面向应用型人才培养的单片机教学改革思考与探索

    肖海宁 王福元 袁健 侯鹏亮 曾勇 张永悦

    

    

    

    摘 要：《单片机原理与应用》是高等学校机械类专业的一门重要的专业基础课程，对培养机械领域应用型人才实践能力具有重要意义。首先分析了当前单片机教学中存在的问题，其次，以培养高素质应用型人才为导向，对单片机教学改革进行了思考和探索，从培养目标、教学内容、教学手段、考核体系等角度提出了改革措施。实践表明，这些措施有助于培养学生对单片机知识的综合应用能力。

    关键词：教学改革;单片机原理与应用;应用型人才

    一、绪论

    近年来，为了推动制造业的转型升级，多个国家纷纷出台了各自的智能制造发展战略。而智能制造的实现离不开高素质的人才，应用型高校承担着为社会培养应用型人才的重任，因此，“如何优化应用型人才培养模式，将培养目的从单纯知识的传授转化对知识综合应用能力的培养。”已成为应用型高校的重要研究课题。

    《单片机原理与应用》是机械类专业的一门必修课[1]。该课程以应用广泛的51系列单片机为学习对象，主要讲述51系列单片机的软硬件结构、功能及工作原理[2]。由于单片机课程内容多，学生普遍反应单片机结构复杂、概念难理解，指令难记，缺乏学习兴趣和动力。即便是部分理论成绩比较好的同学，在后续课程设计及毕业设计中也会暴露出理论知识应用能力不强，实践技能缺乏的现象。为了探索面向应用型人才培养的单片机教学新模式，本文首先分析现阶段单片机教学中存在的问题，其次，从教学内容、教学及考核方式改革等方面进行探索，提出对应的改进措施，将人才培养目的从单纯单片机知识的传授转化对知识综合应用能力的培养。

    二、现阶段单片机教学中存在的问题

    （一）教学内容过于偏重理论，教学效果不理想

    以本校《单片机原理与应用》课程为例，共40学时，其中，理论32学时，实验部分仅有8学时。理论内容较多，不少老师为了追求知识点的系统性和完整性，陷入贪多求全、过于偏重理论知识的误区[3]。而对知识点的应用场合及方法介绍较少。极易引发学生产生“不知如何用，学了没有用。”的厌学情绪，教学效果不理想。

    （二）教学方法单一、理论教学与实验教学严重脱节

    单片机一般都是按照先理论后实验的顺序组织教学，由于学时有限，在理论教学中，教学方法基本以知识点讲授为主，在进行长时间的理论讲授后，学生基本已无学习热情。等到实验教学时，由于学习热情和时间差，学生对实验所需的理论知识基本已淡忘，不仅影响实验教学开展，也无法实现通过实验帮助理解理论知识的目的。

    （三）考核方式单一、难以考查学生对知识的综合应用能力

    目前，在不少高校的单片机课程考核体系中，期末成绩占比较高，一般在70%以上，而实验成绩和平时成绩占比在30%以下，对学生实践能力考核不够重视。

    三、单片机教学思考与探索

    针对单片机教学中存在的上述问题，笔者所在的教学团队从培养目标、教学手段、考核体系等角度开展了一系列的改革思考与探索，具体措施如下。

    （一）面向地方产业发展需求，构建知识综合应用能力培养目标

    以盐城本地及周边区域机械产业发展需求为切入点，依据机械行业不同岗位的工作任务构建单片机课程教学的能力目标。为此，教学团队成员通过分析企业不同岗位职责及其对应用能力的需求，确立课程教学的能力目标，如表1所示。增加了单片机的软硬件系统设计、调试等能力的培养目标。

    （二）以知识综合应用能力为导向，对课程教学内容及体系进行优化和重构

    针对单片机课程存在的理论知识多而学时少的问题，本着“以能力为导向，突出实用性”的原则，对单片机课程的教学内容进行了重构，首先，在知识点体系上，不再按照课程原有章节顺序组织教学，而是根据能力目标对课程知识点重新分类和统筹，整合成三个教学模块，每个模块包括的教学内容、学时分配及支撑的能力目标如表2所示。其次，在教学内容上根据机械行业发展趋势，对课程内容进行了优化和调整。考虑到行业对控制系统设计、调试、仿真等人才的需求日益增加，增加了Keil C51及Protel DXP软件知识及操作能力培养教学。

