地方本科院校转型形势下的单片机课程教学改革探索与实践

张文昭 谭永宏 周文真 刘志壮



地方本科院校转型形势下的单片机课程教学改革探索与实践

张文昭 谭永宏 周文真 刘志壮

（湖南科技学院 电子与信息工程学院，湖南 永州 425199）

为适应地方本科院校向应用型大学转型发展的需要，针对湖南科技学院现有的单片机教学模式，大胆调整教学体系，整合教学资源。教学内容以基础篇、核心篇、综合篇和提高篇分块，改革考试考核模式，充分应用项目式教学，理论与实践相结合；使学生的实践环节由课内为主转变为课内为重、课外为主，激发学生的主观能动性。

地方本科院校，应用型大学，单片机，课程教学改革

1　引　言

2013年初，教育部计划实施一项重大高等教育改革项目，即将约 600 所新建地方本科院校转变成为新型的应用型本科院校，2014 年初教育部将此项转型工作列入教育部当年的工作要点[1]。在高校向应用型转型的新形势下，高校教育教学应以市场需求、职业需求为核心，培养学生不但要掌握理论基础知识，更重要的是要注重实践，要求学生毕业时与企业零距离就业，实现无缝对接[2]。

单片机课程是电类专业的核心课程，有着极强的实践性和应用性，随着电子技术的迅速发展，基于单片机的电子产品、智能设备、测控装置等在日常生活中随处可见，社会对从事单片机开发人才的需求量日趋增加[3]。为迎接地方本科院校向应用型转型的挑战，培养出理论与实践并重，可以从事社会生产实践的应用型技术技能型人才，单片机课程教学模式应不断改革才能适应时代的发展。

2　单片机教学现状

近年来，湖南科技学院积极推进转型，在教育教学上以应用型人才培养为目标，单片机课程组成员曾对单片机课程教学方法进行了探究：采用从外到内，由浅到深，由简单到复杂，由单一到综合的教学方法[4]，将任务驱动法、项目教学法引入教学中[4~5]。上述教学改革在一定程度激发了学生学习的兴趣，教学效果能达到教学目标。但单片机课程教学模式及方法仍不能很好地适配应用型地方本科院校教育的主题，无法达到培养应用型技术技能型人才的目标，主要缺点体现在如下两个方面。

2.1教学课时安排重理论轻实践

我校电子信息工程专业的人才培养方案中单片机课程的理论课时与实验课时比44：12，以理论教学为主，实验教学为辅，课堂上理论性知识讲授过多，容易使学生枯燥，实验课时少，学生参与少，不利于学生学习的积极性，达不到培养学生动手能力和应用能力的培养目标。

2.2考核模式单一

一直以来，单片机课程考核都是期末闭卷考试为主，平时作业及实验操作为辅，期末考试成绩占60%，平时作业成绩占20%，实验操作成绩占20%。这种考核模式使得学生们的注意力只仍局限于老师期末的考试范围，不注重平时的学习过程，仅在期末考试前被动突击，死记硬背知识点，没注重实际工程应用，忽略了动手能力的培养。

3　教学模式探索与实践

针对现有的教学模式存在的主要缺点，本课程组成员，以培养应用型本科生为综旨，以提高学生单片机技术应用能力为目标，结合工程与实际需求，加强实践教学。

3.1调整课程体系

现有的教学模式是依据传统的理论体系顺序授课：概述、单片机结构、单片机指令集、汇编语言程序设计、中断系统、定时器/计数器、系统扩展及接口技术，中间穿插4~6个相关的实验，这种模式已难以适应应用型本科教学。课程组成员根据学生认知规律，优化了课程体系，整合教学内容，将教学体系内容分基础篇、核心篇、综合篇、提高篇，每一个知识点都配备相应的实践项目，使理论与实践有机结合。并将项目教学法和微课引入教学中。调整后的课程体系结构如表1所示。

