《“讲课与实验相融合”的单片机原理及应用课程教学改革与实践》-教育论文，高教论文-论文范文参考-科学狗论文网

标题

“讲课与实验相融合”的单片机原理及应用课程教学改革与实践

范文

张乐乐　徐刚　梅秀庄　徐永祥

摘? 要：《单片机原理及应用》是一门实践性很强的专业教学课程，探索课堂中以学生为主体、教师为主导的教学改革，充分调动学生学习的积极性，以实现学生综合能力的培养具有重要意义。文章针对传统授课方式即“讲课与实验相分离”的教学方式中存在的诸多问题，提出了“讲课与实验相融合”的四阶段教学改革与实践措施，使得教学效果得到显著提升，并总结和分析了教学改革成效。

关键词：单片机;课程分离;课程融合

中图分类号：G642 文献标志码：A? ? ? ? ?文章编号：2096-000X（2020）36-0154-04

Abstract： Principle and application of single chip microcomputer （SCM） is a practical course. Therefore， it is of great significance to explore the student-centered and teacher-led teaching reform and fully arouse students' enthusiasm in learning to develop the students' comprehensive ability. In this paper， in view of the problems from traditional teaching method with "the separation of lectures and experiments"， we propose the four-stage reform in education with "combining lectures with experiments". In this way we get better results in teaching， and present the summary and analysis of the effect of teaching reform.

Keywords： SCM; curriculum separation; curriculum fusion

一、概述

《單片机原理及应用》是电类专业必修的一门实践性很强的专业教学课程。课程主要研究单片机的基本原理和汇编语言程序设计及其系统扩展。根据本课程的特点，在课程教学中需要理论与实践相结合，已有文献对单片机课程进行了相关教学改革如优化教学方法和教学内容、加强实践教学等[1-4]。然而，在实际的专业教学过程中，单片机课程的实践没有与理论教学进行实时有效的融合，造成学生们学习效率低，无法在实践中高效率地提高知识的掌握程度和动手能力的培养。积极探索以学生为主体，以教师为主导，充分调动学生学习的积极性的单片机课程改革，以实现学生综合能力的培养具有重要意义。

二、《单片机原理及应用》课程特点

（一）教学内容特点

1. 实践性强。《单片机原理及应用》课程内容主要包括单片机内部基本结构、汇编语言寻址方式和程序设计方法、C51语言和程序设计方法、中断系统、串行接口与串行通信以及单片机的系统扩展。其中单片机内部基本结构介绍了单片机内部的基本组成以及各功能模块的作用以及单片机内部运行机理;汇编语言和C语言则可以结合Keil软件进行程序编写与调试;中断系统为单片机的核心组成，也是这门课程的重点和难点内容，该课程的学习可以结合单片机开发板进行软硬件调试，以掌握该内容;串行口与串行通信以及单片机的系统扩展为单片机课程的扩展内容，需结合相关软硬件进行学习。因此，课程内容中都具有很强的实践性，需要结合单片机开发板进行硬件调试和软件编程。

2. 课程内容独立。《单片机原理及应用》课程内容具有较强的独立性，不需要具备较多本专业课程理论知识。因此该课程可以开设的学期较灵活，根据不同专业人才培养目标的不同，可以结合其他课程，建立以单片机课程为核心的实践类课程群，为课程实训、课程设计、专业综合设计以及毕业设计奠定基础。

（二）授课对象特点

大部分高校单片机课程的开课学期为第5或第6学期的大三年级学生，该年级学生是本科生中科技创新的主体，部分学生会参加创新项目和科技竞赛，因此单片机课程的有效学习，对于学生的科技创新尤为重要。由于大三年级学生学习目的性比较强，因此有效的教学方法可以大大提升学生的学习效率。

二、单片机课程教学中存在的问题：“讲课与实验相分离”

目前大部分高校单片机课程的教学还是采用“讲课+实验”分离课堂的方式进行，老师和学生需要到教室进行规定学时的课堂授课，然后再去指定实验室完成规定学时的实验教学。这样势必会造成某些情况出现如授课内容和实验内容存在脱档，也就是大部分老师会选择先完成讲课内容，然后再去做实验，这样的教学效果很难高效地使学生掌握相关理论知识和实践内容;由于目前大部分工科院校仍然采用体积较大的实验台进行实验教学，因此学生们需要到指定的实验室完成实验课程，由于传统实验台体积大、价格高，一般院校受到经费、实验面积等条件的限制，很难做到每位学生一个实验台，学生们被分成3-5人的小组进行实验，这样势必会造成部分学生懒惰不能自主地完成实验，影响教学效果，很难真正意义上培养学生们的动手能力。

随着芯片技术的不断发展，集成度不断提高，价格不断降低，传统体积庞大且价格昂贵的实验台被体积小、性价比高的实验箱所取代，学生们利用相应的实验指导教程可以得到充分锻炼。除此之外，笔记本电脑性价比也在不断提高，每位大学生都可以根据自身条件配备不同性能的便携式电脑。基于此背景下，在课堂中可以同时完成讲课与实验教学，即“把实验室搬进课堂”，这样对提高学生的学习效率和激发学生的学习兴趣，显得尤为重要。

