地方本科院校转型发展下单片机课程教学改革与实践
0 引 言
地方应用型本科院校的转型发展，以培养产业转型升级和公共服务发展需要的一线高层次技术人才为主要目标，以推进产教融合、校企合作为主要路径，通过试点推动、示范引领，引导和推动部分地方本科高校向应用技术类型高校转型发展，促进地方高等教育更直接、有效地为产业升级、技术进步和社会管理创新服务。地方本科院校转型为应用技术大学，不仅是地方本科院校的现实选择，也是高等教育结构调整的内在必然[1-3]。
1 不断改革教学方法，吸引学生积极参与
教学项目首先要解决理论与实践相结合的问题，因为理论与实践同属一个整体并同等重要。杜威说，一克经验要好于一吨理论，因为每条理论只有在实践中才有意义。真正的改变取决于教师，要从育人的角度思考教学活动，通过相应的形式训练学生的各种能力。
1.1 改革教学方法，积极调动学生
一是项目教学法，通过组织案例教学把难以描述的理论，用形象的演示表达出来。二是扩展小组法，两人合作、4人小组、8人小组讨论，得出小组认为最适合的答案。三是站位法，将同一问题选择不同答案的学生进行列队，并选出代表进行讨论，从而加深对问题的理解与掌握。四是旋转木马法，通过内圈、外圈学生的互相讲解来训练学生的自主学习能力，使教师不是单独的演奏者。五是卡片复习法，在卡片上写上重要知识点，让学生随机抽取，并根据所抽卡片内容进行回答，教师在学生回答的时候，要多观察学生的行为，并综合评价。
1.2 采用六种模式、三项能力训练
结合本课程实践性强的特点，课程组采用“六种模式”“三项能力”立体式教学法，通过理论教学使学生掌握单片机的结构及原理，在教学过程中采用项目驱动教学法，使学生对所学理论有深入的理解。通过实验教学、课程设计，学生对单片机的部分功能、应用系统设计有更深入的理解。通过第二课堂实物制作提高学生的实战经验，真正实现学生的教、学、做一体化设计。通过本课程的学习，不仅培养学生的理论学习能力，更要培养他们的实践动手能力、创新设计能力。采用的立体式教学法模块图见图1。
1.3 精选授课内容，采用C语言教学
应结合单片机实际应用情况，精选讲授教材内容，修订理论教学大纲及实验大纲。虽然汇编语言以其精简、高效等特?c成为单片机系统开发的主要工具，但由于代码可读性差、移植性不好，在教学内容上主要以讲授C51语言编程为主。C51是目前单片机编程非常流行的语言，可移植性好，其编译软件不断优化，加上已有的C语言基础，学生很容易理解和掌握新的单片机应用技术。在实际教学过程中教师采用以C语言教学为主的方法并结合keil c51 uvision4软件开发平台，重点讲解C51的开发设计的流程。
1.4 精挑实战案例，贯穿教学过程
在单片机课程教学过程中，应将单片机应用系统设计作为教学主线贯穿始终[4]。在第一次讲单片机概述时，教师先向学生演示一些与实际相关的应用系统，如课程组设计的单片机开发板、多功能万年历、智能移动小车、竞速赛车、工厂智能监测控制系统等。通过演示，学生建立起单片机应用系统的初步概念，认识到单片机在生活、生产中确实具有重要的实际应用，使他们产生学习好该课程去探索应用系统的积极性。
在随后各章节的学习过程中，要时刻注意强调系统设计的概念，如在讲授单片机计数器时，教师以简单的测控系统为实例，向学生详细分析如何利用单片机的软、硬件实现对外部设备转速的实际测量。在课程后期，以两个较为复杂的应用系统为实例，系统地向学生讲解单片机应用系统从模拟仿真、硬件设计、软件设计、系统调试、直至脱机运行等系统开发的全过程。
这种一开始就从实际应用系统上的分模块逐步扩展讲解，到最后综合设计的教学方法，其教学目的非常明确，有助于学生从学习该课程起就建立单片机应用系统的整体概念，然后像解剖一样，逐渐地学习系统中的每一个原理、功能、应用。这种由简到繁的方法使学生的学习由被动变为主动，设计的思路由模糊变得清晰，培养了学生独立开发与应用的能力。
2 鼓励学生参与实践，不断提高应用能力
2.1 采用教、学、做一体化教学模式
为了培养学生的实践动手能力，教师在教学中采用教、学、做一体化的模式[5]。在课堂讲授重点知识时，采用自行研制的多功能单片机教学板进行演示，课下分组借给学生实践。例如，在讲到I/O口的时候，先从点亮1个发光二极管开始演示讲解，让学生掌握控制灯亮灭的原理与过程；课下让学生练习利用并行口控制8个LED流水灯练习项目，通过这个项目的训练使学生能够理解I/O口的结构、原理、驱动LED灯点亮的方法和循环指令等基本知识；完成这个任务后，继续让学生进行调节灯的明暗程度以及用按键控制灯等任务。随着实践任务的逐步加大，学生的好奇心也在不断增强，也愿意尝试完成新的任务，就会逐步引导学生探索单片机的神秘世界。同时，学院提供开放实验室，供单片机爱好者进行自主设计，逐步激发学生的创新潜能。