表1.课程体系结构

教学顺序教学内容实践项目 基本篇单片机基本结构(1)点亮一只发光二极管；(2)发光二极管闪烁；(3)流水灯控制器的设计：8只发光二极管模拟流水灯操作；(4)按键控制多花样流水灯（查询法检测按键状态）；(2)~(4)的亮灯状态由软件实现延时维持 C51基础 简单I/O口应用 Keil 软件与Proteus仿真软件应用综合运用 核心篇中断系统(5)按键控制多花样流水灯（外部中断法检测按键状态）；(6)外中断应用二进制加法（减法）计数器的设计； 定时器/计数器(7)用定时中断法延时的流水灯控制器的设计；(8)用定时中断法产生方波信号；(9)用定时中断法产生周期和占空比一定的矩形波信号；(10)用定时中断法产生秒脉冲信号； 串行口与串行通信技术(11)利用串行口及74HC164或者74HC595输出端所接的8只发光二极模拟流水灯操作；(12)利用点对点串行异步通信，根据对方要求接收对方发来的数据并显示收到的数据，或根据对方要求，发送数据给对方并能显示所发送的数据； 综合篇单片机接口技术(13)电子秒表的设计：最小计时单位为0.01s，最大计时为99.99s，用一按键控制开始/停止/归零；开机时，显示"00.00"，第1次按键后开始计时，第2次按键后，计时停止，第3次按键后计时归零。用数码管或LCD1602显示；(14)数字电子时钟的设计：用三个按键实再时、分、秒的调节。用数码管或LCD1602显示；(15)利用开发板上的矩阵键盘和LED数码管构成简单的输入显示系统，实现键盘输入和LED数码显示相应键值的功能。(会设计4X4，3X4、2X4、3X3这4种矩阵键盘)；(16)设计一个实时时钟，用存储器AT24C02对时间信息进行掉电保护，每过1秒钟存一次数；(17)简易数字电压表的设计，用用数码管或LCD1602显示。(18)多波形发生器的设计，用按键选择所需波形； 提高篇课程设计(19) 篮球比赛电子记时、记分系统的设计；(20)十字路口交通灯控制器的设计；(21)多功能数字电子钟的设计；(22)电子密码锁设计；(23)直流电机调速控制设计；(24)信号发生器设计；(25)数显频率计设计；(26)超声波测距系统设计；(27)温、湿度检测系统设计；

调整后的课程体系，使知识点从简单到复杂，从单一到综合，一环扣一环层层递进，且理论与实践紧密结合，充分体现了应用性、实践性。

3.2优化教学手段

教学手段直接影响课堂教学效率。传统的课堂教学，教学形式多以教师讲解为主，难以使学生产生情绪高昂和智力振奋的内心状态，学生只能在枯燥、乏味的课堂上冷漠、被动地接收知识而产生厌学和逃学的心理，更不可能谈得上提高课堂教学效率。教学组人员从如下三个方面优化教学手段，激发了学生学习兴趣，变“要我学”为“我要学”，充分调动学生的学习积极性，提高了课堂教学效率。

3.2.1将微课引入教学中

微课是近几年新起的一种创新型的教学模式，它将课程中的重要知识点、难懂的知识点设计开发成在线视频课程资源，借助力于网络平台供学生自主学习。随着网络技术的发展、4G网络的成熟，我校无线网络已全面覆盖各个角落，此外，我校还有功能强大的课程中心，这些都是我们将微课引入教学中的一个良好契机。我们单片机课程的教学充分利用了课程中心这一平台，将各相关知识点，做成微视频，上传到课程中心，每一个知识点的微课内容由微视频、微教案、微练习、微点评、微互动等构成。学生可以按照自己的节奏自主学习，学生可以根据自己实际情况来播放视频，如：可反复播放没听懂知识点片段视频直到听懂为止、跳过已掌握的知识点片段视频、暂停播放以思考或记笔记等，学生可以带着微课遇到的疑问进入课堂教学与学生和老师进行交流讨论。微练习是该知识点与生活密切相关的应用项目设计题。将微课引入单片机教学中，兼顾不同层次、不同水平的学生的学习，能充分调动学生学习的积极性和主动性。

3.2.2将项目教学法引入教学中

我校办学目标正转向培养应用型技术技能型人才，在应用型人才培养的新教学模式下，教学过程应着重体现应用型和实践性。为了更好地培养学生动手操作能力、分析和解决问题能力、实践创新能力，单片机教学组人员将项目教学法[4－5]引入单片机课程教学中。此教学法已经历过多年的教学实践，且在实践中不断优化项目内容，积累经验，现如今已达到较好教学效果。

3.2.3 Proteus仿真与开发板实验平台相结合

PROTEUS仿真软件是英国Labcenter Electronics公司研发的EDA工具软件，是目前最先进的单片机系统设计与仿真平台。它实现了在计算机上完成单片机系统电路设计、代码级调试与仿真、系统测试与功能验证、再形成PCB的完整设计研发过程。将Proteus软件与编译调试软件Keil软件联合使用，就能逼真的仿真所设计的单片机系统所实现的实际功能。将Proteus仿真用于课堂教学中即能清楚理解单片机系统的设计过程，又能直观地看到所实现的功能及设计效果，加深学生对单片机教学的感性认识，激发学生的学习兴趣、积极性和主动性。学生课后也可以用仿真软件自行设计各种单片机系统而不受硬件条件的限制。