三、单片机教学改革与实践：“讲课与实验相融合”

目前，大多数高校的电类专业都开设了单片机课程，由此可见单片机课程的学习对今后踏入社会进入高新科技企业的人才起着重要作用。智能控制中最简单的微控制器就是MCS-51单片机，单片机相关知识的学习是其它智能微控制器的基础，那么，教学内容和教学方法的改革就是提升教学质量的有效途径。

近几年，以单片机课程为核心的课程群教学团队进行了多次讨论以及实践，通过对讲课内容与实验内容的整合，给出了一套行之有效的教学方法，为下一阶段的人才培养方案修订、工程教育专业认证以及一流专业建设提供了新思路。课程改革的过程主要分为四个阶段如图1所示，具体实施过程如下：

第一阶段，我校测控专业培养方案中单片机课程中讲课为32学时，实验为8学时。从2015级学生开始将单片机实验以及科研项目引入课堂中，任课老师根据教学设计将单片机实验箱、便携式电脑和示波器等实验仪器带到课堂，针对课程内容设置的8学时实验，在课堂中为学生们进行演示，由于课程内容与实验内容是实时关联的，学生们具备实验所需的理论与实践知识，因此，学生们对此产生极高的学习热情，提高了对知识的理解和应用能力。当学生们进入实验室完成规定学时实验时，能够高效地完成实验指导书规定步骤以及程序编写，大大提升实验课的学习效率。

第二阶段，2016级和2017级学生在老师的引导下，部分同学在课程开始前已经准备了微型单片机实验箱，该实验箱价格便宜且功能齐全，大部分学生都可以从网上买来进行课程学习和科技创新。在课程进行中老师会选取部分易操作实验，让学生们在课堂中完成相关实验，并让部分同学对实验进行讲解，这样让之前枯燥的课堂变得生动有趣，学生们在动手中产生学习兴趣。此外，课程将相对复杂的实验放在实验室中进行，这样学生们有充分时间解决较难问题，大大提升学生的实践能力。

第三阶段，通过资源配置，向学院申请经费购买微型单片机实验箱，做到每位学生手上有一个微型实验箱，通过对课程内容和实验的优化，去掉传统的分离实验学时，增大讲课学时，并且优化实验内容使其更适宜在教学课堂中进行，将复杂的实验项目放到为期两周的单片机实训、专业综合设计课程中，这样学生能够充分利用该时间完成指定题目和创新题目。

第四阶段，通过前几个阶段的教学改革和实践进而建立健全单片机课程的课程标准、教学方法和硬件资源，完全实现讲课与实验相融合，培养学生的理论与实践相结合能力，重点提升了学生的学习兴趣，打开学生专业课学习的热情，并且能提早让学生参与到科技创新中。

四、单片机教学改革与实践成效

（一）课程成绩

将实验内容和相关科研项目引入课堂中，在课堂中授课老师逐一讲解和演示，部分同学利用自己的实验箱动手实操，将课程理论知识与实践相结合，让学生们更主动地参与课堂的互动中。通过对三个年级的单片机课程进行改革与实践，从任课老师的反馈中可发现班级中学生听课率高，回答问题积极，缺勤同学较少，能很好地掌握学习内容。为了验证本文提出的改革与实践措施的有效性，选取了2012级-2017级连续六年的单片机课程成绩进行统计，分别给出了每个年级不同分数段的统计结果如表1所示，从表中分析可知不及格人数在教学改革与实践之前也就是2012级-2014级学生，其平均不及格人数约为21人，不及格人数占班级平均总人数的百分比约为32.3%。2015级开始进行单片机课程的教学改革，不及格人数相比前面下降了9人，占比为13.2%，下降了19.1%。2016级教学效果明显仅有2位同学不及格，占比为2.9%，相比2015级下降了29.4%。而2017级不及格人数为0，由此可见课程教学改革与实践效果非常显著。除此之外，成绩在优秀和良好的学生总人数也在逐渐升高，2015级-2017级分别为16人，22人，37人，该数据则能从总体说明教学改革与实践对全部学生都有积极影响，大大提升了学生的学习效率和学习热情。图2给出了不同年级不同分数段统计结果，从图中很明显看出从2015级开始成绩分布规律较符合正态分布，与2012级-2014级相比，可见本课程教改与实践意义重大。

（二）科技创新

《单片机原理及应用》这门课程在学生们的科技创新中起着重要作用[5-6]，如何让学生将单片机应用于实践中具有重要意义。通过本次课程改革实现了讲课与实验相融合，课程中可以围绕以单片机为核心的项目或实验进行演示、实操和讲解，这对学生接下来完成已有的创新项目、申请新的创新项目或者参加科技竞赛提供了解决问题的思路以及创新想法。通过近几年的课程改革发现，学生在科技创新中保持较高的水平，申请创新项目和参加科技竞赛的学生数量逐年增高，同时近几年学生申请专利的数量也在增高，每届学生授权的专利平均有3-5项，这足以说明学生们的科技创新的意识，也验证了单片机课程改革与实践对科技创新的积极意义。

