以应用能力培养为导向的单片机实践教学改革

宋天慧 钱进 花丽 郝运

摘要：单片机课程应用性与实践性强，目前单片机课程教学中大多通过教师讲授的方式，造成学生应用能力差，无法满足应用型人才培养需求。结合单片机课程实践教学现状，本着以学生为中心的教育理念，该文以学生实践能力培养为导向，从改变传统教学理念，理论与实践并重;改变实践课教学模式，仿真与实物齐用;调整实验项目，提高设计性和综合性实验比例;改变传统考核评价机制，提高实践占比四个方面提出了单片机课程实践教学改革策略。实践表明，经过教学改革后，学生应用能力得到提高，对理论知识获得了更深入理解，为后续课程学习打下了基础，有助于知识技能和专业素养的提高。

关键词：应用能力;单片机;實践教学;考核机制;开发板

中图分类号：G642        文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2022）04-0146-02

1 引言

单片机以其体积小、低功耗、高抗干扰能力以及高性能价格比等特点，广泛应用于生产生活的各个领域，成为现代电子系统中最重要的智能化工具[1]。单片机课程属于应用型较强的一门课程，在很多应用型院校中均已开设[2]，该课程注重理论与实践的结合，强调学生创新思维与动手能力的培养[3]。但传统的教学方法只是通过老师传授，对实践能力的培养不够重视，造成学生实践能力差，一碰到需要设计实现的东西毫无头绪。为体现学生的教学主体地位，满足国家对创新实践型人才培养的需要，本文提出改革思路及具体措施，进一步提升该课程教学质量，提高学生学习效果。

2 教学改革的必要性

在单片机实际教学过程中，教材所对应的大部分知识点零散，理论性强，学生普遍反映该课程过于抽象，晦涩难懂。仅通过理论课程的讲授，学生无法理解单片机内部结构、工作原理和设计方法，因此实践课程显得尤为重要。而目前实践课时短，学生在有限的实践课上仅机械重复课本或者老师设定好的步骤，对于其中原理不加以理解，无法做到与理论部分的融会贯通，实践能力也无法得到实质性的提升。现阶段考核中，理论知识的考核占比较高，其弊端日益显露了出来，学生为了应付考试死记硬背，通过考试无法客观评价学生掌握程度的好坏，也无法通过考试来督促学生知识的掌握和能力的提高，因而为了激发学生的学习兴趣，实现理论课程和实践课程的融合，以实践促理论，以理论指导实践，达到相辅相成的效果，单片机实践课程改革势在必行。

3 单片机实践课程教学改革策略

针对单片机实践教学现状，从四个方面提出改革思路和具体措施，力求通过以下措施加深学生对相关知识的掌握，提高课程教学质量，提升学生实践能力和综合实力。

3.1 改变传统教学理念，理论与实践并重

传统的单片机教学中过于注重理论知识的讲授，力求通过书本使学生掌握单片机内部结构、工作原理和系统设计方法等，未考虑单片机课程的应用性和实践性，致使学生觉得学习内容抽象难懂，导致学生实践能力差，无法满足应用型人才培养的要求[4]。“纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行”，科技突飞猛进的新时代，对学生的实践能力要求更高。为使学生在理论学习的基础上学以致用，改变“纸上谈兵”的学习结果，培养其创新能力和逻辑思维能力，为后续课程和今后的工作打下基础，需要对该课程实践环节提起重视。

目前很多学校单片机课程设置理论和实践的课时比是2：1，采用的是“先上理论后上实践”的模式[4]，实践环节课时分配少，接触具体单片机应用项目开发实践需在10周以后，因时间关系开发设计环节只能仓促收尾，造成理论与实践不能同步。因此，建议增加单片机实践课时，提倡开设课程设计，让学生真正通过自己的设计看到效果，在感受成功的同时，将理论知识融会贯通。可将课堂教学移到实验室，突破传统的理论与实践的界限，实验室提供仿真环境和实验器材，学生跟着教师边学边做。教师讲解过程中要把握重点、难点，注重精讲解疑。讲练结合，加大练习力度，在练习中不断发现问题解决问题，在此过程中学生兴趣将不断增加，学习的主观能动性将会不断增强。

3.2 改变实践课教学模式，仿真与实物齐用

不仅实践课程的重视程度需要提高，其教学模式也需要改变。在传统的实践课教学中，有些学校通过仿真进行教学，有些学校通过使用开发板进行教学，但这两种方式是相辅相成，相互促进的。在课程中，教师可首先通过开发板进行实物演示，首先给学生直观的视觉冲击，再进行理论知识的讲解，然后在学生实践环节中先使用仿真软件，再引入开发板，具体介绍如下。

实践初阶段为仿真实验阶段，具体过程包括在Proteus 软件中设计电路图、Keil 软件中编写程序并编译、Keil和Proteus联合仿真、程序调试和输出实验结果，并根据实验结果继续完善程序。应用Proteus 及 Keil这两个单片机仿真软件，可以更加直观地了解单片机的内部结构，学生可以单步执行，查看每一步执行结束后存储器和外设所产生的变化，或通过任意修改参数对比实验效果[5]。通过仿真实践，可了解单片机的内部结构，使刚刚接触单片机的学生敢于尝试，并在尝试中不断完善提高。

