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摘要：单片机是一门综合性和实践性很强的课程，针对我校学生学习兴趣不足，学习不主动，实践能力、创新能力不够等问题，提出“以赛导学、以赛促学、赛教结合”系列教学改革。实践证明这项改革措施收到了良好的教学效果。
关键词：学科竞赛；单片机；教学改革
本文引用格式：袁静.基于以赛导学的单片机教学改革[J].教育现代化,2020,7(46):65-67.
一 引言
近年来对高校工程人才的培养提出了新要求，而我国高校的工程教育普遍存在教学方法和评价方式单一，教育教学信息化程度不高，知识更新速度慢；工程性缺失和实践环节薄弱，教师教学能力亟待提高的问题。[1]这种高等工程教育状况让我们培养出来的学生创新意识和创新创业能力不足，缺乏科学研究思维，缺乏团队合作精神、人际交往能力[1,2]。
单片机课程是宿迁学院电子信息工程、通信工程、物联网等专业的专业课。在学生专业课程设计、学科竞赛、毕业设计等环节占据重要位置。该课程在工程专业的人才培养方案中对培养和提高学生工程分析和解决实际问题的能力起着重要的作用。且我校的学生一直存在学习兴趣不足，不主动，不自信；实践能力、创新能力不够；综合运用多学科知识解决实际工程问题的能力不够等问题。为了解决上述问题，课程组基于OBE教育理念，构建课程教学闭环模式，持续开展了“以赛导学、以赛促学、赛教结合”系列教学改革。通过理论和实践的教学改革促进学生工程能力的提高。
这里的“赛”有两层含义，一是指单片机类学科竞赛，以学科竞赛引导学生学习，学科竞赛题目综合性较高，可以综合考核学生应用多学科知识解决实际问题的能力[3]。和我校的专业培养目标、课程目标相吻合。因此课程组从各类学科竞赛中选择合适的赛题和项目式教学方法结合。“赛”的第二层含义是指学生个体之间、团队之间学习的比赛，以此激发学生的学习热情。
二 赛教结合中“赛”的选择
以学科竞赛为载体，促进教学观念转变，逐步建立起以学科培养为核心的教学体系[4]。
学科竞赛的目的一般是紧密结合教学实际，着重知识理论基础、注重前沿技术，促进电子信息类专业和课程的建设，引导高等学校在教学中注重培养大学生的创新能力、协作精神；加强学生动手能力的培养和工程实践的训练，提高学生针对实际问题进行电子设计、制作的综合能力[5,6]。和我校信息工程学院的专业培养目标、课程目标相吻合。因此课程组从各类学科竞赛中选择合适的赛题和项目式教学方法结合。
课程组比较了全国单片机类的学科竞赛，从全国大学生电子竞赛、全国大学生智能汽车竞赛和全国大学生蓝桥杯单片机设计与开发大赛中，结合学生的实际情况选择了蓝桥杯大赛。
三赛教结合中“项目”的选择
课程组采用“学科竞赛赛题分合”进行教学内容组织，以一个典型学科竞赛赛题项目为导引，将该项目分解得到相应的知识模块，在后续各章节中进行详细讲解，为了防止教学内容因项目集中而过于片面，融入国际前沿学术和最新研究成果、产业技术进步等新知识。最后在实验课中设置一次综合性实验，要求学生将分解后的任务整合，独自实现项目要求的功能。通过实验过程和实验结果可以考察教师的教学效果和学生的学习成果。
课题组在蓝桥杯十届单片机赛题中选择了第五届竞赛题目《多功能事件记录器》作为赛教结合的切入点。
温度记录器的设计内容为物体接近设备时能测量环境中的温度、湿度，并按照要求将采集数据存储和显示。其系统硬件组成框图如图1所示。
该项目基本涵盖了单片机教学大纲的内容，包括51单片机的基本硬件知识，C51编程方法，IO口控制，串行总线接口，键盘，LED显示等。从而实现了从实际项目出发引导学生掌握基本应用知识，并逐步接触各功能接口模块的应用，解决学生难于理解的问题。赛题和课程内容的对应关系如表1所示。
四 赛教结合中“教”的改革
（一）理论教学内容改革
（1）删除兼容性差的汇编语言，增加兼容性和移植性强的C51语言。
（2）增加单片机应用系统中常用模拟电路、数字电路的参数设计，增加常用传感器工作原理的内容，实现多学科知识融合，将传统、单一的知识能力点多样化、多元化[7]。
（3）强化单片机和外部设备的总线技术。让学生能够掌握更多单片机扩展外部模块的方法。
（4）增加仿真软件Proteus和Keil的使用。单片机是实践性很强的课程，教学改革前学生理论课后，只能通过实验课才能验证理论教学的内容，学生不能及时掌握理论知识的应用，学生学会仿真软件的使用后，可以在课后甚至课堂中利用仿真软件理解理论知识的应用方法，且因为仿真软件可以实现软硬件联调，避免了以往学生实践中过于强调软件编程，硬件设计能力不足的问题。
（5）为了防止教学内容因项目集中而过于片面，在各章节中注意知识和学科的拓展，融入非51系列单片机的介绍，国际前沿学术、最新研究成果和产业技术进步等新知识。通过与前沿技术成果相结合，保证学生创新、创意所需要的新知识能力的持续更新。
（6）实训课中选择具有学科交叉特点的项目作为学生的课题，培养学生建立多学科交叉的意识，具备在多学科空间观察、思考问题、完成工程项目的能力[7]。
（二）实践教学内容改革
