謝 云 馬逸新 李 鑫 朱 丹

南京理工大學(xué)紫金學(xué)院 江蘇南京 210023

應(yīng)用型本科是“適應(yīng)知識(shí)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展進(jìn)程和高等教育大眾化、普及化的發(fā)展趨勢(shì)，與經(jīng)濟(jì)、生產(chǎn)第一線和地方大眾生活緊密聯(lián)系并為之直接服務(wù)，并側(cè)重于科技應(yīng)用方面的知識(shí)、技術(shù)和素質(zhì)的培養(yǎng)、訓(xùn)練和科研”[1]。其培養(yǎng)的是應(yīng)用型人才，即培養(yǎng)的學(xué)生主要學(xué)習(xí)已有技術(shù)、技能和管理知識(shí)，到相關(guān)企業(yè)從事具體的技術(shù)和管理工作，以解決生產(chǎn)中遇到的具體難題，并具有一定的組織管理能力[2-4]?？梢?，應(yīng)用型本科的人才培養(yǎng)目標(biāo)定位與研究型、學(xué)術(shù)型院校不同，其人才培養(yǎng)計(jì)劃中的知識(shí)結(jié)構(gòu)的組織與建設(shè)是由應(yīng)用科學(xué)的知識(shí)體系組成，側(cè)重于應(yīng)用，那么教學(xué)活動(dòng)的開展包括教學(xué)模式都應(yīng)該以應(yīng)用型為主，側(cè)重知識(shí)傳授與能力培養(yǎng)的有機(jī)結(jié)合。而評(píng)價(jià)或影響教學(xué)過程及教學(xué)效果的一項(xiàng)重要指標(biāo)就是教材，教材是教學(xué)活動(dòng)開展的基本要素之一，是其他教學(xué)方法有效實(shí)施的基礎(chǔ)。因此，教材內(nèi)容的有效建設(shè)非常重要。

單片機(jī)課程是電氣信息類專業(yè)的專業(yè)必修課程，是一門應(yīng)用性與實(shí)踐性很強(qiáng)，且軟硬件一體化的綜合性課程[5]。課程教學(xué)中需要突出理論與實(shí)踐的有效結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用理論知識(shí)解決實(shí)際問題的能力，從而能具備單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、調(diào)試、測(cè)試、維護(hù)等技能。傳統(tǒng)教材總是滯后于課堂教學(xué)的需求，雖然內(nèi)容體系較為完整，但是仍然存在很多不足，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：一是重理論輕實(shí)踐，如對(duì)單片機(jī)硬件結(jié)構(gòu)的組成以及工作原理描述較多，但是實(shí)踐內(nèi)容較少或基本沒有。二是理論與實(shí)踐分離，如多數(shù)的教材在編寫體例上，理論的部分和實(shí)踐部分是獨(dú)立進(jìn)行講解的，理論與實(shí)踐環(huán)節(jié)沒有融合。三是實(shí)踐受條件制約，如開展教學(xué)活動(dòng)中仍然以傳統(tǒng)模式組織教學(xué)內(nèi)容，教學(xué)實(shí)踐設(shè)備固定，教材內(nèi)容與實(shí)踐內(nèi)容不能完全有效匹配，這限制了學(xué)生對(duì)實(shí)踐內(nèi)容的拓展，不利于學(xué)生的自由發(fā)揮，也不利于創(chuàng)新思維的激發(fā)。

1 “理實(shí)一體化”教材建設(shè)作用與意義

“理實(shí)一體”是針對(duì)理論與實(shí)踐分離而提出的，“理”就是理論，“實(shí)”就是實(shí)踐。就教材而言，將知識(shí)“嵌入”工作任務(wù)即是“理實(shí)一體”的組織形式[6]。針對(duì)傳統(tǒng)單片機(jī)教材中理論與實(shí)踐脫節(jié)的不足，引入“理實(shí)一體化”理念建設(shè)符合應(yīng)用型需求的教材具有一定的作用和意義，以下從幾個(gè)方面加以分析。

1.1 進(jìn)一步深入理解與鞏固理論知識(shí)

依托教材，開展“理實(shí)一體化”教學(xué)，將理論知識(shí)與實(shí)踐知識(shí)有效結(jié)合，實(shí)現(xiàn)實(shí)踐與理論同步，理論指導(dǎo)實(shí)踐，既讓學(xué)生對(duì)如何應(yīng)用理論知識(shí)解決實(shí)際問題有了概念，同時(shí)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)的問題又可以通過理論知識(shí)來解釋和論證，將進(jìn)一步促進(jìn)學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解，鞏固對(duì)理論知識(shí)的掌握。

1.2 符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律

理論知識(shí)有其內(nèi)在的知識(shí)體系，各個(gè)知識(shí)單元之間有其關(guān)聯(lián)性、層次性；實(shí)踐環(huán)節(jié)的開展以及實(shí)踐案例的引入考慮到這一點(diǎn)，在實(shí)踐任務(wù)或項(xiàng)目?jī)?nèi)容的設(shè)置上體現(xiàn)出理論知識(shí)內(nèi)部的這種關(guān)聯(lián)性，闡述知識(shí)由淺入深、由易到難，這也符合學(xué)生對(duì)知識(shí)的接受過程和認(rèn)知規(guī)律。

