以学生科技竞赛促进单片机课程改革的研究

来源:用户上传      作者:郭媛 易灿灿

　　摘 要：单片机是一门理论与实践充分结合的课程，其中融合了电子、计算机、传感器和自动进行课程学习的时候普遍反映课程难度大、知识点多、理解困难等诸多问题，为此提出了以学生科技竞赛促进单片机课程改革的全新教学模式，突出科技竞赛对本科生课程学习和知识掌握的引领作用。
　　关键词：单片机;课程改革;学生科技竞赛
　　Research on Promoting the Reform of MCU Course with Subject Competition
　　Guo Yuan 1，2 Yi Cancan 1，2
　　1.The Key Laboratory of Metallurgical Equipment and Control of Education Ministry，
　　Wuhan University of Science and Technology HubeiWuhan 430081;
　　2.Hubei Key Laboratory of Mechanical Transmission and Manufacturing Engineering，
　　Wuhan University of Science and Technology HubeiWuhan 430081
　　Abstract：MCU is a course that combines theory with practice fully，which integrates relevant knowledge of many subjects such as electronics，computer，sensor，automatic control，and highlights methods and skills in mechatronics technology.However，undergraduates generally reflect many problems，such as course difficulty，knowledge points and understanding difficulties when they are studying the course.Therefore，a new teaching model for promoting the reform of the MCU course with subject competition is proposed in this paper，and it highlights the leading role of subject competition in undergraduate course learning and knowledge acquisition.
　　Key words：MCU;Course Reform;Subject Competition
　　一、緒论
　　随着科学技术的飞速发展和信息化时代的到来，智能制造、工业4.0、工业物联网已经成为当前社会发展的主流，在这样大的背景下单片机技术以其体积小、重量轻、抗干扰能力强、价格低廉、可靠性和可拓展性好受到了人们的广泛关注和重视[1]。但是单片机包含了硬件结构、指令系统、中断系统、定时器/计数器、通讯接口、AD及DA转换等众多基本知识点，这对学生在理论学习上提出了很高的要求，容易导致一知半解的现象。学生科技竞赛作为高校本科生实践创新能力和综合素质培养的重要手段，对学生的成长成才具有重要的促进和引导作用。因此，以“学以致用”为目标，以学生科技竞赛中遇到的实践问题为基本出发点，突出“实践”环节，以整体方案设计和软硬件训练相结合的方式，针对单片机课程改革中的典型环节开展实践研究，培养学生获取知识、运用知识、产生知识的能力。
　　二、目前单片机教学存在的问题
　　（一）理论描述抽象，缺乏对知识的系统把握
　　“单片机应用技术”课程是一门职业能力基础课程，但是却有很强的理论性。大多高校的单片机课程以单片机的结构为主线，按照教科书的章节排列顺序，针对单片机的硬件结构、指令系统、中断系统、定时器/计数器等理论知识进行着重而详细的讲解[2]。对单片机系统的扩展和各种外设的应用部分一笔带过，而最重要的单片机基本电路、软硬件综合运用等偏向系统设计的部分却很少涉及。
　　虽然按照此顺序教学有利于夯实学生的基础理论，但是这些课程大多偏重理论体系完备性，略显抽象，要学生凭借自己的想象来理解单片机的工作原理不太现实。此外，学生因形式化教学导致知识比较零散、没有建立与模电、数电等先修课程的联系，知识体系不完备，学生在课程结束时也无法全面地了解单片机，进而导致学生无法用单片机解决实际问题，阻碍了学生在实际系统与抽象的理论方法之间建立自然联系，以及系统分析解决实际问题能力的提高。
　　（二）重理论、轻实践，缺乏有效的实践方式
