鄭洪慶，程 蔚，蔡 凡，韓之剛，張洪杰

（閩南理工學院，福建 石獅362700）

隨著新一輪科技革命與產(chǎn)業(yè)變革，對未來新興產(chǎn)業(yè)和新經(jīng)濟對人才的能力提出高要求。以培養(yǎng)應(yīng)用創(chuàng)新型人才為目標，借助學科競賽這平臺，加強學生的動手能力，分析、解決問題的能力及創(chuàng)新能力[1]。對于電子信息類的學生來說，單片機是一門很重要的必修課程。結(jié)合我校電子信息工程專業(yè)的需求和定位，依托2017年福建省本科重大教改項目，對單片機課程進行改革。提出以學科競賽為平臺，以應(yīng)用能力培養(yǎng)為目的的課程教學模式。

1 單片機教學現(xiàn)狀

1.1 理論課時較多，缺乏實踐

目前大部分高校的單片機教學是先理論再實驗，理論課只講不做，實驗課只做不講，理論和實驗在時間和空間上斷檔。另外，課堂上知識點多，學生遇到問題無法在課堂上解決，日積月累造成學生失去學習動力[2]。

1.2 設(shè)備陳舊，缺乏應(yīng)用創(chuàng)新

傳統(tǒng)的單片機實驗室一般采用實驗箱，雖然比較全面，但形式固化更新速度慢，不利于學生接觸新技術(shù)[3]。實驗箱自身開發(fā)能力較弱，學生想完成設(shè)計性和綜合性設(shè)計時，受到時間和地點的限制，無法提升創(chuàng)新實踐。

1.3 單片機課程與其他相關(guān)課程缺乏聯(lián)系

單片機應(yīng)用開發(fā)一般離不開傳感器，控制算法等。涉及這些內(nèi)容的課程的授課教師與單片機授課教師不同，教學內(nèi)容、計劃缺乏整合，教師之間缺少溝通，不能將知識進行整合教學[4]，很容易造成學生知識的孤立，不能掌握系統(tǒng)的專業(yè)知識和技能，無法培養(yǎng)學生職業(yè)素養(yǎng)。

1.4 競賽資源不足，缺乏引領(lǐng)

學生希望通過參加各類學科競賽提高自身的創(chuàng)新實踐能力，但競賽資源不足[5]。比如教師指導不到位，教師自身能力，課程內(nèi)容限制，教學過程中沒有引領(lǐng)學生學習高級的芯片以及學生自學能力等[6]。

2 單片機課程教學改革實踐

2.1 基于學科競賽平臺的重構(gòu)教學內(nèi)容

2.1.1 “電子設(shè)計競賽”平臺

電子設(shè)計競賽題目涉及電子信息類的相關(guān)課程包括電路、模電、數(shù)電、傳感器、自動控制原理，單片機等，涉及知識面廣，對基礎(chǔ)知識要求高[7]。選擇合適的傳感器及元件，設(shè)計電路，制作電路板，焊接電路，編寫程序，采用不同的控制算法完成對象控制。在訓練和競賽中，接觸到新技術(shù)和新器件，對理論教學和實驗教學提出了新的要求[8]。在理論教學中增加電子涉及的新技術(shù)和新器件的應(yīng)用等，在實驗教學中，摒棄陳舊的實驗內(nèi)容，如分立元件的電路實驗，增加集成運放的各種應(yīng)用、電子線路仿真設(shè)計等內(nèi)容，豐富實驗內(nèi)容。

2.1.2 “藍橋杯”全國軟件與信息技術(shù)專業(yè)人才大賽

大賽單片機組，主要針對配套的開發(fā)平臺，完成題目的程序設(shè)計，達到鍛煉學生單片機開發(fā)的能力。主要涉及的模塊有：單片機、數(shù)碼管、鍵盤、各類傳感器、A/D和D/A、電機驅(qū)動等。

課程群內(nèi)容重構(gòu)及學期安排如圖1所示。

圖1 單片機課程群內(nèi)容重構(gòu)及學期安排

2.2 口袋版單片機開發(fā)平臺

針對單片機原有實驗箱存在的問題，開發(fā)口袋版單片機開發(fā)板，促進理論與實踐的銜接，拓展實驗項目，延展學生實踐時間和空間，引領(lǐng)學生自主學習更高級的芯片。

以學科競賽為平臺，開發(fā)口袋版單片機開發(fā)板。主要包括：

（1）基礎(chǔ)模塊：矩陣/獨立按鍵、最小系統(tǒng)、中斷系統(tǒng)、A/D與D/A、UART模塊等。

（2）拓展模塊：DS18B20 溫度、DS1302、AT24C02、超聲波測距、PWM電機驅(qū)動、紅外收發(fā)及兼容高級單片機芯片-STM32等。

通過模塊的有機結(jié)合，組成由易到難，由淺到深的項目。具體項目如表1所示。

表1 口袋版開發(fā)板的基本項目

2.3 教學模式改革

2.3.1 項目驅(qū)動式+翻轉(zhuǎn)課堂教學

目前大部分大學生處于被灌輸狀態(tài)，缺少自主學習能力培養(yǎng)，遇到問題時，不知道從何處解決[9]。采用項目驅(qū)動式+翻轉(zhuǎn)課堂教學模式，每周或每兩周之前，布置并分析下周要完成的項目，學生利用課后時間結(jié)合線上課程和口袋版開發(fā)板，選擇傳感器，設(shè)計電路，編寫程序，驗證想法，完成項目。遇到問題時，小組內(nèi)成員交流討論，通過查閱資料，解決問題。解決不了的問題，在翻轉(zhuǎn)課堂上，提出由大家一起討論。此模式一方面提高學生分析、設(shè)計、解決問題的能力；另一方面提高課堂教學效率，和學生一起解決問題，激發(fā)學生的思考、分析問題的能力。

