龔雪嬌，唐 波，朱瑞金

(西藏農(nóng)牧學(xué)院電氣工程學(xué)院，西藏 林芝860000)

0 引言

單片機(jī)是一種微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，它分別由中央處理器、存儲器、I/O接口、定時(shí)器/計(jì)時(shí)器以及中斷系統(tǒng)等組成，如圖1所示。單片機(jī)目前在工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用非常廣泛，因此，各大公司在招聘技術(shù)人才時(shí)，非常重視學(xué)生對單片機(jī)應(yīng)用開發(fā)能力的掌握程度。然而，目前的單片機(jī)教學(xué)課程過于重視對學(xué)生的理論培養(yǎng)與考核，考核成績無法客觀反映學(xué)生的單片機(jī)真實(shí)開發(fā)能力，所以，提高學(xué)生的單片機(jī)實(shí)踐創(chuàng)新應(yīng)用能力就成為了教學(xué)環(huán)節(jié)中的重要一環(huán)。目前，隨著我國高等教育的不斷發(fā)展，針對提高大學(xué)生動手實(shí)踐能力的競賽也越來越多。通過參加全國大學(xué)生學(xué)科競賽活動，能夠提升學(xué)生的單片機(jī)實(shí)踐開發(fā)能力，從而培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力。“以賽促能、以賽促教、賽教融合”的教學(xué)實(shí)踐理念在開拓學(xué)生的工程意識和培養(yǎng)實(shí)踐創(chuàng)新能力方面起到了重要作用。

圖1 單片機(jī)基本結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Single chip microcomputer basic structure diagram

1 西藏農(nóng)牧學(xué)院電氣工程學(xué)院單片機(jī)課程教學(xué)現(xiàn)狀及存在的問題

學(xué)校的民族學(xué)生和區(qū)外學(xué)生比例接近1：1。民族學(xué)生由于基礎(chǔ)教育條件有限以及受到語言文化等多種因素的影響，普遍存在邏輯思維弱，形象思維強(qiáng)的情況。區(qū)外的學(xué)生基礎(chǔ)也偏差，尤其數(shù)理方面。面對生源情況，學(xué)校目前單片機(jī)課程教學(xué)存在以下問題：

1.1 教學(xué)方式方法比較單一

目前，單片機(jī)教學(xué)環(huán)節(jié)主要分為兩大部分，第一部分為課堂教學(xué)環(huán)節(jié)，第二部分為實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)。課堂教學(xué)環(huán)節(jié)主要就是利用老師提前制作好的PPT進(jìn)行課堂教學(xué)，主要給學(xué)生講解單片機(jī)基礎(chǔ)的硬件接口、CPU內(nèi)部結(jié)構(gòu)、軟件程序設(shè)計(jì)等內(nèi)容。PPT教學(xué)是多媒體教學(xué)的一種方式，這種具有音視頻的教學(xué)方式雖然能在一定程度上促進(jìn)學(xué)生對于單片機(jī)原理的理解與掌握，但這種教學(xué)方式過于單一，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中容易失去學(xué)習(xí)興趣，從而導(dǎo)致教學(xué)質(zhì)量大打折扣。實(shí)驗(yàn)部分大多數(shù)都是簡單的操作實(shí)驗(yàn)，工程實(shí)用性和趣味性也較差，難以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。

1.2 重理論而輕實(shí)踐

當(dāng)前的教學(xué)過程中，老師經(jīng)常花費(fèi)大量的教學(xué)時(shí)間來給學(xué)生傳授單片機(jī)理論知識，教學(xué)重點(diǎn)就是讓學(xué)生理解并接受所傳授的理論知識。即使是單片機(jī)的實(shí)驗(yàn)課，學(xué)生也是按照老師編寫好的實(shí)驗(yàn)步驟去按部就班地完成相關(guān)實(shí)驗(yàn)課程，學(xué)生即使做完實(shí)驗(yàn)也依然不清楚單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及原理，在學(xué)完單片機(jī)這門課程后更不知道如何利用所學(xué)到的單片機(jī)理論知識去設(shè)計(jì)和使用單片機(jī)。

