馮琤，郭麗紅，包永強(qiáng)，宋宇飛，徐偉業(yè)

（南京工程學(xué)院，江蘇南京 211167）

單片機(jī)原理及應(yīng)用課程是電子信息類專業(yè)的一門重要基礎(chǔ)課程，在課程體系中起著承上啟下的重要作用[1-2]。課程以實(shí)際工程應(yīng)用為基礎(chǔ)，以MCS-51系列單片機(jī)為模型，由淺入深、循序漸進(jìn)地設(shè)置了單片機(jī)的基礎(chǔ)、結(jié)構(gòu)與功能應(yīng)用等理論知識(shí)，用來(lái)培養(yǎng)動(dòng)手能力強(qiáng)、符合實(shí)際需求的單片機(jī)專業(yè)人才。單片機(jī)原理及應(yīng)用課程的學(xué)習(xí)難度較大，例如課程中硬件電路設(shè)計(jì)、邏輯程序設(shè)計(jì)與編寫等，對(duì)于應(yīng)用型本科高校的學(xué)生而言，是非常重要的內(nèi)容，也是比較難掌握的知識(shí)。

在傳統(tǒng)的單片機(jī)課程教學(xué)過(guò)程中，大多是教師講，學(xué)生聽(tīng)，教師占主導(dǎo)地位，學(xué)生處于被動(dòng)學(xué)習(xí)狀態(tài)，這種教學(xué)模式容易導(dǎo)致學(xué)生失去學(xué)習(xí)興趣，難以培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考問(wèn)題的能力[3-4]。同時(shí)，學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的掌握往往相對(duì)薄弱，且大多數(shù)學(xué)生并不喜歡理論性強(qiáng)的課程。傳統(tǒng)PPT+板書的教學(xué)手段顯得枯燥無(wú)味，難以吸引學(xué)生對(duì)課堂的注意力，降低了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。另外，在學(xué)生學(xué)習(xí)效果評(píng)價(jià)上，目前主要依據(jù)理論試卷的分?jǐn)?shù)，雖然實(shí)現(xiàn)了知識(shí)點(diǎn)在教學(xué)和考查過(guò)程中的統(tǒng)一化與標(biāo)準(zhǔn)化，但是對(duì)于單片機(jī)這類課程，對(duì)學(xué)生理論知識(shí)掌握情況的考查只是一方面，更需要考查學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力[5]。為了實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新型應(yīng)用人才的培養(yǎng)目標(biāo)，面向應(yīng)用型人才培養(yǎng)的單片機(jī)課程教學(xué)的創(chuàng)新與實(shí)踐是十分必要的。

1 教學(xué)目標(biāo)設(shè)計(jì)

根據(jù)成果導(dǎo)向教育理念[6-7]，課程教學(xué)目標(biāo)圍繞學(xué)生職業(yè)能力發(fā)展提升進(jìn)行重構(gòu)，培養(yǎng)學(xué)生利用單片機(jī)系統(tǒng)解決設(shè)計(jì)問(wèn)題的能力[8-9]。最新版的單片機(jī)課程大綱以應(yīng)用型人才的需求特點(diǎn)和畢業(yè)要求為出發(fā)點(diǎn)，確定了包含知識(shí)目標(biāo)、能力目標(biāo)和素質(zhì)目標(biāo)三部分的教學(xué)目標(biāo)。

知識(shí)目標(biāo)：旨在要求學(xué)生掌握MCS-51 的基本結(jié)構(gòu)和工作原理，熟悉MCS-51 的尋址方式、指令系統(tǒng)，掌握匯編語(yǔ)言和C51 程序設(shè)計(jì)方法、MCS-51 內(nèi)部中斷系統(tǒng)、并行I/O 口、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串行通信口等資源的使用方法；掌握常見(jiàn)外部設(shè)備和接口。該部分要注重工程實(shí)例的適當(dāng)引入，使學(xué)生更加清晰地認(rèn)識(shí)到重點(diǎn)內(nèi)容在行業(yè)的應(yīng)用，能夠正確使用單片機(jī)系統(tǒng)資源分析和解決問(wèn)題。

