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(chǔ)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(duì)單片機(jī)應(yīng)用開(kāi)發(fā)能力的掌握程度。然而，目前的單片機(jī)教學(xué)課程過(guò)于重視對(duì)學(xué)生的理論培養(yǎng)與考核，考核成績(jī)無(wú)法客觀(guān)反映學(xué)生的單片機(jī)真實(shí)開(kāi)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(guó)高等教育的不斷發(fā)展，針對(duì)提高大學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐能力的競(jìng)賽也越來(lái)越多。通過(guò)參加全國(guó)大學(xué)生學(xué)科競(jìng)賽活動(dòng)，能夠提升學(xué)生的單片機(jī)實(shí)踐開(kāi)發(fā)能力，從而培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力?！耙再惔倌?、以賽促教、賽教融合”的教學(xué)實(shí)踐理念在開(kāi)拓學(xué)生的工程意識(shí)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?jiǎn)纹瑱C(jī)課程教學(xué)現(xiàn)狀及存在的問(wèn)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(yǔ)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(duì)生源情況，學(xué)校目前單片機(jī)課程教學(xué)存在以下問(wèn)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(duì)于單片機(jī)原理的理解與掌握，但這種教學(xué)方式過(guò)于單一，學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)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(jiǎn)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(guò)程中，老師經(jīng)常花費(fèi)大量的教學(xué)時(shí)間來(lái)給學(xué)生傳授單片機(jī)理論知識(shí)，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(shí)。即使是單片機(jī)的實(shí)驗(yàn)課，學(xué)生也是按照老師編寫(xiě)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(mén)課程后更不知道如何利用所學(xué)到的單片機(jī)理論知識(shí)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(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展變革，培養(yǎng)具有理論知識(shí)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(shù)立對(duì)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(shí)的過(guò)程中，應(yīng)該將知識(shí)、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(wèn)題的能力，并在提出問(wèn)題的基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生形成解決問(wèn)題的能力。學(xué)生在學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)中能夠主動(dòng)提出問(wèn)題，這就足以說(shuō)明學(xué)生對(duì)于課程具有積極學(xué)習(xí)進(jìn)取的態(tài)度。通過(guò)教師對(duì)學(xué)生的引導(dǎo)去解決學(xué)生提出的問(wèn)題，這就足以說(shuō)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(huì)上組織的各類(lèi)競(jìng)賽平臺(tái)，讓學(xué)生通過(guò)參加這些競(jìng)賽來(lái)不斷加強(qiáng)學(xué)生對(duì)于單片機(jī)這門(mén)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(lèi)似“催化劑”的作用，使得單片機(jī)教學(xué)真正起到推動(dòng)、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(guò)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(guó)高等教育重要的基石。目前，我國(guó)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(mén)實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，旨在培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)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(kāi)發(fā)入門(mén)標(biāo)準(zhǔn)。通過(guò)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(dòng)性、協(xié)作性、競(jìng)爭(zhēng)性及獨(dú)立性，從而使學(xué)生的專(zhuān)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(dòng)學(xué)習(xí)的積極性。通過(guò)參加競(jìng)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(guó)內(nèi)高校及企業(yè)組織的大學(xué)生單片機(jī)競(jìng)賽越來(lái)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(tái)。通過(guò)參加各類(lèi)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(dòng)手實(shí)踐能力，還可以讓廣大師生通過(guò)參加競(jìng)賽發(fā)現(xiàn)教學(xué)中的不足，從而促進(jìn)教師對(duì)于教學(xué)方式方法的改革及完善。單片機(jī)競(jìng)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(guò)程，通過(guò)參加競(jìng)賽可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。學(xué)生在競(jìng)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(xiě)，從而在參加競(jìng)賽的過(guò)程中對(duì)單片機(jī)這門(mén)課程的專(zhuān)業(yè)理論與知識(shí)有一個(gè)更加深刻的理解。廣大師生通過(guò)參加單片機(jī)競(jìng)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(duì)高校教師的教學(xué)觀(guān)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(tái)。