    （三）探索教学手段多样化，形成“理论”与“实践”有机结合的教学新模式

    为了解决课程传统教学中学时有限、教学方法单一的问题，基于“线上+线下混合教学”的思想，以中国大学MOOC为载体，制作了线上教学资源，在课前及课后指导学生利用网上教学资源自学，解决了学时不足的问题。

    针对理论教学与实验教学严重脱节的现状，笔者所在的教学团队将理论与实验教学相互融合，以单片机存储器扩展为例，改革前，该教学内容分配了4个学时，均为理论学时，改革后，由于采用了“线上+线下混合教学”模式，单片机总线结构、系统扩展能力等理论知识点均在课前通过线上方式完成了教学，从而将理论学时缩短至2学时，并在理论学习后，立即安排2学时的动手实验，培养学生动手能力。最后，增加课后项目设计环节，指导学生利用Protel软件完成单片机存储器扩展电路原理图的绘制，增强学生工程能力素养。最终形成了“理论”与“实践”有机结合的教学新模式。

    （四）建立过程评价与期终评价相结合，能够反映学生综合素质与能力的课程考核评价体系

    基于学生能力培养目标，教学团队建立了如表3所示的考核评价体系。对于理论知识部分，改革后的评价体系除了采用过程性评价与终结性评价相结合的方式，通过采用课堂提问、平时作业等过程性评价手段动態监测学生在课程学习过程中的表现和取得的学习效果。而终结性评价采用期末闭卷考试来获得，但从工程应用能力的角度出发，不考察单纯记忆性的考试题型，主要考察一些设计、分析类的题型，以此强化对学生综合应用能力的考查。对于实践能力部分，其过程性评价由每一个实验项目的实验操作和实验报告构成，而终结性评价则通过项目设计来考察，将项目设计的成绩作为期末实验考核成绩。

    四、改革效果及分析

    上述改革措施目前已在盐城工学院机械设计制造及其自动化专业的《单片机原理与应用》课程的教学中逐步推行。根据具体的实施情况，改革实践对课程教学带来了如下的作用和效果：（1）通过构建知识综合应用能力培养目标，能够使课程教学直接服务于岗位能力的培养需求，推动了原有以知识为中心的教学向塑造工程实践能力为中心转变;（2）通过对课程内容的优化初步解决了学时不足问题，而课程内容增加了Keil C51及Protel DXP软件知识及操作能力培养内容，能够让学生以应用为出发点来学习理论，不仅有助于激发学生的学习兴趣，而且可以培养学生的工程意识和工程思维;（3）通过教学手段多样化，使实验学时占比大幅增加，实现了课程理论教学与实验教学的有机融合;（4）多元化的综合考核评价体系不仅体现了课程考核的过程性和全面性，能够反映出学生平时的学习状态和最终的学习效果，有利于促使学生端正平时学习态度。

    五、结语

    《单片机原理与应用》是应用型本科院校机械类专业的主要必修课程之一，对培养机械领域应用型人才实践能力具有重要的意义。本文从人才培养目标、教学内容、考核体系等角度对《单片机理论及应用》课程改革开展了一系列的思考和探索。初步实施表明这些措施能够有效锻炼学生运用理论知识解决实际问题的综合应用能力，培养其工程思维和创新意识。

    参考文献：

    [1]仝军令，司卓印，梁斌.机械工程专业“单片机原理与接口技术”课程教学改革与实践[J].教育教学论坛，2019（42）：127-128.

    [2]张鹏程，等.“互联网+”背景下《单片机原理与外围电路》教学方法改革与探索[J].教育现代化，2019，6（45）：58-59.

    [3]李莉娜，胡新颜.单片机应用技术教学改革和探索[J].科技风，2020，5：52.

    基金项目：盐城工学院教改研究项目（学分缩减背景下的专业课教学质量保证措施与控制对策研究，JYKT2019B007）;盐城工学院教改研究项目（新工科背景下“机械类”专业基层教学组织建设研究，JYKT2019B008）

    作者簡介：肖海宁（1985—），男，江苏南通人，博士，盐城工学院讲师，研究方向：制造系统仿真与优化、AGVS调度理论及方法等。