基于电子竞赛探索高职单片机原理课程教学改革

[摘要]通过全国大学生电子设计竞赛特点、题目的分析，指出单片机技术在竞赛中的作用。提出单片机原理课程教学改革思路，阐述了教学改革的具体措施，包括：明确岗位能力，确定课程标准；任务驱动，项目载体教学模式的实施；更新教材内容；改变考核评价方式；开创第二课堂；等等。实践表明，改革得了较好的效果。

[关键词]单片机课程 教学改革 电子设计竞赛

[作者简介]明鑫（1983- ），男，重庆人，广西职业技术学院，讲师、高级技师，硕士，研究方向为智能电子技术；卢丹萍（1983- ），女，广西南宁人，广西职业技术学院，讲师、技师，硕士，研究方向为单片机技术。（广西 南宁 530226）蔡欢欢（1980- ），男，湖北武汉人，广西工商职业技术学院，讲师，硕士，研究方向为自动化技术。（广西 南宁 530003）

[课题项目]本文系2013年度广西高校科学技术研究项目“基于物联网技术的设施农业监测系统研究”的阶段性成果。（项目编号：2013YB296）

[中图分类号]G642.3 [文献标识码]A [文章编号]1004-3985（2014）33-0152-02

一、竞赛介绍

全国大学生电子设计竞赛从1997年开始每两年举办一届。该比赛是面向大学生的群众性科技活动，目的在于推动高等学校促进信息与电子类学科课程体系和课程内容的改革。竞赛的特点是与高等学校相关专业的课程体系和课程内容改革密切结合，以推动其课程教学、教学改革和实验室建设工作。

每支参赛队由三名学生组成，竞赛时间为四天三夜。在比赛期间学生要完成包括方案设计、器件选择、制版、安装、调试等步骤。比赛结束时，要求上交实物和设计报告。竞赛期间学生可以查阅有关纸介或网络技术资料，队内学生可以集体商讨设计思想，分工负责，团结协作，以队为基本单位独立完成竞赛任务。

历届竞赛的题目大致可分为以下几类：放大器类、电源类、仪器仪表类、信号源类、控制类、数据采集与处理类等。虽然这些题目都是对专业知识的综合运用，但是要高质量地完成这些题目大多数情况需要用到单片机，它要么作为控制的核心，要么做一些辅助的工作。比如要用到键盘设置参数、用显示器件显示各种数据、利用AD采集数据、DA输出模拟信号、驱动电机等。由此可见单片机技术是完成电子设计竞赛必不可少的技术之一。

二、比赛中暴露的问题

学生在比赛中虽然取得了一些奖项，但是也暴露出诸多问题。从单片机技术这方面来看存在以下一些问题：学生基础不扎实，对一些基本概念理解不清楚，对一些基本模块应用不熟练；学生缺乏综合应用单片机技术解决实际问题的能力；学生缺乏自主学习的能力；等等。学生出现以上问题主要是由于现在的单片机课程教学造成的。单片机课程教学存在的问题有：

1.教学模式陈旧，教学方法呆板。传统单片机课程的教学方式，严格按照单片机知识的系统性和完整性来组织教学，只注重课程本身的知识结构体系，却忽视了单片机技术的实际应用。

单片机课程的学习逻辑性非常强，各个知识点之间是环环相扣，各个模块看似独立实则有内在联系，综合起来就是一套完整的系统。学生在学习当中，只要其中的某一个环节没有掌握，对整个课程的学习和实际应用都有很大影响。所以，在实际的教学中发现，很多学生都觉得入门困难，甚至放弃了这门课程的学习。

一部分老师在教学过程中，把单片机课程当作一门纯理论的课程，讲解一些复杂的内部结构和工作原理，却忽视了教学对象的接受能力。因此，基础较差、学习能力不强的高职学生，在学习单片机课程的过程中往往感到吃力，难以达到预期的教学效果。

2.硬件与软件不协调。单片机项目的开发包括硬件电路模块的设计以及软件编程两方面的内容，二者缺一不可。然而，单片机教学中常常会出现“重软件、轻硬件”的情况。主要表现在实验教学中，多数都采用厂家统一生产的实验设备，相关的电路已经设计完成，学生只要简单地连线，就算是对硬件的设计，而学生多数时间都耗费在程序的编写和调试方面。这样软硬件未能有机结合，导致学生对于整个系统硬件搭建和电路图设计的能力没能得到良好训练，最终形成了软件硬件不协调，影响了学生整体能力的提升。

3.理论与实际脱节。单片机技术发展日新月异，而课程教材内容相对滞后，不能适应新的发展需求。单片机课本中介绍的很多方法、器件在现实当中已经不用，而学生在实际工作岗位中需要用到的新器件、新技术、新方法在课本中又没有介绍，这导致了理论与实际的严重脱节，影响了学生学习的积极性。

三、单片机原理课程教学改革的措施

针对单片机教学中存在的问题，本着以学生为本位，以就业为导向的原则对单片机原理课程的教学改革做了如下尝试：

1.明确岗位能力，确定课程标准。为了体现“以就业为导向”的高职教学理念，实现学校教学内容与就业岗位的无缝对接，学校组织单片机课程的教师和来自企业一线具有单片机开发经验的工程师一起对单片机岗位的工作任务和能力要求做了重新梳理，明确了单片机岗位的各种能力要求，确定了单片机原理课程的课程标准。单片机技术的工作岗位与工作任务及能力要求如图1所示。把一些理论性强、内容太陈旧，和现实技术脱节的内容剔除，增加了一些实际工作岗位中常用的技术。

