有利于初学者掌握单片机原理与硬件资源的描述，C语言适合程序开发，两者并存讲解能够强化学生对单片机软硬件知识的理解，培养其编程能力。

（2）教学模式改革。改变以教师教、学生听为主的教学模式，采用以学生为中心、项目为驱动来构建知识体系的教学模式。课程内容上由原来的分块教学改为将知识点融入项目中，通过“做中学”的方式进行教学。同时，从项目出发，以完成实验项目、实现性能指标为目的，锻炼学生的项目分析能力、设计能力，融会贯通地搭建硬件系统和程序设计能力。“单片机技术及应用”课程由原来的理论与实践分开教学改为在实验室进行理实一体化教学，学时增加到80，并配合51单片机开发板进行授课，实现学生“学中做”，有助于学生进一步掌握单片机的结构和原理。

（3）教学项目改革。以项目为驱动来构建知识体系的过程中，项目是关键，能够使学生通过实验提高学习兴趣、加深知识理解、锻炼项目设计能力。因此，笔者在教学中以层层深入为目的设计了20个任务，每个项目中都包含基础模块和综合设计模块两层次的任务，最终通过自主选题的开放形式完成实践创新任务。如项目一通过简单的验证性实验使学生掌握编程所需的基础知识和语句，以及硬件设计的一些注意事项。从项目二开始加入了贴近生活的各种电子产品小项目，如LED点阵、数码管、电子时钟、闹钟等，既能激发学生的学习兴趣，又包含整体的项目设计，以此来锻炼学生的项目开发能力。实践创新模块由学生自主选择课题完成单片机电子产品的开发，包括原理图设计、PCB绘制、元器件焊接、系统调试，以完成最终电子产品为目的，来锻炼学生分析问题和解决问题的能力。单片机仿真实验项目如表1所示。

（4）教学方法改革。除了采用讲述教学和项目驱动法，还配合小组合作讨论法、问题教学法、演示教学法和线上线下混合式教学法。课上采用问题教学法抛出问题，小组成员共同讨论，之后通过讲述教学法和演示教学法进行教学，学生利用Keil和Protues软件进行程序设计和电路图绘制，完成设计后在单片机开发实验箱中进行验证。课程还采用线上线下混合式教学，将教学资源上传到学习通平台并设置预习任务点。课上学生带着问题学习，有利于学生对重点难点知识的掌握；课后设置复习任务点，及时查验学生掌握情况，有助于尽快调整课程难易程度和课程进度；课后设置作业，学生上传作品，教师及时批改并答疑，有利于学生考试前复习。

（5）考核方式改革。改变原有的以闭卷考试为主、实验考核为辅的考核方式，改为“线上任务点（占10%）+项目任务点（占40%）+实践创新任务点（占20%）+卷面考核（占30%）”的考核方式。其中，线上任务点评价学生的学习态度，卷面考核考查学生对基础知识的掌握情况，项目覆盖全面，实践创新任务点考查学生综合设计能力，以及学生对单片机设计电子产品的能力。通过全面性评价，测试学生对知识的掌握程度和应用能力。

3结语

对于高职类学生而言，掌握单片机技术需要更多的实践操作，毕业即能就业是高职学生的核心竞争力，因此围绕培养学生项目设计能力的教学改革成为培养学生的关键任务。辽东学院机电一体化专业经过2年的单片机类课程教学改革实施，共有240余名学生修完“单片机技术及应用”课程，项目化教学引发了学生的兴趣，增强了学生的实践能力，加深了学生对基础知识的整体把握，增强了学生的项目设计能力，培养了学生融会贯通运用知识的能力，提升了学生的分析问题、解决问题、创新等能力，取得了较理想的教学效果。学生在学完课程后，能够独立设计并完成创新大赛的项目，部分作品获得省级三等奖。然而改革不是一蹴而就的，笔者对教学改革的探索也将继续。改革只是手段，将学生培养成具备单片机综合设计能力的人才才是目的，还需要广大专业课教师与时俱进、不断完善。

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作者：程权成 崔宝影 单位：辽宁机电职业技术学院  辽东学院工程技术学院