（1）将实验项目分成基础型、提高型和综合型三个等级，学生可以结合自身对知识的掌握程度自主选择实验难度，并逐级攻克，体验闯关的乐趣，提高学生动手做实验的兴趣。实验过程采用“三步法”，第一步，实验前学生自主设计实验方案、提供Proteus和Keil软硬件仿真结果，进入实验室前必须提交预习报告；第二步，进入实验室，学生独立完成实验，教师适当给予指导；第三步，教师现场对实验过程进行答辩和结果验收，保证每一位学生能够通过实验掌握相关的理论知识。（2） 实训课题从单片机相关学科竞赛中选择， 培养学生的综合实践能力，并从中选择基础较好的学生参加学科竞赛[7]。
（三）教学方法改革
在教学过程中，为了提升学生的综合能力，打破课堂沉默，课程组采用了多种教学方法改革[5]。
（1）以赛导学，将学科竞赛和教学内容相融合，搭建工程背景，将复杂的项目拆分成若干个简单的小任务，引导学生自主思考如何通过所学的知识解决问题，提高学生学习兴趣。
（2）以赛促学，课堂教学时，在一些知识节点中采用答题竞赛的方式，促进学生主动探究问题，激发学生的学习热情和主动性，培养团队合作能力。
（3）任务驱动，每章节内容通过两到三个小任务串联起来，学生以个人或小组的形式自主探索或互动协作提出方案、解决问题。这种通过小组内部相互讨论、分析进行合作学习的模式，可以使学生集思广益，取长补短，体会成功带来的乐趣，促进学习兴趣。
（4）利用泛雅平台实现线上线下融合，在每次课前，教师通过网络课程和学习通APP发布任务点，引导学生自主预习，课堂中通过抽测检查学生的预习情况。课后通过网络作业引导学生回溯课堂内容，及时掌握重要的知识点。教师也可以通过阶段测试及时了解学生对知识的掌握程度。网络课程中提供丰富的教学资源，学生可以这部分资源扩展知识面，进一步强化学科交叉的能力。
（5）第二课堂多样化，成立“电子兴趣小组”“大学生创业项目开发”“全国大学生电子竞赛”等各种小组团队，作为学生实践创新能力和个性发展的平台，并配有专业指导老师，将课堂教学延伸到学生自主学习的课外实践中，让学生忙起来动起来，提高学生综合应用能力和创新能力。
（四）以赛反馈教学
从参加第二课堂的学生中选拔基础较好的学生参加各类学科竞赛，通过选拔赛和学科竞赛的结果，能够暴露出许多学生的学习问题。[8]例如，2019年电子信息工程专业学生在参赛后，分析出学生的主要问题有以下几方面。
（1）基础知识掌握不牢靠，基本概念、硬件模块的应用不熟悉。
（2）编程能力明显强于硬件设计能力。
（3）串口通讯模块不熟悉。
（4）独立解决问题的能力还需进一步锻炼。
通过分析学生参加比赛中遇到的问题，可以进一步促进单片机教学改革，让学生能够扎实掌握相关知识。
五 评价方法改革
（一）加强过程评价
（1）理论知识考核
为强化过程学习，促进学生化被动学习为主动学习，增加阶段性考试。将教材内容按照基础理论部分和实践理论部分，分别进行阶段性考试，其中基础理论部分进行1次阶段性考试，实践理论部分一章1次。增加阶段性考试后，过去的1次期末考试将演变为7次考试（6次阶段性考试和1次期末考试）。为了让学生能够重视阶段性考试，将阶段性考试成绩记入期末总评。
（2）实验考核
以往实验成绩的评定大多根据实验报告给出，课堂实验过程没有有效评价，为激发学生课堂实验过程中的积极性、主动性和创造性，现将实验成绩考核调整为：指导教师根据学生实验的完成情况，按三个分值区间给予成绩：基础型为60——75分；提高型为76——85分；综合型为86分以上。如果学生不满意于实验成绩，可提出申请再次重做，成绩以最后次为准。实验课堂成绩和实验报告成绩按6:4折算出实验总评成绩。
（二）加强多元评价
为提高学生的学习兴趣，发挥该课程实践性强的特点，将学生参加课外电子竞赛活动的成绩计入课程作业成绩，加强多元评价。传统的作业成绩比较单一，现将参加电子竞赛、电子挑战杯、参加电子兴趣小组完成作品情况和平时综合性大作业等几个方面成绩一并计入作业成绩。作业成绩的多样性，可以有效的引导和激发学生对电子竞赛活动的兴趣和参与，增强学生对专业知识学习的浓度，促进学风建设。
六总结
以学科竞赛导入教学内容，并将其拆分成简单任务，引导学生循序渐进的掌握如何解决复杂的工程问题。通过多种教学方法活跃课堂，提高学生的学习兴趣和学习自主性。这些教学改革措施实施以来，我院学风浓郁，学生课程卷面及格率持续提高，2016级电子信息工程专业比2015级提高56.5%，2017级电子信息工程专业比2015级提高76.8%。学生参加学科竞赛兴趣浓厚，在重大学科竞赛中获奖率大幅度提高，近5年学生在省级以上学科竞赛中
获奖30余项。由此可见本课程的教学改革不仅提高了的学生对基础知识的掌握程度，也增强了学生的实践动手能力，达到了课程的培养要求。
参考文献
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[7]魏楚亮,吴涛,康全礼.问题创设及导向的新工科实践环节教学研究[J].高等工程教育研究,2019(06):30-36.
[8]明鑫,卢丹萍,蔡欢欢.基于电子竞赛探索高职单片机原理课程教学改革[J].教育与职业,2014(33):152-154.
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