新工科背景下《单片机原理及应用》课程的改革与探索

作者:未知

  【摘 要】《单片机原理及应用》是机电类专业开设的一门专业必修课。它是一门工程实践性较强的综合性课程,在专业课的学习中起到承上启下作用。掌握单片机应用技能是是机电类专业必备能力之一。新工科建设对机电类专业的课程目标也提出了新的要求,本文针对目前单片机原理及应用课程教学现状及问题,在教学内容、教学方法、考核评价方式等方面进行了改革与探索。
  【关键词】新工科;单片机;教学改革;能力培养
  一、引言
  1.根据统计数据,到2020 年新一代信息技术产业人才缺口将会达到 750 万人,到 2025 年新一代产业人才缺口将达到 950 万。因此,提前进行人才布局,培养新经济急需的人才,培养具有创新意识和跨界整合能力的人才,已成为当前的紧要任务。
  2.新工科与老工科相比,新工科更强调知识的实用性、交叉性与综合性,相比于之前的人才需求,未来新兴产业需要的是工程实践能力强、创新性强、具有学科交叉融合能力的人才。
  二、传统单片机类课程教学现状
  单片机技术是电子信息类专业的一门专业基础课程,广泛应用于有关测量与控制的各个领域,是培养应用型电子设计人才的重要途径。如何通过单片机技术的教学提高学生的创新、实践能力,满足社会应用型人才的需求是十分重要的。
  目前单片机的理论教学一般是根据章节顺序,依次讲授单片机的硬件结构、指令系统、程序设计、中断、定时器、I/O口、串行通信、扩展等技术,这与其它课程一样符合基本的认知规律,但这种教学模式在单片机教学中其实效果很差。其主要表现在:
  1.教学内容与实际应用脱节,课程知识与社会和产业需求脱节。
  目前大多数单片机原理教材前面章节安排的是单片机基本原理和内部结构,学生在学习指令系统和汇编语言等内容时常常感到晦涩难懂,而在学习后面应用实例的过程中,部分基础差的学生由于没有掌握扎实的基础理论知识而导致学习困难,以至失去学习兴趣。而且目前社会上急需精通STM32等32位单片机的人才,而大量高校仍然只开设mcs51等8位单片机课程,而32位单片機课程开设很少,学生只能靠自学或者课外培训来获取相应的知识,这样使学生在参加比赛或者做毕业设计时不能得心应手,更不能很好的满足社会的需求。
  2.教学重理论而轻实践。
  不少高校在单片机课程学时设置时,理论学时往往占据了很大比例,而实验学时占比较少,虽然理论对实践具有一定的指导意义,但较少的实验学时,也会导致理论知识来不及消化的问题。并且,现有的单片机课程实验台基本都是实验箱,实验箱是由不同功能的电路模块板组成,各种器件已经焊接在电路板上,学生只需要通过导线将各个模块按原理图连接在一起,再按照实验指导书的步骤,就可以写程序、编译、下载和观察结果。这使得学生集中精力在软件编程训练,而对于硬件设计训练则偏少。学生对电路的工作原理缺乏思考,抑制了学生对硬件电路设计的创新,即使学生熟练地完成了实验,其实践动手能力仍然不能适应当代电子产品设计的要求。
  三、面向新工科的单片机课程教学改革探索
  1.适应新工科发展,优化教学内容
  随着电子技术和市场需求的不断变化,单片机技术也随之发展进步,高校要通过参加企业调研和人才招聘会等方式了解企业对单片机人才的需求情况,不断优化调整教学内容,从而形成以市场需求为导向、以项目内容为驱动的教学大纲。另外,要适当引入stm32等32位单片机的内容,将单片机与嵌入式操作系统如LINUX等内容结合起来,以解决教学内容与实际应用脱节的问题,提升学生综合使用单片机技术进行智能产品设计的能力。利用 Keil 和 Proteus 软件进行虚拟仿真教学,结合实例讲解单片机应用系统设计,逐步培养学生硬件设计和软件编程能力。根据单片机的发展和智能化应用趋势,逐步增加基于单片机的智能机器人等教学内容。