2 以培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力為目標(biāo)的教學(xué)實(shí)踐改革

目前，隨著我國社會經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展變革，培養(yǎng)具有理論知識與實(shí)踐性創(chuàng)新能力的人才成為了高等教育的教學(xué)改革目標(biāo)。此教學(xué)改革目標(biāo)的樹立對目前教學(xué)中的課程體系、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式及考核方式提出了改革要求。教師在課堂上向?qū)W生傳授理論基礎(chǔ)知識的過程中，應(yīng)該將知識、能力及創(chuàng)新元素融入課堂，培養(yǎng)學(xué)生在理論學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)及實(shí)踐環(huán)節(jié)中提出問題的能力，并在提出問題的基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生形成解決問題的能力。學(xué)生在學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)中能夠主動提出問題，這就足以說明學(xué)生對于課程具有積極學(xué)習(xí)進(jìn)取的態(tài)度。通過教師對學(xué)生的引導(dǎo)去解決學(xué)生提出的問題，這就足以說明學(xué)生具有積極的研究創(chuàng)新能力。

3 “以賽促能”教學(xué)模式實(shí)踐研究

“以賽促能”的教學(xué)模式是指利用目前大學(xué)以及社會上組織的各類競賽平臺，讓學(xué)生通過參加這些競賽來不斷加強(qiáng)學(xué)生對于單片機(jī)這門技術(shù)的綜合應(yīng)用以及創(chuàng)新能力，從而讓學(xué)生具有自主學(xué)習(xí)能力、綜合的單片機(jī)從業(yè)技能以及可持續(xù)的創(chuàng)新實(shí)踐能力?！耙再惔倌堋钡慕虒W(xué)實(shí)踐培養(yǎng)模式在高等教育單片機(jī)教學(xué)實(shí)踐改革中起到類似“催化劑”的作用，使得單片機(jī)教學(xué)真正起到推動、促進(jìn)、催化學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力提高的作用。

“以賽促能”教學(xué)改革模式的本質(zhì)可以劃分為四部分：“以賽促學(xué)”“以賽促教”“以賽促建”“以賽促改”。通過這四個(gè)教學(xué)部分的互相促進(jìn)與融合，最終實(shí)現(xiàn)“以賽促能”的教學(xué)改革目標(biāo)。

3.1 “以賽促能”是提升教學(xué)質(zhì)量的重要途徑

教學(xué)質(zhì)量是我國高等教育重要的基石。目前，我國高等教育的一項(xiàng)既核心又緊迫的任務(wù)就是提升教學(xué)質(zhì)量。單片機(jī)原理及應(yīng)用是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，旨在培養(yǎng)學(xué)生的動手實(shí)踐能力和軟硬件的設(shè)計(jì)能力，使學(xué)生達(dá)到企業(yè)的開發(fā)入門標(biāo)準(zhǔn)。通過在教學(xué)環(huán)節(jié)中引入“以賽促能”的教學(xué)方式，可以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性、協(xié)作性、競爭性及獨(dú)立性，從而使學(xué)生的專業(yè)技能和學(xué)習(xí)質(zhì)量得以提高。培養(yǎng)高層次科技人才的核心是讓學(xué)生可以發(fā)展自己的學(xué)習(xí)興趣，調(diào)動學(xué)習(xí)的積極性。通過參加競賽，教師也可以發(fā)現(xiàn)自己在教學(xué)中的不足，以不斷提高教學(xué)質(zhì)量。