2.任务驱动，项目载体教学方法的实施。在明确了单片机课程的标准之后，对单片机课程的教学内容作了细化，形成了以培养学生工程实践能力为主线、以任务驱动项目为载体的教学模式，打破了传统知识体系的框架，改变了以往按章节方式组织教学的方法，从而把单片机技术所需要的基础知识和基本能力分解到各个案例中讲解。按照图2所示的方式重构了本课程的知识体系。

项目教学的前提是选好符合本专业学生实际能力的工程问题和解决方案，通过“项目引领，任务驱动”的教学方法，设计解决方案以及每个项目所包含的知识点和实践任务，培养企业需要的高技能应用型人才。项目的设置以循序渐进为原则，难度由浅入深。前面几个项目是“基础项目”，主要让学生了解单片机的基本组成结构、基本工作原理、IO口的控制方法、定时器的使用、外部中断的使用等等。后两个的项目是综合项目，以企业项目为载体，注重知识的综合运用，注重对学生分析问题、解决问题能力的培养，注重新技术的学习掌握。这样就把本课程需要学生掌握的知识点分解到各个项目里面去，学生不但掌握了相关的知识点，而且理解了这些知识点的实际应用。

因此，单片机课程采用项目教学之后，打破了以知识点为体系的课程结构，用一个个来自实际工程的项目来导出单片机的知识，引导学生学习，再启发他们用现有的知识和技能来解决新的问题，最终实施项目。这种教学方式让学生在真实的工作情境中边做边学、边学边用，在任务实施过程之中理解了抽象的知识，有效激发了学生的学习兴趣和热情，让学生接触到工作中将会遇到的实际问题，从而培养了学生的分析能力、动手能力、团队精神等基本职业素质。

3.紧跟技术发展，调整教材内容。在以上两个步骤实施的同时，还根据新的教学内容编写了单片机教材。根据本校单片机教学的实际情况，组织具有多年单片机教学经验的教师和企业的资深工程师一起编写出版了教材《单片机原理及应用》。这本教材删除了传统单片机课本实用性不强的内容，比如汇编语言、单片机的状态周期、指令周期、存储器结构等，并且使用STC89C51为教学模型。教材把实际的工程项目简化后作为教学内容，既能激发学生的兴趣，又没有脱离实际。项目的设置循序渐进，逐步引导学生深入理解各功能模块的原理及应用，让学生在学习过程中不断体验到成功的喜悦，增强他们学习的信心。

4.完善考核评价方式。本课程考试打破传统的以笔试为主的考核方式，注重过程考核，采取分阶段考核、多种考核相结合的综合考核方式。具体来说就是：在教学中，学生每学完一个任务，就要求学生制作一个单片机项目作品。教师根据制作的工艺、编程的质量、所实现功能的好坏以及对所学知识的理解程度，给出一个阶段综合分数。阶段学习完成后，为学生列出几个综合性较强的实训项目，学生可以根据自己的兴趣和能力，选择其中的一个项目。完成实训项目后，进行答辩。根据学生完成实训项目的情况及对知识的掌握情况，给出实训课程成绩。通过分阶段和多种手段相结合的方式，考核出学生的实际水平，促进教学质量的提高。

5.积极开创第二课堂。电子技术的发展很快，单片机的学习仅仅靠课堂上的内容是不够的，因此必须采取一些措施开阔学生的视野，增长学生的知识。（1）举办知识讲座。很多竞赛的题目来源于实际的项目，因此我们会根据教学的需要，邀请来自企业的具有多年单片机开发经验的工程师为学生做讲座。企业专家展示给学生各种案例、素材，让学生的专业知识得到充实，激发他们的学习热情。同时，学生也了解了大量的学科前沿动态，为参加竞赛做了知识的储备。（2）举办校内技能大赛。技能大赛是课堂的延伸，我校已连续几年举办“单片机系统设计”比赛，参赛的学生覆盖了电类的各个专业。在比赛中我们还邀请校外的企业合作，聘请一线的工程师来做赛前的培训并担任比赛的评委。这样做的好处是解决了校内上课的内容和生产实际脱节的问题。在学校完成的电子产品设计往往存在以下问题：只注重设计指标的实现，不追求工艺的完美；只注重功能的实现，不计较花费的成本；只注重完成设计任务本身的完成，不注重设计文档的整理归类等。因此，聘请过来的企业一线工程师在培训学生和担任评委的过程中，会带给学生一些在课堂上学不到的知识：追求功能完善工艺完美、提倡节约成本、注重设计文档的归类整理等。

通过平时的积累和赛前的培训，学生已经能够运用所学的电路知识和单片机知识制作并调试成功一个完整的电子产品。在准备比赛的过程中，学生的专业技能得到了进一步的提高。

四、结束语

通过不断地探索与实践，我系电类专业在单片机类课程的教学中表现出了良好的教学效果，达到了预期目标。主要表现在：（1）学生学习兴趣增强，学习积极性提高；（2）学生自主学习的能力得到提高；（3）团队协作能力得到了增强；（4）学生参加技能竞赛获得奖项。

单片机原理课程教学改革与大学生电子设计竞赛是一个互为促进的过程。只有不断改进教学方法、更新教学素材，才能培养学生的动手能力和创新思维，让学生在大学生电子设计大赛中取得好的成绩。同时，电子设计竞赛也是检验课程教学改革成功与否的试金石，竞赛的命题中出现的新技术、新方法又为单片机课程的教学改革指明了方向。

[参考文献]

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[2]侯蕊，刘国通.电子设计竞赛对高职实践教学改革的启发[J].中国电力教育，2009（10）.

[3]颜增显.关于高职高专学生参加全国电子设计竞赛的思考[J].广西教育，2010（5）.