2.2 精选实验内容，提高实践效率
课程实验是学生实践教学的重要组成部分，为了提高学生的实践效果和效率，教师提前给学生布置好设计内容和任务。在实验课时，由于大部分学生利用Keil C51和Proteus仿真软件提前做了编程和仿真实验，对整个内容有了直观的认识，因此在实验室学生主要进行软硬件调试，同时解决在仿真、调试过程中出现的问题，部分能力强的学生还可以进行该实验的扩展训练。通过实验编程仿真，降低了单片机的学习成本，开拓了学生学习的空间。 2.3 重视实践环节，强化课程设计
单片机原理与应用课程设计是相关专业学生在学习完该课程后进行的实践教学环节，通过课题分析、方案论证、软件仿真、硬件焊接、软硬件联调、现场答辩、撰写课程设计报告等环节培养学生的综合设计能力。单片机原理与应用课程设计的题目可以在给定的几个题目中选取，也可以结合应用点自行设计。课程设计的实战训练，不仅锻炼了学生的单片机编程能力，也培养学生的应用系统设计能力。通过课程设计的训练，能够选拔出素质高、具有创新精神的学生，加入学院的科技制作协会，经过专门的集训后，根据每个人的特点，分成不同的开发小组。经过团队设计的作品经考核后，可以参加不同类型的国家级、省市级科技制作竞赛活动。学生部分课程设计作品见图2。
2.4 开展第二课堂，巩固教学效果
由于本课程具有实践性强的特点，特别适合学生开展第二课堂活动[6]。在活动中，教师逐步要求学生利用单片机知识，开发设计并实现一些单片机应用小制作。通过学生的第二课堂活动，丰富了部分学生的业余创作，促进其对理论知识的理解，同时营造良好的学习氛围。第二课堂活动既培养了学生的独立动手和查找资料的能力，又培养了他们的团队合作精神。多届任教学生的反馈表明第二课堂活动对他们影响很大，部分学生第二课堂作品见图3。
3 参与科技制作活动，积累项目实战经验
学生通过学习理论知识并自己动手完成任务，能够深刻理解单片机内部结构原理并掌握编程的技巧，远比直接听教师讲、看教师做效果好。通过项目驱动教学法，学生知道整个项目的开发步骤和流程；通过教学实践，学生学习该课程的积极性随之提高；通过不断提出任务的要求，学生自己修改程序，实现新的功能要求。这样由简入繁的学习方式，使学生在学习过程中不仅掌握了理论知识，也获得并积累开发单片机应用系统的经验[7]。
经过大家的努力，该课程于2011年成为校级网络课程，2012年成为校级重点建设主干课程，2014年成为校级精品资源共享课程，2015年成为河南省精品资源共享课程。课程组教师非常重视学生的实践动手能力培养，提供场所和元器件供学生实践制作。近5年来，学生共获得国家级奖励20项、省级奖励35项，其中，在2015年第十届全国大学生“飞思卡尔”杯智能汽车竞赛中获得国家二等奖，在2012瑞萨超级MCU模型车大赛中获得国家二等奖，在第六届、第八届中国大学生物联网创新创业大赛获得国家二等奖，在第七届、八届全国信息技术应用水平大赛获得国家二等奖，在第十一届“挑战杯”河南省大学生课外学术科技作品竞赛获得一等奖等。
4 注重学生学习过程，改革课程考核方法
课程组本着加强对学生学习过程的监管，进行了课程考核方法改革。平时成绩除了考勤、作业外，还增加了第二课堂实践项的成绩。实验成绩由基础实验、扩展实验、应用实验、综合性实验组成。理论成绩由平时测验和期末考试组成，期末考试采用试卷库随机抽取，考试命题以教学大纲为依据，重点考查基础知识、基础理论和学生分析问题、解决问题以及实际应用的能力，注重考题对启发学生创新思维和培养学生创新能力的引导。命题质量、内容、题量、覆盖面、难易程度均符合教学大纲，并附有标准答案及评分标准，评分标准客观、准确，采用流水作业阅卷，阅卷严格规范。同时，设立加分项，鼓励学生参加科技创新比赛，对于获得不同级别奖励、申请专利、发表论文的学生增加附加项，鼓励他们参与科技??新制作。最后，结合学生的几项成绩，客观评价学生的综合成绩。
5 结 语
学生通过本课程的学习，不仅掌握了相应的理论知识，更能够利用所学知识设计应用系统来解决实际问题，这与培养应用技术研究、教学等工作的高素质应用型工程技术人才的培养目标相吻合。经过近几年的教学改革与实践，课程大大提高了学生动手实践的积极性，培养了一大批具有实践能力、创新能力的应用型人才，也为学生后续专业课程的学习、毕业设计、参加工作奠定了良好的基础。以上是课程组成员经过多年的教学实践总结出来的经验，希望能对相关课程的教学起到抛砖引玉的作用，也为地方应用型本科的转型发展做出积极有益的探索。