  2.改革教学方法,丰富教学手段
  在单片机课程课堂教学中,围绕激发学生兴趣和提高学生单片机实践应用能力采用新的教学形式、教学内容、教学方法等进行改革实践。在教学形式上改变了课堂上教师讲、学生听的方式,对于重点和难理解内容,学生在课堂上研讨交流,教师进行讲评。在教学方法上将自制的实验板和笔记本电脑带进课堂,边讲授理论边用实验板实验,教学内容上进行重构优化,以适应课堂上有限的时间,缩减课堂理论讲解内容,增加实践任务,引导学生主动学习、实践、讨论,课堂上教师逐一辅导、答疑和讲评。
  3.建立“以竞促教、竞教结合”的实践教学平台
  学科竞赛以课堂教学为基础,通过参加比赛,培养学生独立工作、理论联系实际的能力,可作为实践教学的重要组成部分,培养和提高学生的创新思维能力、团队精神、解决实际问题和实践能力,对于提高教学质量,具有不可替代的作用。通过让学生参加省部级或者校级的电子产品设计大赛,使学生在实践中学习单片机课程及其课程设计知识,积极主动地查阅文献和阅读参考资料,在“解决问题”中提高学生的单片机课程实践能力,适应当前单片机技术发展的时代要求。
  4、改革考核评价方式
  传统的单片机课程考核方式大多以期末考试为主,我们的教育花费了大量的时间和精力去考核学生对知识的掌握,而不是能力的提升。在考核方式改革上,可以通过将平时实验成绩计入评定标准,另外如果学生能提供自己设计的单片机产品,并能回答完整的设计过程,那么设计的产品也可以计入考核分数。这样通过改变单纯的卷面考试,不仅可以大大提高学生的学习积极性,而且能够培养学生实践动手能力、创新能力、跨学科思维和团队合作精神的培养。
  5.组建课外兴趣小组,综合式激发学生创造能力
  单纯的依靠课内的学时,无法满足学生探求新知的进一步要求。为此,通过组建课外兴趣小组,让学生自己选题来设计一些综合性的智能产品,不仅可以锻炼学生的团队合作能力,而且可以使学生将所学的传感器、模电数电、单片机、无线传感网络等课程知识进行有机的结合,进一步激发学生的学习热情。此外,教师还可指引学生了解指纹识别、颜色识别、语音识别、电力载波、电机驱动、无线通信、射频识别等方面的知识,培养学生的知识交叉融合能力和工程应用。
  6.教师要不断优化知识结构,以提高教学效果
  教师的教是为了学生的学, 学生的学又影响到教师的教, 两者相互依存, 缺一不可, 任何一方的活动都以另一方为条件, 故而在教学过程中教师的主导作用尤为重要。由于科技的飞速发展, 教学内容的不断更新, 教学本身对教师的知识结构和专业水平提出了越来越高的要求。教师已有的知识会显得陈旧,如果不注重业务进修, 不去博览群书, 不去用更多更新的知识充实自己, 就不可能适应新的教学要求, 也就不能保证教学质量和教学效果。因此教师只有博学多才, 业务精湛,才能得到学生的认可。
  四、结语
  针对单片机原理及应用课程教学长期存在的不足和问题,本人结合当前新工科的要求以及自身的教学实践,从教学内容、教学方式以及教学目标等方面提出了一系列改进和改革措施,通过教学实践观察和结果反馈,上述的改革措施可以取得一定的成效,学生对于单片机学习的兴趣大大增强,发现和分析问题的能力以及解决问题的能力都得到了很好地提高。
  【参考文献】
  [1]李想,郭姗姗. 应用型本科院校基于 C 语言的单片机教学探索与实践[J]. 时代教育,2016( 17) :146 +157.
  [2]初秀荣,张冬日,初航. 单片机实验教学改革探索[J].电气电子教学学报,2016,38( 5) :108-109 +142.
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