1.3 實(shí)踐活動(dòng)不再受到時(shí)間與空間的制約

單片機(jī)課程中軟硬件一體化是“理實(shí)一體化”的主要方面，教材中將實(shí)踐環(huán)節(jié)與具體的軟硬件仿真環(huán)境結(jié)合，例如，Keil μVision程序設(shè)計(jì)軟件、Proteus ISIS綜合仿真軟件，解決了以往課堂中開展實(shí)踐活動(dòng)條件受限以及教材內(nèi)容與實(shí)驗(yàn)平臺(tái)不匹配等問題。

基于Keil μVision程序設(shè)計(jì)軟件、Proteus ISIS綜合仿真軟件開展的單片機(jī)課程教學(xué)具有明顯的優(yōu)點(diǎn)。首先，不再受到目標(biāo)硬件系統(tǒng)的限制，只需要有計(jì)算機(jī)即可開展學(xué)習(xí)活動(dòng)；其次，在編寫調(diào)試軟件程序、設(shè)計(jì)繪制單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)硬件仿真電路圖后，能實(shí)時(shí)進(jìn)行軟硬件聯(lián)合調(diào)試工作，并觀測(cè)到調(diào)試現(xiàn)象；再次，從整體系統(tǒng)的角度觀察程序運(yùn)行與硬件執(zhí)行的結(jié)果，系統(tǒng)的運(yùn)行和結(jié)果形象生動(dòng)，讓學(xué)生對(duì)知識(shí)的應(yīng)用過程產(chǎn)生很直觀的體會(huì)，容易激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。最后，不再過多依賴實(shí)驗(yàn)室的儀器設(shè)備和開放時(shí)間，學(xué)生可以更加自由合理地安排學(xué)習(xí)活動(dòng)，學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性得到提高。

1.4 學(xué)習(xí)活動(dòng)拓展與延伸

實(shí)踐內(nèi)容既要從基礎(chǔ)入門角度考慮單片機(jī)技術(shù)基本理論知識(shí)的應(yīng)用，又要從工程應(yīng)用角度考慮單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研發(fā)過程，課堂學(xué)習(xí)只能滿足前者，后者卻不能完全得到保證。教材中通過對(duì)工程項(xiàng)目的引入，讓學(xué)生帶著問題在課堂以外的時(shí)間開展學(xué)習(xí)活動(dòng)，如查閱資料、制作實(shí)物、參與科技創(chuàng)新活動(dòng)等，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的主體意識(shí)，激發(fā)學(xué)生自主獲取知識(shí)、動(dòng)手實(shí)踐，有利于培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力與創(chuàng)新能力。

1.5 突出應(yīng)用特色 體現(xiàn)工程思想

教材設(shè)計(jì)與內(nèi)容組織過程中，始終以學(xué)生為主體，強(qiáng)調(diào)學(xué)生的主體意識(shí)，使得學(xué)生在開展實(shí)踐活動(dòng)的過程中，能從知識(shí)應(yīng)用的角度全面把握整體知識(shí)，建立單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的概念，這將有助于學(xué)生對(duì)這門課程加深理解。另外，精心選取的項(xiàng)目，更加突出工程應(yīng)用的思想，貼合實(shí)際生產(chǎn)的需求，幫助學(xué)生建立項(xiàng)目以及工程化的概念，了解并熟悉單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)研發(fā)、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)的基本流程和各個(gè)環(huán)節(jié)的技術(shù)要點(diǎn)，為今后參與產(chǎn)品的前期開發(fā)和設(shè)計(jì)打好一定的基礎(chǔ)。

2 單片機(jī)課程教材建設(shè)實(shí)踐

2.1 教材的基本架構(gòu)與體系

課程組教師在廣泛調(diào)研并總結(jié)多年教學(xué)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，精心組織編寫了《單片微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用》一書(已于2018年1月由北京理工大學(xué)出版社正式出版)，本教材在介紹微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成和工作原理的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)講述了經(jīng)典機(jī)MCS-51系列單片機(jī)的硬件架構(gòu)、工作原理、匯編與C51程序設(shè)計(jì)、內(nèi)部功能部件的基本應(yīng)用以及單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)等，教材按照基礎(chǔ)原理與技術(shù)應(yīng)用將內(nèi)容分成兩篇，共九章。第一篇為計(jì)算機(jī)及單片機(jī)基礎(chǔ)，包含兩個(gè)部分：第一部分主要講述微型計(jì)算機(jī)的基本架構(gòu)、工作原理；第二部分重點(diǎn)講解MCS-51系列單片機(jī)的硬件架構(gòu)、工作原理及編程語(yǔ)言。第二篇為單片機(jī)應(yīng)用與系統(tǒng)開發(fā)，包含三個(gè)部分：第一部分主要介紹C51語(yǔ)言軟件開發(fā)平臺(tái)Keil μVision與虛擬仿真平臺(tái)Proteus ISIS的基本特性與使用；第二部分主要通過具體的實(shí)踐案例講解MCS-51系列單片機(jī)的典型應(yīng)用，包括I/O口的應(yīng)用、內(nèi)部功能部件的應(yīng)用以及系統(tǒng)擴(kuò)展與接口技術(shù)的應(yīng)用；第三部分介紹了單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的一般開發(fā)流程、抗干擾技術(shù)和調(diào)試技術(shù)，并結(jié)合項(xiàng)目具體闡述了實(shí)際項(xiàng)目開發(fā)過程中完成單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)的思路與方法。