能力目標(biāo)：旨在要求學(xué)生具備基于MCS-51 單片機(jī)的小型電子應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)、調(diào)試以及開(kāi)發(fā)能力。以培養(yǎng)學(xué)生工程實(shí)踐能力為切入點(diǎn)，著重培養(yǎng)學(xué)生的單片機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)，工程實(shí)踐能力、發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和解決問(wèn)題能力。在此過(guò)程中學(xué)生自主發(fā)揮，注重個(gè)人創(chuàng)新能力的提升。

素質(zhì)目標(biāo)：旨在培養(yǎng)學(xué)生的工匠精神、精益求精、社會(huì)責(zé)任感等，幫助學(xué)生建立正確的人生觀、價(jià)值觀，使現(xiàn)自我認(rèn)同，激發(fā)學(xué)習(xí)的內(nèi)動(dòng)力，并在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中體現(xiàn)創(chuàng)新意識(shí)，考慮社會(huì)、健康、安全、法律、文化以及環(huán)境等因素。

2 教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)

單片機(jī)課程以MCS-51 系列單片機(jī)為基礎(chǔ)，系統(tǒng)介紹單片機(jī)硬件結(jié)構(gòu)、資源、接口、工作原理等，使學(xué)生掌握相關(guān)的匯編指令、編程語(yǔ)言和開(kāi)發(fā)環(huán)境，熟悉小型單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、調(diào)試與開(kāi)發(fā)過(guò)程。

在理論教學(xué)部分，課題組在講解基礎(chǔ)知識(shí)及各模塊工作原理的基礎(chǔ)上，注重與項(xiàng)目案例相結(jié)合，引入項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式教學(xué)方法，讓學(xué)生能夠在實(shí)際案例的基礎(chǔ)上構(gòu)建知識(shí)體系。

在課程實(shí)驗(yàn)部分，基礎(chǔ)操作內(nèi)容在單片機(jī)實(shí)驗(yàn)箱上完成[10]，由學(xué)生獨(dú)自完成實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，并在此基礎(chǔ)上，結(jié)合簡(jiǎn)單的實(shí)際案例項(xiàng)目，進(jìn)行硬件電路設(shè)計(jì)和程序編寫，嘗試簡(jiǎn)單項(xiàng)目的設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)與改進(jìn)，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣[11]。

值得一提的是，在實(shí)踐設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，除了典型實(shí)驗(yàn)的仿真外，融入科技創(chuàng)新項(xiàng)目是非常有必要的，包括大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)計(jì)劃訓(xùn)練項(xiàng)目、各類相關(guān)的學(xué)科競(jìng)賽，從方案的選取、單片機(jī)開(kāi)發(fā)板的設(shè)計(jì)，到系統(tǒng)的調(diào)試，學(xué)生都可以全程參與，有效提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，進(jìn)而提高了教學(xué)質(zhì)量。

3 教學(xué)模式改進(jìn)

傳統(tǒng)的教學(xué)模式以教師講授理論知識(shí)為主，在這種教學(xué)模式下，學(xué)生對(duì)理論和程序代碼難以產(chǎn)生興趣和學(xué)習(xí)動(dòng)力，在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，學(xué)生通常也只是被動(dòng)地根據(jù)教師編寫的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書完成硬件連接和代碼輸入，這種授課方式很難達(dá)到創(chuàng)新應(yīng)用型人才培養(yǎng)的教學(xué)目標(biāo)，因此，課題組對(duì)教學(xué)模式進(jìn)行了改進(jìn)。