（三）专业综合设计类课程

《单片机原理及应用》课程的后续相关课程包括课程实训、相关課程设计、专业综合设计和毕业设计，从相关课程负责老师的反馈中发现，学生使用单片机完成相关设计的主观能动性越来越高，且在课程规定时间内能完成设计任务。而在改革之前，学生对单片机比较抵触，认为较难，不能理清单片机的软硬件开发流程，通过课程改革后学生都能动手完成单片机软硬件开发流程，对于单片机的学习和使用相比之前更自信，使得综合设计类课程中单片机选题数较多且完成度较好。

五、单片机教学改革的持续改进

持续改进理念贯穿于工程教育专业认证的全过程[7]，而专业建设持续改进的本质则是课程的持续改进，课程教学改革对提高工程教育人才培养质量起着至关重要的作用。尽管通过本文提出的四阶段教学改革与实践措施已显著地提升了教学效果，但是随着半导体芯片技术的不断发展、教师对课程认知的提升、学生持续的反馈以及新时代学生的学习特点，课程教学改革也应持续改进。因此，持续改进的理念也应贯穿于单片机课程教学的全过程，从而建立“评价-反馈-改进”反复循环的持续改进机制，实现对课程内容、课程培养目标、课程毕业要求以及综合实践能力提升的持续改进。

单片机课程持续改进模式可以分为课内和课外两个循环。课内循环主要是不断改进和优化课程内容、课程培养目标以及毕业要求;课外循环即通过建立以单片机为核心的课程群进行持续改进，提高学生的综合实践能力，如我校测控专业以单片机为核心的仪器设计类课程群包括《单片机原理及应用》《电子设计与仿真》《传感器原理及应用》《误差理论与数据处理》和《测控电路》多门专业课程，通过对培养方案的修订，可实现课程内容的衔接，以实现智能仪器设计。此外，学生通过课程实训、课程设计以及专业综合设计类课程完成综合课题任务，该任务综合了课程群中不同课程的内容，从而使学生以单片机为核心实现不同的工程应用以提升学生的综合实践能力，再通过对课程群建设的教学改革进而促进单片机课程的持续改进。

表2给出了我校测控专业《单片机原理及应用》课程目标与毕业要求指标点对应关系，从表中可看出该表包含了课程内容、课程培养目标以及课程对应毕业要求指标点。我校测控专业单片机课程的毕业要求应满足指标点3和5，通过该课程学习使学生满足设计/开发解决方案和使用现代工具的毕业要求。不同学校的不同专业所开设的单片机课程应依据自身专业和课程特点，选择不同的毕业要求指标点、课程内容以及培养目标，通过持续改进模式，建立不同的持续改进机制，提升学生的综合实践能力。

六、结束语

通过分析传统课程中“讲课与实验相分离”中存在的问题，结合单片机课程的特点，对该课程进行了“讲课与实验相融合”的教学改革与实践，并对实施过程和实施成效进行了分析与探讨。通过对三个年级的单片机课程教学改革与实践，已取得了较好成效，从学生的反馈信息、考核成绩、科技创新以及对后续综合设计类课程的影响，都能验证改革措施的有效性。随着工程教育专业认证以及一流专业建设地不断推进，单片机课程将会在课内和课外两个循环的持续改进模式下进行持续有效地教学改革与实践。

参考文献：

[1]范羚.《单片机原理及应用》课程改革探讨[J].教育教学论坛，2017，000（035）：127-129.

[2]张巧芬，吴黎明，王桂棠，等.微机系统及嵌入式应用课程群的PBL教学模式改革[J].中国现代教育装备，2018（09）：50-52.

[3]王岩岩，邹丽新，蒋晓慧，等.面向测控技术与仪器专业课程融合的教学研究[J].高教学刊，2020（03）：122-123+126.

[4]滕召胜，唐求，温和，等.单片机口袋实验室在实践教学中的应用[J].实验技术与管理，2017，34（010）：223-225.

[5]王冠凌，陈孟元.单片机系列课程教学改革在大学生课外科技活动中的探索[J].中国现代教育装备，2010（05）：107-109.

[6]梁兰菊，闫昕，韦德泉，等.大学生科技创新能力培養模式探索[J].高教学刊，2020（01）：27-29+32.

[7]李志义.解析工程教育专业认证的持续改进理念[J].中国高等教育，2015，000（015）：33-35.

*基金项目：内蒙古工业大学教改项目“‘一流专业建设背景下测控专业仪器设计类课程群建设与实践”（编号：2020201）和“测控专业系列核心课程虚拟仿真教学平台研究”（编号：2020101）

作者简介：张乐乐（1987-），男，汉族，内蒙古呼和浩特人，博士，副教授，硕士研究生导师，研究方向：微波遥感信息处理。

随便看

科学优质学术资源、百科知识分享平台，免费提供知识科普、生活经验分享、中外学术论文、各类范文、学术文献、教学资料、学术期刊、会议、报纸、杂志、工具书等各类资源检索、在线阅读和软件app下载服务。