2.2 教材的主要特色

2.2.1 以能力培養(yǎng)為根本

教材的內(nèi)容設(shè)置上，注重對(duì)學(xué)習(xí)者技能的培養(yǎng)，精心整合課程內(nèi)容，合理安排知識(shí)點(diǎn)、技能點(diǎn)，注重實(shí)踐環(huán)節(jié)，突出對(duì)學(xué)習(xí)者實(shí)際操作能力和解決問題能力的培養(yǎng)。

2.2.2 緊跟現(xiàn)代信息技術(shù)

借助當(dāng)下先進(jìn)的單片機(jī)軟件開發(fā)平臺(tái)：仿真軟件Proteus ISIS和C51、編譯軟件Keil μVision來實(shí)現(xiàn)實(shí)踐案例中目標(biāo)功能的驗(yàn)證與分析，使讀者在實(shí)踐過程中能更直觀地體會(huì)、觀看知識(shí)應(yīng)用的過程與結(jié)果，且不受硬件條件的制約。

2.2.3 知識(shí)體系合理 易學(xué)易用

書中每一個(gè)知識(shí)單元都配有實(shí)踐環(huán)節(jié)，并且實(shí)踐案例中綜合的目標(biāo)功能隨著知識(shí)的不斷擴(kuò)展也不斷增強(qiáng)，整個(gè)知識(shí)體系的引入由淺入深、由易到難，符合讀者的認(rèn)知規(guī)律。

2.2.4 項(xiàng)目兼顧工程背景 貼合行業(yè)應(yīng)用

書中選定的綜合項(xiàng)目從工程背景出發(fā)，提供了實(shí)際工作中單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)的基本流程、實(shí)現(xiàn)思路以及行業(yè)規(guī)范。讓學(xué)習(xí)者能夠從系統(tǒng)角度了解并掌握項(xiàng)目實(shí)踐中的單片機(jī)開發(fā)技術(shù)，有益于提升學(xué)習(xí)者的工程實(shí)踐能力，迅速將所學(xué)內(nèi)容應(yīng)用于實(shí)際工作中。

2.2.5 精心設(shè)計(jì)教學(xué)環(huán)節(jié) 教學(xué)資料完備

面向“理實(shí)一體化”教學(xué)全過程精心設(shè)置完整的教學(xué)環(huán)節(jié)，將知識(shí)引入、知識(shí)講解、實(shí)操訓(xùn)練、思考拓展、課后總結(jié)以及習(xí)題測(cè)驗(yàn)有機(jī)地結(jié)合。這樣，同一教學(xué)模塊和教學(xué)地點(diǎn)能夠同時(shí)完成知識(shí)的講解和技能訓(xùn)練，而且課后也給讀者留有思考與拓展空間，真正融“教、學(xué)、練、思”于一體。

2.3 教材面向的讀者對(duì)象

教材既有基礎(chǔ)知識(shí)又有實(shí)踐知識(shí)，既可以獨(dú)立作為教學(xué)用書，也可以作為輔助教材使用，所以讀者對(duì)象面向較廣，主要有：(1)高等、高職院校電氣信息類專業(yè)開設(shè)單片機(jī)課程的學(xué)生。(2)參加成人教育及函授學(xué)習(xí)MCS-51單片機(jī)課程的學(xué)生。(3)自學(xué)單片機(jī)的工科類在校學(xué)生或其他工程技術(shù)人員。

3 結(jié)語(yǔ)

作為應(yīng)用型人才培養(yǎng)體系的重要組成部分，教材建設(shè)是體現(xiàn)專業(yè)特色、教育資源、師生狀況以及辦學(xué)條件等因素的必然要求。建設(shè)適宜的課程教材，使得教材的深度、廣度與學(xué)生實(shí)際接受能力和需求相匹配，將“理實(shí)一體化”思想貫穿整個(gè)教學(xué)過程，拓展到課堂以外的空間，這與應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)高度統(tǒng)一；同時(shí)，教材建設(shè)特別是校本教材建設(shè)，通過教材思路、內(nèi)容等元素將更能彰顯課程特色、專業(yè)特色、人才培養(yǎng)特色。