課題組立足學(xué)生工程能力的培養(yǎng)，同時(shí)配合學(xué)院做好專業(yè)教育，在新生入學(xué)時(shí)，為其發(fā)放科研“大禮包”，其中就有單片機(jī)開(kāi)發(fā)板和相關(guān)工具包，單片機(jī)開(kāi)發(fā)板集成了單片機(jī)CPU 核心模塊、獨(dú)立按鍵、繼電器、譯碼器、紅外接收等獨(dú)立模塊，工具包也備有點(diǎn)焊槍、烙鐵架、松香、替換焊頭等基本工具，學(xué)生可以利用它們，結(jié)合軟件編程，探索設(shè)計(jì)交通燈、遙控電機(jī)、紅外報(bào)警器等實(shí)用小系統(tǒng)。通過(guò)這款“大禮包”的發(fā)放，學(xué)生在單片機(jī)課程開(kāi)課之前即對(duì)單片機(jī)到底學(xué)什么、未來(lái)可以用它做什么有一個(gè)初步的了解，并激發(fā)了學(xué)習(xí)興趣，后續(xù)開(kāi)展單片機(jī)課程時(shí)，這份單片機(jī)開(kāi)發(fā)板和工具包也有助于學(xué)生自己動(dòng)手實(shí)踐，鞏固理論知識(shí)。

開(kāi)課后，課題組主要采用線上線下混合教學(xué)模式，通過(guò)學(xué)習(xí)通等平臺(tái)進(jìn)行課堂內(nèi)外的師生互動(dòng)，起到輔助教學(xué)的作用。教師在授課前將相關(guān)學(xué)習(xí)資料推送到線上平臺(tái)，包括發(fā)布課程公告、授課課件、與知識(shí)模塊相對(duì)應(yīng)的實(shí)際項(xiàng)目案例介紹以及課后作業(yè)等，學(xué)生課前可以接收到大量指導(dǎo)性資源，提前熟悉主要授課內(nèi)容，進(jìn)行相應(yīng)理論知識(shí)的預(yù)習(xí)，對(duì)項(xiàng)目案例的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)進(jìn)行思考，為線下學(xué)習(xí)做好充足的準(zhǔn)備。這種方式使得教學(xué)可以順利開(kāi)展，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的目標(biāo)性和積極性，同時(shí)，線上平臺(tái)開(kāi)放留言和與教師交流的功能，方便為學(xué)生答疑解惑，也使得教師能夠更好地掌握學(xué)生的預(yù)習(xí)情況，在授課過(guò)程中能更有針對(duì)性地對(duì)知識(shí)內(nèi)容進(jìn)行講解。

線下課堂授課時(shí)，注意將教材內(nèi)容與線上資源結(jié)合，進(jìn)行模塊化講解，理論概念要與實(shí)際項(xiàng)目案例相結(jié)合，注重引導(dǎo)學(xué)生將理論知識(shí)應(yīng)用于實(shí)踐，讓學(xué)生自主進(jìn)行案例設(shè)計(jì)，讓學(xué)生在掌握理論知識(shí)的同時(shí)，更加注重知識(shí)的應(yīng)用，提升學(xué)生的開(kāi)發(fā)能力。課后作業(yè)除了考查和鞏固理論知識(shí)外，針對(duì)知識(shí)模塊，教師給出相應(yīng)項(xiàng)目設(shè)計(jì)題，學(xué)生3～5 人一組進(jìn)行分組設(shè)計(jì)，在單片機(jī)開(kāi)發(fā)板上完成項(xiàng)目設(shè)計(jì)，并在下次授課的知識(shí)回顧環(huán)節(jié)進(jìn)行討論和講解，教師在課后也會(huì)上傳設(shè)計(jì)題目的解題思路和實(shí)現(xiàn)過(guò)程，并進(jìn)行實(shí)物演示。另外，線上平臺(tái)還有投票、搶答等功能，可以將其作為教學(xué)的互動(dòng)環(huán)節(jié)。

4 多維評(píng)價(jià)體系設(shè)計(jì)