　　因教学课时的限制，很多教师在进行单片机知识教学的时候，过于强调理论课程讲述，压缩了实践教学的环节，而单片机的实践正是其一大特色，如果只展开理论知识学习，学生根本没有办法充分认识到这些晦涩难慬的知识实现过程，知其然而不知其所以然，久而久之，他们的学习兴趣会变得越来越低，最终的学习目标也只是为了通过考试。
　　虽然很多高校也开设了单片机实验教学环节，但这些课程往往以验证性实验为基础，学生只需要按照实验指导书步骤就能完成，完成实验时连最基本的单片机电路都不了解。学生在试验过程中根本不需要动脑思考为什么要这样操作，学生在实践环节遇到的问题，大多是软件编程的问题，割裂了单片机工作过程中的软硬结合的特点，使做实验变成生搬硬套的完成任务[3]。长此以往，导致学生学完这门课程后仍然不了解单片机设计要领，更不能运用单片机解决实际的工程问题。 　　（三）课程考核失衡，缺乏合理的考核机制
　　当前大部分院校在进行单片机课程考核的时候，所采用的评价考核的主要手段依旧是闭卷考试[4]，试卷上的内容偏向于基本概念，题目大多需要记忆，学生考前突击也能取得不错的成绩。对教师的考核则是查看是否完成了足量甚至超量的备课、作业、笔记、教学评价等内容，而没有将学生单片机应用能力这一重要指标纳入教师教学成果评价体系中。
　　这种落后的评价考核方法拥有极大的局限性，为了获得更好的成绩，学生不得不进行各种理论以及公式知识的死记硬背，而且还会很快遗忘，根本没有办法体现出学生的真实水平，学生也很难理解运用。对于教师而言，学生学习成果无法对教师形成正向反馈，教好教坏一个样，缺乏结合最新科技寓教于乐的动力。
　　三、学生科技竞赛对单片机课程改革的促进手段
　　（一）结合教学大纲和科技竞赛的要求，促进课程内容的调整和结构优化
　　针对单片机教学课程存在的诸多不足，对培养方案予以适当的调整。在满足教学大纲要求的同時，对教材进行相应删减，对于深奥的理论的内容进行删除，增加一些在科技竞赛中应用比较广泛的实际案例和最新的单片机理论知识。在理论教学模式的改革中，建立以具体项目为教学主线，通过有趣的实例引出问题，带着问题学习理论内容。在课程内实验环节，根据任务教学需要，将单片机“基于断电保护的智能门禁系统”“基于单片机控制的快递纸箱包装机”“基于单片机的智能排风扇”等国家级创新项目作为教学案例开展案例教学。通过案例教学，把分散知识点通过合适的逻辑关系整合到一起，培养学生系统分析问题的能力。
　　（二）以参与竞赛为依托，促进教师和学生的良性互动
　　“以赛促学”，通过组织学生利用单片机参加学科竞赛培养学生的兴趣，提高老师的教学能力。一方面，学生在参赛的过程中了解自己知识漏洞，激励自己及时巩固课内内容，完善知识体系。另一方面，开展学科竞赛也是推动教师教育观念的转变和教学方法的革新方式之一。教师在教学过程中，对因材施教、师生互动的教学理念有更深的体会，并尝试使用各种灵活而有效的教学方法。例如：根据竞赛要求让学生自主设计单片机系统，让学生自己来讲授单片机学习心得，培养学生和教师的团队意识，在两者间形成相辅相成的良性循环。此外，比赛成果聚集了学校科研实验资源、导师智慧、学生创新能力，是三者风采展示的舞台。
　　（三）以科技竞赛结果和教学满意率为达成度，促进课程评价体系的转变
　　引入竞赛学分制和奖励机制。学生通过参与竞赛并取得成绩可以申请创新学分来换取相应的选修课学分、奖金、奖状以及各类荣誉评选资格，逐渐减轻理论考试的比重，加大实践环节的成绩比例。将指导学生竞赛成果高低作为教师教学成果考核的一部分，把考核重心转移到培养学生创新能力和实践能力的环节上，以教学满意率为达成度，动态调整教师教学工作量、奖金等评比指标。相较于其他课程，这种考验学生实践能力、合作精神，考验教师教学能力、竞争意识的“实战”课程更易引起学生和教师的兴趣与积极性。在这个过程中学生的综合应用能力也得到了提升，教师的教学水平也不断的提高。
　　四、结语
　　单片机是一门兼具理论性和实践性的课程，解决实际问题是其主要宗旨，而“以赛促学，以赛促改”恰是解决实际问题的一种有益尝试。一方面，参加科技竞赛是锻炼学生综合运用知识、解决实际工程问题的有效方式;另一方面，指导科技竞赛是激励教师全面提高授课水平、了解学生课程诉求的良好手段。
　　参考文献：
　　[1]刘大伟.AT89C51单片机的微控制测试器开发[J].无线互联科技，2012（12）：113.
　　[2]李敏.从电子竞赛看三本院校单片机课程改革[J].电子世界，2014（16）：287-288.
　　[3]高明亮.基于全国大学生电子设计竞赛探究单片机教学模式的改革[J].信息系统工程，2012（4）：151-152.
　　[4]莫秀英.从电子设计竞赛探讨单片机教学改革[J].文艺生活·下旬刊，2018，（5）：199-200.
　　基金项目：武汉科技大学教学研究项目2018X041
　　作者简介：郭媛（1973-），女，汉族，河南人，硕士，教授，研究方向：虚拟仪器。
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