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        “以賽促能”在單片機(jī)課程教學(xué)中的實踐研究——以西藏農(nóng)牧學(xué)院電氣工程學(xué)院為例

        2021-08-21 03:00:50龔雪嬌朱瑞金
        黑龍江科學(xué) 2021年15期
        關(guān)鍵詞:競賽單片機(jī)大賽

        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)是一種微型計算機(jī)系統(tǒng),它分別由中央處理器、存儲器、I/O接口、定時器/計時器以及中斷系統(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,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)真實開發(fā)能力,所以,提高學(xué)生的單片機(jī)實踐創(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)實踐開發(fā)能力,從而培養(yǎng)學(xué)生的實踐創(chuàng)新能力?!耙再惔倌?、以賽促教、賽教融合”的教學(xué)實踐理念在開拓學(xué)生的工程意識和培養(yǎng)實踐創(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),第二部分為實驗教學(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。實驗部分大多數(shù)都是簡單的操作實驗,工程實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 重理論而輕實踐

        當(dāng)前的教學(xué)過程中,老師經(jīng)?;ㄙM(fèi)大量的教學(xué)時間來給學(xué)生傳授單片機(jī)理論知識,教學(xué)重點就是讓學(xué)生理解并接受所傳授的理論知識。即使是單片機(jī)的實驗課,學(xué)生也是按照老師編寫好的實驗步驟去按部就班地完成相關(guān)實驗課程,學(xué)生即使做完實驗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)計和使用單片機(jī)。

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

        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)新實踐能力?!耙再惔倌堋钡慕虒W(xué)實踐培養(yǎng)模式在高等教育單片機(jī)教學(xué)實踐改革中起到類似“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”。通過這四個教學(xué)部分的互相促進(jìn)與融合,最終實現(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)用是一門實踐性很強(qiáng)的課程,旨在培養(yǎng)學(xué)生的動手實踐能力和軟硬件的設(shè)計能力,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)生提供了個人單片機(jī)設(shè)計及創(chuàng)新的展現(xiàn)舞臺。通過參加各類單片機(jī)設(shè)計大賽,可以鍛煉學(xué)生的創(chuàng)新能力以及單片機(jī)軟硬件設(shè)計的動手實踐能力,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)生在競賽中需要動手制作單片機(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)、實踐與創(chuàng)新三位一體的教學(xué)模式,搭建一個廣闊的教學(xué)平臺。

        3.3 “以賽促能”教學(xué)實踐培養(yǎng)模式的實施

        A.設(shè)計基于競賽的實訓(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)計及軟件程序的編寫。目前,在教學(xué)過程中,高校用于實驗教學(xué)的單片機(jī)實驗箱只包含了基本的實驗功能。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)計單片機(jī)實驗教學(xué)儀器,讓學(xué)生從最基礎(chǔ)的實驗箱的元器件選型、電路原理圖的繪制以及PCB電路板上的元器件焊接、實驗箱的程序編寫來進(jìn)行。這些實踐動手環(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、制作單片機(jī)實驗箱的過程中,學(xué)生可以熟練掌握單片機(jī)的硬件設(shè)計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)競賽積累豐富的實踐經(jīng)驗。

        B.提前制定培養(yǎng)方案和競賽計劃。參加單片機(jī)競賽的核心在于培養(yǎng)單片機(jī)設(shè)計應(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結(jié)合目前國內(nèi)單片機(jī)的競賽項目,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)計大賽、STC杯單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計大賽、全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽、全國大學(xué)生嵌入式設(shè)計大賽以及全國大學(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”的實踐教學(xué)改革風(fēng)氣,鼓勵學(xué)生積極參與到國內(nèi)各大單片機(jī)設(shè)計競賽中,在學(xué)生提升單片機(jī)設(shè)計應(yīng)用能力的同時,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),通過重點培養(yǎng)來獲取全國競賽獎項。

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

        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)計大賽都喜獲佳績,分別獲得智能車全國二等獎1項、西部賽區(qū)一等獎兩項;節(jié)能減排大賽全國一等獎1項、三等獎3項;中國機(jī)器人及人工智能大賽一等獎1項、二等獎1項;西藏自治區(qū)工業(yè)設(shè)計大賽銀獎一項。這兩屆學(xué)生參加大學(xué)生電子設(shè)計大賽無論在質(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)模式實踐改革,取得了良好的教學(xué)效果。

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