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(jìng)賽的實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)。該門(mén)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(xiě)。目前，在教學(xué)過(guò)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(jìng)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(xiě)來(lái)進(jìn)行。這些實(shí)踐動(dòng)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(guò)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(xiě)技能，從而為參加單片機(jī)競(jìng)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(jìng)賽計(jì)劃。參加單片機(jī)競(jìng)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(zhuān)業(yè)所在行業(yè)崗位所需的技能并同時(shí)結(jié)合目前國(guó)內(nèi)單片機(jī)的競(jìng)賽項(xiàng)目，專(zhuān)門(mén)制定相關(guān)的單片機(jī)競(jìng)賽培養(yǎng)方案。學(xué)校應(yīng)積極組織學(xué)生參加全國(guó)各類(lèi)單片機(jī)競(jìng)賽，如全國(guó)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(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽、全國(guó)大學(xué)生嵌入式設(shè)計(jì)大賽以及全國(guó)大學(xué)生智能車(chē)大賽等。以上這些競(jìng)賽都是業(yè)界公認(rèn)的具有高水平的競(jìng)賽活動(dòng)，通過(guò)讓廣大師生參加這些公開(kāi)競(jìng)賽，可以充分展現(xiàn)出自身的專(zhuān)業(yè)綜合素質(zhì)與能力。在設(shè)計(jì)課程體系的過(guò)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(duì)接?？梢詫W(xué)生在參加競(jìng)賽過(guò)程中所獲得的各類(lèi)成績(jī)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(jìng)賽的良好風(fēng)尚，激發(fā)參賽熱情。學(xué)校要樹(shù)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(guó)內(nèi)各大單片機(jī)設(shè)計(jì)競(jìng)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(jìng)賽的競(jìng)爭(zhēng)意識(shí)，從而培養(yǎng)學(xué)生的良好學(xué)習(xí)風(fēng)氣。通過(guò)參加各種競(jìng)賽，學(xué)生會(huì)更加牢固掌握本專(zhuān)業(yè)的理論與實(shí)踐知識(shí)，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(dòng)教學(xué)質(zhì)量的穩(wěn)步提升。

D.建立健全單片機(jī)競(jìng)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(jìng)賽活動(dòng)，可以將學(xué)生競(jìng)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(zhuān)業(yè)的競(jìng)賽活動(dòng)中去。學(xué)校通過(guò)設(shè)立多層次的技能競(jìng)賽，從而將競(jìng)賽與教學(xué)有機(jī)結(jié)合在一起。技能競(jìng)賽分為初賽與決賽兩個(gè)階段，初賽是本專(zhuān)業(yè)全體學(xué)生都需要參加，從而對(duì)全體學(xué)生的理論知識(shí)掌握情況進(jìn)行考查，初賽成績(jī)優(yōu)秀的學(xué)生可以參加決賽。針對(duì)參加決賽的優(yōu)秀學(xué)生，學(xué)校可以組織其參加專(zhuān)業(yè)的競(jìng)賽集訓(xùn)，通過(guò)重點(diǎn)培養(yǎng)來(lái)獲取全國(guó)競(jìng)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(jí)和2018級(jí)電氣專(zhuān)業(yè)開(kāi)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(jī)相較于往屆學(xué)生人均提高7分；學(xué)生參加各類(lèi)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)大賽都喜獲佳績(jī)，分別獲得智能車(chē)全國(guó)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(guó)一等獎(jiǎng)1項(xiàng)、三等獎(jiǎng)3項(xiàng)；中國(guó)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(wú)論在質(zhì)量還是數(shù)量上都提升明顯。

4 結(jié)語(yǔ)

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(duì)于單片機(jī)的使用及創(chuàng)新實(shí)踐能力。企業(yè)對(duì)于大學(xué)生的單片機(jī)綜合開(kāi)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(guò)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(guò)競(jìng)爭(zhēng)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(guò)“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。