單片機(jī)課程不僅需要學(xué)生掌握基礎(chǔ)理論知識(shí)，更需要培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用理論知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力[12-13]。單純依靠作業(yè)和卷面考試成績(jī)無(wú)法全面有效地評(píng)價(jià)教學(xué)目標(biāo)達(dá)成情況，根據(jù)評(píng)價(jià)需要，課程組教師探索出一套合理的多維教學(xué)評(píng)價(jià)考核體系。

在成績(jī)考核方面，提高實(shí)踐動(dòng)手能力的考核占比，且考核內(nèi)容更加多元化。

課堂表現(xiàn)部分。由于課內(nèi)增加了項(xiàng)目案例的設(shè)計(jì)與討論環(huán)節(jié)，所以課堂表現(xiàn)成績(jī)不再以簡(jiǎn)單的點(diǎn)名考勤、回答理論知識(shí)為主，而是更加側(cè)重學(xué)生在項(xiàng)目案例設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的表現(xiàn)，包括獨(dú)立思考能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。教師會(huì)根據(jù)設(shè)計(jì)題目明確學(xué)生的設(shè)計(jì)目標(biāo)和考核得分點(diǎn)，以對(duì)學(xué)生進(jìn)行考核。

課內(nèi)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)。由于優(yōu)化了課程實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，除了對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)中理論知識(shí)的掌握程度進(jìn)行評(píng)價(jià)外，更加重視學(xué)生的動(dòng)手設(shè)計(jì)能力和創(chuàng)新能力?；诖耍n題組制定了相應(yīng)的考核標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案的可行性、先進(jìn)性、操作性以及實(shí)際結(jié)果的展示等方面體現(xiàn)的學(xué)生理論知識(shí)掌握度、實(shí)際動(dòng)手能力和創(chuàng)新性思維進(jìn)行客觀、全面的考核。

理論試卷考核。各知識(shí)點(diǎn)考查的分值比重依據(jù)課程大綱執(zhí)行，注重基本知識(shí)掌握情況考查的同時(shí)，根據(jù)應(yīng)用型本科院校的辦學(xué)特色與內(nèi)涵，適當(dāng)增加設(shè)計(jì)類型的試題，讓學(xué)生以實(shí)際工程應(yīng)用為題干，運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，學(xué)會(huì)在理論及代碼編程的基礎(chǔ)上解決實(shí)際問(wèn)題，考查學(xué)生獨(dú)立分析和解決問(wèn)題的能力。

其他考核渠道。由于掌握單片機(jī)方面的知識(shí)有助于學(xué)生參加諸如電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽、物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)競(jìng)賽等學(xué)科競(jìng)賽項(xiàng)目和各類大學(xué)生科技創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目，為鼓勵(lì)學(xué)生積極參與、將所學(xué)知識(shí)應(yīng)用于學(xué)科競(jìng)賽和項(xiàng)目中，課題組將競(jìng)賽成績(jī)和項(xiàng)目獲批/完成情況作為平時(shí)成績(jī)的加分項(xiàng)。

5 結(jié)語(yǔ)

高等院校創(chuàng)新應(yīng)用型人才的培養(yǎng)，需要專業(yè)課授課教師在課程教學(xué)的研究與實(shí)施中做大量工作。面向創(chuàng)新應(yīng)用型人才培養(yǎng)的單片機(jī)課程，應(yīng)將培養(yǎng)學(xué)生利用單片機(jī)系統(tǒng)解決問(wèn)題能力放在首位，在重視學(xué)生掌握理論知識(shí)的同時(shí)，更要注重鼓勵(lì)和引導(dǎo)學(xué)生向工程實(shí)踐轉(zhuǎn)化，因此，要在教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式以及評(píng)價(jià)體系等方面進(jìn)行改革和創(chuàng)新，增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)單片機(jī)的興趣和積極性，提高學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力，提高單片機(jī)課程的教學(xué)質(zhì)量。