“互联网+学科竞赛”为导向的单片机课程群教学模式改革实践

雷晓春 俸皓 陈俊彦

摘要：以模块化知识点为教学内容，以构建单片机为核心的应用为教学目标的传统单片机系列课程的教学模式已经渐渐跟不上时代的发展。文中提出了以互联网+学科竞赛为导向，以大学生创新创业项目和各类学科竞赛为平台开展项目式、跨课程、多学科交叉的单片机系列课程教学实践，激发了学生的创新创造能力，适应解决复杂过程问题的人才培养的要求。

关键词：单片机课程群;互联网+;学科竞赛

1.引言

在“互联网+”的浪潮席卷一切的背景之下，随着物联网时代的到来，单片机作为感知层设备的主要计算部件，国内外各大企业纷纷投入巨资加快了单片机及其应用产品的研发，由此导致了单片机人才的需求猛增;2015年，针对德国工业4.0，我国提出了具有中国特色的制造业发展战略纲领《中国制造2025》， 单片机作为各种自动化机电系统的主要控制器之一，其原理与应用不仅成为了计算机专业的学生必须掌握的知识，同时也对计算机专业学生的基于单片机的智能自动化系统设计能力提出了更高的要求[1]。

2.传统教学方式的缺陷

很多专家学者都对各种类型的单片机课程如《单片机原理与应用》、《单片机原理与接口技术》的理论和实践环节进行了全面深入的研究，从发表的教学研究论文的数量和质量上来看，取得了较为丰硕的成果。但是这些研究，大多是从课程自身出发，设计教学目标与对应的教学方法，评价指标也仅仅设置为本课程所包含知识点的接受程度，较少的把单片机课程作为整个计算机应用系统中的一个环节，从更高的层面进行考察[2]。这导致了在课程结束之后，即使最好的学生，也只能达到以单片机为核心构建简单应用的程度。

这是由于在传统的教学方式中的单片机应用系列课程的教学目标，基本上分为两级。第一级目标将课程分解为单片机基础知识，中断技术、接口技术、汇编语言程序设计等模块，针对每个模块的特点和自身需要构建理论和实践相关的教学项目。第二级目标主要培养学生综合应用单片机的相关知识解决实际工程问题的能力，如多用途信号发生器设计、智能交通灯控制系统设计等，锻炼学生在解决工程问题过程中的学习能力。在以前的以单机应用或简单的网络应用时代，这样的培养目标没有显示出严重的缺陷，但是随着“互联网+”时代的到来，如何将单片机应用嵌入到各类以4G或光纤网络互联的复杂应用中，使之成为一个复杂工程应用中的一个有机的组成部分，成为了摆在教师和学生面前的一道共同的难题[3]。

3.学科竞赛为导向的单片机课程群建设及实践

为使学生具备开发基于单片机的互联网应用的能力，更大程度上获得创新创业活动中所需要的专业技术知识技能，我们提出并开展了以OBE理念为导向，以CDIO三级项目教学理论为基础的单片机课程群建设实践。

首先围绕单片机系列相关课程如《汇编语言》、《微机接口与应用技术》、《单片机原理与应用》、《嵌入式系统》等展开课程群的建设。课程群中的课程，通过修订教学大纲、充实教学资源，加强课程之间的衔接，明确各自的目标，形成教学合力。

其次，依托学科竞赛和创新创业平台，开展以学科竞赛为导向的课程建设实践。课程群中的各门课程，从时间上基本覆盖了1-3年级，这也是整个大学期间学生最具有学习热情和创造力的阶段。我们在具体的实践之中，首先从低年级起，就鼓励学生在学长的带领之下，参加各类学科竞赛。其次，在课堂教学之中，也与学生开展竞赛项目的讨论。对于低年级课程中的学生，讨论以较为成熟的获奖项目为主，而对于高年级的学生，则使用正在进行中的项目开展讨论，以此调动学生的积极性，激发创造力。

最后，我们根据CDIO三级项目教学理论，依托各种学科竞赛和创新创业平台设置了相应的教学项目。在传统教学过程之中，学生被分为好、中、差三类，然后因材施教。而我们尝试根据课程群之中的表现，将学生进行了新的三分类：没有创意基础弱的学生、有创意但基础较弱的学生或是基础较好但缺乏创意的学生、有想法且基础较好的学生。根据新的学生分类，我们构建了CDIO三级教学项目。

第一级项目来自于传统实践项目的互联网化改造，强调了应用系统的互联互通的能力，如基于单片机的智能时钟系统，即在传统的单机万年历时钟系统中加入天气、实时时钟校准等互联网功能，从而在不大幅度增加工作量和难度的前提下，培养学生的互联网项目开发能力。第一级项目适合第一类学生。第二级项目针对第二类学生设置，该类项目以更加重视创意的各级创新创业平台的为项目的实施背景，涵盖了项目的申请、立项、开展、验收整个过程，在培养能力的同时，能够更好的加深学生对整个产业链的了解。针对第三类学生的第三级项目，就是各类学科竞赛。这些竞赛不仅涉及了产、学、研的各个环节，对教学改革、课程更新和创新人才培养也起到了重要的推动作用。竞赛为参赛的指导老师提供了更广泛的交流学习的机会;对学生而言，通过竞赛强化了学生的创新能力、实践能力与表达能力，推动了学生基于问题、案例和项目的自主学习，进一步缩小了高校教育与企业需求的差距。同时，这些创新创业活动和学科竞赛往往涉及到多学科交叉及合作的问题，进一步强化了学生在复杂环境下解决复杂工程问题的能力。

在近三年的实践之中，截止至3年级上学期，我院计算机专业学生中平均每年获得单片机等硬件相关的厅级以上创新创业项目立项8项，省部级竞赛获奖20余项，国家级竞赛获奖15项，覆盖了近70%的计算机专业学生。

4.结论

随着各类“互联网+”学科競赛的蓬勃开展和CDIO模式的提出为计算机专业的教育教学提供了很好的应用型转型发展的平台和环境及理论支持。单片机系列课程教学的改革已势在必行。我们应当抓住机遇，利用所有的有利因素，进行全方位的深入教学改革，有必要利用“互联网+”的优势建设更为合理的单片机系列课程群。

参考文献

[1]闫哲， 郝天聪. 德国应用科学大学的发展历程、改革趋势及其启示[J]. 教育与职业， 2018（8）：87-91.

[2]刘雪梅， 章海亮. 物联网技术下的单片机教学——评《单片机应用技术实例》[J]. 中国教育学刊， 2017（08）：126.

[3]陈浙. 单片机教学的春天——创客教育在单片机教学中的应用[J]. 现代职业教育， 2017（30）.