应用型人才培养应把重点放在实践教学上，为加强实践教学，更好地实施项目教学法，学校为上单片机课的学生每人配备一块单片机系统开发板，学生可以随时在宿舍或实验完成各个项目的设计，让学生真实地体验单片机系统开发的全过程。

Proteus仿真与开发板实验平台相结合的单片机教学手段，能帮助学生更好地掌握单片机理论知识及单片机应用技术，提高学生分析问题、解决实际应用问题的能力，培养学生的创新能力，为学生今后就业、创业打下坚实的基础。

3.3加强课外创新实践活动

单片机课程学习如果仅仅局限于课堂，则获取的知识是很有限而无法满足实际应用的需要，更谈不上创新能力的培养。需在课后加强学生课外创新实践活动。单片机教学组人员以现有的二十间大学生创新实验室为依托，①组建单片机学习创新小组，定期举行学习经验交流活动，分享和讨论在实际设计过程中取得的新成果、遇到的问题及解决的方法；②定期组织以单片机为控制核心的各类学科竞赛，如校园电子设计大赛、“挑战杯”校园课外学术作品大赛、校园程序设计大赛、互联网+等；③鼓励学生申报校级科研项目、大学生研究性学习与创新性实验项目；参加省级或全国的各类学科竞赛；④鼓励学生假期到相关企业实习。课外创新实践活动的开展，使积极参与这些活动的学生，不仅能更好巩固和理解理论课上所学的知识，而且大大提高了自身的创新实践能力，并在各类学科竞赛中取得了较好的成绩。而且，在这一部分同学的带动下，大多数同学的学习积极性被调动起来，踊跃参与课外创新实践活动。

3.4改革课程考核模式

为加强学生实践能力的培养，单片机课程组成员对单片机课程考核模式进行了改革，单片机课程考核成绩由平时作业成绩、实验成绩、keil软件操作过关考试成绩、期末考核成、等四部分构成，各占的分值如下：

考核总成绩=作业成绩×20%+实验成绩×20%+期中keil软件操作过关成绩×10%+期末考核成绩×50%。

平时作业以相关知识的项目设计为主。

学期期中进行keil软件操作过关考核，学生都必须熟练使用keil软件：新建工程项目、新建C文件(或汇编语言程序文件)、添加C文件到工程(或汇编语言程序文件)、编译、查错纠错、成功生成 .HEX。不能完成以上操作步骤的，需补考，但此次成绩只能为及格。

期末考核，不以试卷考试的方式进行，改为用单片机应用系统项目设计：要求每个学生在规定的时间完成一个以MCS－51单片机为核心的应用系统的程序设计，在用开发板上完成设计系统的功能，并验证设计效果，写出相应的设计报告。考试的题型在期初就发给学生，共20种题型，能分化出50个以上的应用系统设计项目，考试时，可选的应用系统设计项目共50个，由学生抽签选题，同班学生完成不同的项目。

该考核模式克服了传统考核重理论轻实践，学生对知识死记硬背的缺点，加强了学生实践能力的培养，鞭策学生时时投入学习中、实践中，而不是在期末复习应付了事。

4　结　论

针对现有的教学模式存在的主要缺点，在转型的新形势下，为培养创新应用型人才，提高学生单片机技术应用能力，单片机课本课程组成员从4个方面对单片机教学模式进行了改革：调整课程体系、优化教学手段、加强创新实践教学、改革考核模式，4个方面都体现了实践教学的加强。以培养应用型本科生为综旨，以提高学生单片机技术应用能力为目标，结合工程与实际需求，加强实践教学。

[1]施晓光,游蠡.新建地方本科院校转型问题的理论探讨[J],北京联合大学学报,2015,29(1):1-5

[2]王选诚,孙玉梅.应用型本科高校单片机课程教学模式的探索与实践[J].科技视界,2016,(2):121.

[3]陈朋,杨东勇.面向创新型人才培养的《单片机原理》教学改革探索[J].科技视界,2015,(20):23,97.

[4]刘志壮,张文昭,周文真.单片机原理课程教学改革研究与实践[J].当代教育理论与实践,2014,6(9):48-50.

[5]张文昭,李艳芳,刘爱林,等.任务驱动法和项目教学法整合在单片机课程中的实践[J].湖南科技学院学报,2010,(12):99-101.

（责任编校：宫彦军）

2016－01－05

湖南省教育厅普通高校教学改革研究项目(湘教通[2013]223号；湘教通[2012]401号)。

张文昭（1968－），女，湖南永州人，教授，硕士，主要研究方向为电子技术应用。

G642/TP368

A

1673-2219（2016）05-0028-03