3.2 單片機(jī)大賽起到“以賽促能”的載體作用

目前，隨著國內(nèi)高校及企業(yè)組織的大學(xué)生單片機(jī)競賽越來越多，為廣大學(xué)生提供了個(gè)人單片機(jī)設(shè)計(jì)及創(chuàng)新的展現(xiàn)舞臺。通過參加各類單片機(jī)設(shè)計(jì)大賽，可以鍛煉學(xué)生的創(chuàng)新能力以及單片機(jī)軟硬件設(shè)計(jì)的動手實(shí)踐能力，還可以讓廣大師生通過參加競賽發(fā)現(xiàn)教學(xué)中的不足，從而促進(jìn)教師對于教學(xué)方式方法的改革及完善。單片機(jī)競賽本質(zhì)上就是一種實(shí)踐與創(chuàng)新結(jié)合為一體的學(xué)習(xí)過程，通過參加競賽可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。學(xué)生在競賽中需要?jiǎng)邮种谱鲉纹瑱C(jī)的硬件，并進(jìn)行軟件的編寫，從而在參加競賽的過程中對單片機(jī)這門課程的專業(yè)理論與知識有一個(gè)更加深刻的理解。廣大師生通過參加單片機(jī)競賽，充分發(fā)揮了師生之間的協(xié)同配合能力及實(shí)踐創(chuàng)新能力，不僅為學(xué)校獲得了榮譽(yù)，更是對高校教師的教學(xué)觀念進(jìn)行創(chuàng)新，探索出一條更加適合教學(xué)、實(shí)踐與創(chuàng)新三位一體的教學(xué)模式，搭建一個(gè)廣闊的教學(xué)平臺。

3.3 “以賽促能”教學(xué)實(shí)踐培養(yǎng)模式的實(shí)施

A.設(shè)計(jì)基于競賽的實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)。該門課程的基本任務(wù)是使學(xué)生了解并掌握單片機(jī)的軟件及硬件結(jié)構(gòu)，并在熟悉單片機(jī)軟硬件結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上能夠熟練掌握單片機(jī)的硬件設(shè)計(jì)及軟件程序的編寫。目前，在教學(xué)過程中，高校用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)箱只包含了基本的實(shí)驗(yàn)功能。因此，教師可組織學(xué)生參賽，以各大競賽為基礎(chǔ)，將教學(xué)環(huán)節(jié)中復(fù)雜且抽象的單片機(jī)內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)化更新，引導(dǎo)學(xué)生自己設(shè)計(jì)單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)儀器，讓學(xué)生從最基礎(chǔ)的實(shí)驗(yàn)箱的元器件選型、電路原理圖的繪制以及PCB電路板上的元器件焊接、實(shí)驗(yàn)箱的程序編寫來進(jìn)行。這些實(shí)踐動手環(huán)節(jié)都是在教師的引導(dǎo)下，學(xué)生親自主導(dǎo)完成的。在設(shè)計(jì)、制作單片機(jī)實(shí)驗(yàn)箱的過程中，學(xué)生可以熟練掌握單片機(jī)的硬件設(shè)計(jì)思路與流程以及軟件程序的編寫技能，從而為參加單片機(jī)競賽積累豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

B.提前制定培養(yǎng)方案和競賽計(jì)劃。參加單片機(jī)競賽的核心在于培養(yǎng)單片機(jī)設(shè)計(jì)應(yīng)用型人才，學(xué)校應(yīng)該在教學(xué)環(huán)節(jié)中，根據(jù)該專業(yè)所在行業(yè)崗位所需的技能并同時(shí)結(jié)合目前國內(nèi)單片機(jī)的競賽項(xiàng)目，專門制定相關(guān)的單片機(jī)競賽培養(yǎng)方案。學(xué)校應(yīng)積極組織學(xué)生參加全國各類單片機(jī)競賽，如全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)大賽、STC杯單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)大賽、全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽、全國大學(xué)生嵌入式設(shè)計(jì)大賽以及全國大學(xué)生智能車大賽等。以上這些競賽都是業(yè)界公認(rèn)的具有高水平的競賽活動，通過讓廣大師生參加這些公開競賽，可以充分展現(xiàn)出自身的專業(yè)綜合素質(zhì)與能力。在設(shè)計(jì)課程體系的過程中，學(xué)校應(yīng)該將企業(yè)的新技術(shù)以及新設(shè)備納入教學(xué)環(huán)節(jié)中，從而使單片機(jī)教學(xué)改革成果與企業(yè)可以進(jìn)行有效對接?？梢詫W(xué)生在參加競賽過程中所獲得的各類成績作為學(xué)生畢業(yè)的考核條件，從而提升學(xué)生的綜合實(shí)踐能力。