在对单片机内部结构和工作原理有了一定基础后，可将开发板引入实践环节。具体过程包括开发环境的安装、Keil 软件中编写程序并编译、程序烧写、程序调试、输出实验结果，并根据实验结果继续完善程序。该过程中学生对于Keil软件的使用已经有了一定基础，其主要区别在于将仿真软件变成了开发板实物，但开发板实物与单片机应用系统的硬件构成比较接近，更贴近实际。利用开发板开展多种设计性和综合性实验项目的练习，在练习中不断加深理论知识的理解，提高学生单片机应用系统开发的能力。

3.3 调整实验项目，提高设计性和综合性实验比例

仿真软件和开发板引入实践环节后，再进一步调整实验项目，可以使学生综合素质得到更大的提升。目前单片机实验项目多为验证性实验，设计性或者综合性实验占比较小，学生大多机械地按照设定好的步骤完成实验操作，无法充分体现实验开设的价值[6]。

调整实验项目，增加设计性和综合性实验的比例，并以开放性实验和校级、省市级、国家级竞赛促进学习。实验课前，将实验项目及相关预习资料发给学生，并设置实验预习报告督促学生完成预习。实验课中，可以通过预习报告查看学生预习情况，并通过预习报告来指导实验课中老师讲解的深度以及时长，根据预习，学生有了初步的设计思路，实验课堂上可更快地进入状态，效率更高。实践环节后期，让学生分组开展一些小型项目，可结合有关的学科竞赛以及大学生创新活动，进一步拔高学生实践能力。实践过程是学生分析问题和解决问题能力的提升过程，也是思想碰撞和思维拓展的过程，学生在不断交流和协作中得以共同成长。

3.4 改变传统考核评价机制，提高实践占比

积极的评价机制有利于激发学生学习的主观能动性，激发学生强烈的学习动机[7]。以往考核以期末理论试卷为主，为了突击考试，学生考前几天死记硬背，其掌握情况仅停留在对部分理论知识的短时记忆层面，出现了高分低能的现象。新的考核方式采用“M+2”模式，“M”代表平时多项考核成绩，“2”代表期末理论成绩和期末实践成绩，考核评价更加注重过程考核和实践能力考核。具体成绩评定方式的主要构成及比例：期末实践考试 （30%）+期末理论考试（30%）+平时成绩（40%）。期末实践考试要求学生现场完成实践项目、编写程序并调试通过;期末理论考试要求学生掌握单片机必备的基础知识;平时成绩由课堂表现、出勤、笔记、作业和实验构成。该考核评价方式既突出了过程学习的重要性，减少了期末考试理论占比，又增加了实践操作，使学生重视动手能力的锻炼，可对其学习效果进行更为全面的评价。

4 结语

根据相关分析发现，单片机课程教学改革完成后，学生的成绩及实践能力均得到了明显的提升，教学效果显著。很多学生反馈他们对课程知识掌握得更加扎实，理解更为深入，在后续类似的课程学习中，可以有的放矢，不少学生在学科竞赛以及大创活动中也取得了较好的成绩。

本文以培养学生应用能力为目标，结合单片机实践教学现状，对适用于该课程的教学改革策略进行探讨。改变传统教学理念，理论与实践并重，增加单片机实践课时，将课堂教学移到实验室，突破理论与实践的界限;改变实践课教学模式，仿真与实物齐用，实现两者的优势互补;调整实验项目，提高设计性和综合性实验比例，促进学生逻辑思维拓展;改变传统考核评价机制，提高实践占比，使学生重视动手能力的锻炼，为单片机后续课程打下良好的基础，有助于知识技能和专业素养的提高。

参考文献：

[1] 陈燕燕.《单片机原理及应用》课程开学第一课的教学改革探讨[J].电子世界，2020（6）：5-6..

[2] 尹晶，刘春艳，崔艳群.5G时代下应用型院校单片机课程教学方式的研究[J].电脑知识与技术，2020，16（6）：161-162.

[3] 刘云朋，王春霞.单片机虚拟实验室的构建研究[J].科技创新与应用，2020（7）：81-83.

[4] 贾电如，王苗苗，田俊芳.应用型人才培养模式下单片机课程教学改革与实践[J].教育教学论坛，2020（10）：224-225.

[5] 姜忠爱，蔡卫国，牛春亮.单片机原理与应用教学模式与课程思政改革研究[J].高教學刊，2020（9）：129-131.

[6] 党保华，朱德荣，杨海军，布占伟，崔志瑄，杨磊.基于16位单片机的实践教学改革与专业创新创业教育[J].当代教育实践与教学研究，2020（6）：149-150.

[7] 张园莉.基于任务驱动的《计算机网络技术》课程教学改革[J].中外企业家，2020（11）：233-234.

收稿日期：2021-06-26

基金项目：泰州学院教育教学改革项目：新工科视域下地方高校信息类专业创新创业人才培养模式改革与实践（2020JGA01）

作者简介：宋天慧（1991—）， 女，河北保定人，助教，硕士，主要研究方向为单片机教学、智能信息处理;钱进（1989—），男，江苏扬州人，讲师，博士，主要研究方向为单片机教学、车联网通信;花丽（1979—），女，江苏兴化人，副教授，硕士，主要研究方向为物联网安全;郝运（1993—），男，江苏兴化人，助教，硕士，主要研究方向为自动化技术。