2.3.2 線上線下混合式教學

借助互聯(lián)網(wǎng)優(yōu)勢，建立線上課程，擴展單片機開發(fā)內(nèi)容。以工程實踐為主，制作微課教學視頻，如使用KEIL軟件創(chuàng)建工程，編寫單片機程序，程序下載與調(diào)試，流水燈，串口通信，溫度記錄器，超聲波測距等工程訓練實踐項目的教學視頻。在理論教學中增加高級單片機芯片的講解，為學生學習高級單片機芯片做好過渡。學生通過電腦或手機隨時隨地觀看學習。打破原來只能在固定的教室和固定的時間學習[10]。通過學生課后自主學習和操作，提高工程實踐能力，鍛煉自主學習能力。

2.3.3 組織課外興趣小組

組織課外興趣小組，在新生入學后進行引導并納新，采取傳幫帶方法，大一大二大三組成梯隊，引導學生自學模電、數(shù)電，組合口袋版單片機開發(fā)板，學習單片機知識，為后續(xù)應(yīng)用打下基礎(chǔ)，組合參加學科競賽逐步培養(yǎng)學生的工程實踐能力，培養(yǎng)團隊合作能力。

2.4 以應(yīng)用能力為主的評價體系

傳統(tǒng)的考核方式僅以一份期末試卷為主，學生只注重理論知識學習，減少動力實踐，無法全面考核學生單片機設(shè)計開發(fā)能力[11]。如果注重學生實踐動手能力，會激發(fā)學生單片機開發(fā)能力，但理論知識會弱化[12]。因此考核方式很重要。本文采用“235”考核方式，20%為翻轉(zhuǎn)課堂及線上課程的分數(shù)，30%為期末理論知識的考核，50%期末前幾周布置的大項目設(shè)計的成績。通過多元化的考核方式，注重學生應(yīng)用能力的考核。

2.5 教師團隊建設(shè)

學科競賽涉及內(nèi)容廣泛，對指導教師提出更高的要求，改變原來教師只負責一兩門課程的現(xiàn)狀，從長遠看，需要建設(shè)一支具有“學科交叉融合”、理論知識扎實、工程實踐經(jīng)驗豐富的導師隊伍，提升教師的業(yè)務(wù)水平。教師一方面需要根據(jù)知識體系提取教學內(nèi)容，根據(jù)相應(yīng)的教學方法把知識傳授給學生，并參加學科競賽的培訓和指導工作。另一方面根據(jù)學生掌握情況和學科競賽知識的改變微調(diào)教學內(nèi)容與方法，做到閉環(huán)控制，如圖2所示。

圖2 “負反饋”教學內(nèi)容重構(gòu)

通過校內(nèi)學習與企業(yè)實踐相結(jié)合，對教學內(nèi)容進行重構(gòu)，對理論和實踐環(huán)節(jié)進行教學資源整合，強化工程實踐能力的企業(yè)實訓環(huán)節(jié)，培養(yǎng)學生項目實踐能力，明確每門課程在人才培養(yǎng)中的作用。做好核心課程建設(shè)規(guī)劃，細化并落實基本專業(yè)能力和核心專業(yè)能力。

3 運行與成效

閩南理工學院是一所地方性民辦本科院校，剛升本不久。學生素質(zhì)和教師水平參差不齊，基礎(chǔ)比較弱，通過參加形式多樣的學科競賽，進一步提高學生單片機綜合應(yīng)用能力和創(chuàng)新實踐能力。近兩年來，積極引導學生參加學科競賽，注重學生實踐創(chuàng)新能力的培養(yǎng)和教師團隊的組建。近兩年的各類學科競賽中取得較好的成績，如表2所示。

表2 近兩年學生參加的學科競賽

從表中可以看出，這兩年學生參加部分學科競賽，并取得一定的成績，并且成績逐年提高。

4 結(jié)束語

改變傳統(tǒng)的教學模式，以“學科競賽為平臺，應(yīng)用能力培養(yǎng)為核心”，重構(gòu)單片機課程群的教學內(nèi)容及課程計劃，利用互聯(lián)網(wǎng)優(yōu)勢，線上線下混合式教學，采用項目驅(qū)動式+翻轉(zhuǎn)課堂教學式，改變傳統(tǒng)的考核模式，建立一支具有“學科交叉融合”、理論知識扎實、工程實踐經(jīng)驗豐富的導師隊伍，旨在培養(yǎng)具有較強的工程實踐能力和創(chuàng)新意識的應(yīng)用型人才。通過對本課程的教學模式改革，提高了學生的自主學習能力，單片機設(shè)計與開發(fā)能力，增加了學生的學習積極性，提升了參加學科競賽的成績。