C.培養(yǎng)積極參與競賽的良好風(fēng)尚，激發(fā)參賽熱情。學(xué)校要樹立起“以賽促能”的實(shí)踐教學(xué)改革風(fēng)氣，鼓勵(lì)學(xué)生積極參與到國內(nèi)各大單片機(jī)設(shè)計(jì)競賽中，在學(xué)生提升單片機(jī)設(shè)計(jì)應(yīng)用能力的同時(shí)，還要形成參加競賽的競爭意識，從而培養(yǎng)學(xué)生的良好學(xué)習(xí)風(fēng)氣。通過參加各種競賽，學(xué)生會更加牢固掌握本專業(yè)的理論與實(shí)踐知識，從而更大程度激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)參賽熱情，進(jìn)一步推動教學(xué)質(zhì)量的穩(wěn)步提升。

D.建立健全單片機(jī)競賽實(shí)施機(jī)制。高校應(yīng)該在學(xué)校內(nèi)部設(shè)立豐富的競賽活動，可以將學(xué)生競賽設(shè)置為普遍性、經(jīng)常性的賽事制度，讓學(xué)生在大學(xué)期間都能參與到相關(guān)專業(yè)的競賽活動中去。學(xué)校通過設(shè)立多層次的技能競賽，從而將競賽與教學(xué)有機(jī)結(jié)合在一起。技能競賽分為初賽與決賽兩個(gè)階段，初賽是本專業(yè)全體學(xué)生都需要參加，從而對全體學(xué)生的理論知識掌握情況進(jìn)行考查，初賽成績優(yōu)秀的學(xué)生可以參加決賽。針對參加決賽的優(yōu)秀學(xué)生，學(xué)?？梢越M織其參加專業(yè)的競賽集訓(xùn)，通過重點(diǎn)培養(yǎng)來獲取全國競賽獎(jiǎng)項(xiàng)。

3.4 “以賽促能”教學(xué)實(shí)踐培養(yǎng)模式的實(shí)施成果

西藏農(nóng)牧學(xué)院電氣工程學(xué)院在2017級和2018級電氣專業(yè)開展“以賽促教”的單片機(jī)課程教學(xué)改革以后，這兩屆學(xué)生的單片機(jī)理論與實(shí)踐應(yīng)用能力相較于往屆學(xué)生都有大幅度提高。其中，理論考試成績相較于往屆學(xué)生人均提高7分；學(xué)生參加各類大學(xué)生電子設(shè)計(jì)大賽都喜獲佳績，分別獲得智能車全國二等獎(jiǎng)1項(xiàng)、西部賽區(qū)一等獎(jiǎng)兩項(xiàng)；節(jié)能減排大賽全國一等獎(jiǎng)1項(xiàng)、三等獎(jiǎng)3項(xiàng)；中國機(jī)器人及人工智能大賽一等獎(jiǎng)1項(xiàng)、二等獎(jiǎng)1項(xiàng)；西藏自治區(qū)工業(yè)設(shè)計(jì)大賽銀獎(jiǎng)一項(xiàng)。這兩屆學(xué)生參加大學(xué)生電子設(shè)計(jì)大賽無論在質(zhì)量還是數(shù)量上都提升明顯。

4 結(jié)語

單片機(jī)原理及應(yīng)用課程的首要目標(biāo)就是培養(yǎng)學(xué)生對于單片機(jī)的使用及創(chuàng)新實(shí)踐能力。企業(yè)對于大學(xué)生的單片機(jī)綜合開發(fā)能力正隨著經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展而提升，促進(jìn)高校的單片機(jī)課程改革?！耙再惔倌堋苯虒W(xué)模式通過多樣化的賽題加強(qiáng)了學(xué)生的工程實(shí)踐能力，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣；通過競爭模式提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。西藏農(nóng)牧學(xué)院電氣工程學(xué)院通過“以賽促能”的單片機(jī)教學(xué)模式實(shí)踐改革，取得了良好的教學(xué)效果。