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摘要：针对微控制器课程实践性强的特点，本文将从教学目标、教学手段、课程建设、预期目标等几个方面对微控制器应用型示范课建设的具体实施进行探索与总结。首先基于社会就业、科研开发、专业人才培养等需求明确课程的教学目标；其次从集成上课、形象示例教学、开放教学等方面丰富课程的教学手段；再是从教学条件、实验课题、评价体系、师资队伍建设等方面探讨示范课的课程建设内容；最后做了新时期课程建设的预期目标规划。
关键词：微控制器；示范课；改革；实践
本文引用格式：王小刚，等.建设微控制器应用型示范课的探讨与实践[J].教育现代化,2020,7(56):123-126,138.
Discussion and Practice on the Construction of Microcontroller Application Demonstration Course
WANG Xiao-gang1,GAN Shu-chuan1,ZENG Hui-min1,CAO Li-jia1,HE Ping2
（1.Sichuan University of Science&Engineering,School of Automation&Information Engineering,Yibin Sichuan;2.Jinan University,School of Intelligent Systems Science and Engineering,Zhuhai Guangdong)
Abstract:In view of the practical characteristics of the microcontroller course,this paper will explore and summarize the specific implementation of the construction of the microcontroller demonstration course from several aspects,such as teaching objectives,teaching methods,course construction,and expected objectives.Firstly,the teaching objectives of the course are defined based on the needs of social employment,scientific research and development,and professional personnel training;secondly,the teaching methods of the course are enriched from the aspects of integrated class,image example teaching,open teaching,etc.;thirdly,the course construction of the demonstration course is discussed from the aspects of teaching conditions,experimental subjects,evaluation system,faculty construction,etc.;finally,the expected objectives of curriculum construction in the new era are planned.
Key words:Microcontroller;Demonstration course;Reform;Practice
一 引言
为贯彻落实《国务院办公厅关于深化高等学校创新创业教育改革的实施意见》（国办发〔2015〕36号）、《四川省教育厅关于开展第二批地方普通本科高校应用型示范专业及应用型示范课程建设工作的通知》（川教函〔2018〕527号）等文件精神，深入推进四川省高等学校应用型示范专业及课程的工作，要求按照“面向全体、注重引导、分类施教、结合专业、强化实践”的原则，强调理论与实践并重，积极推进创新创业教育课程建设，目的深化教育教学改革，推进创新创业教育与专业教育的紧密结合，促进学生全面成长和成才，在满足人才培养需求的基础上，结合学生实际，优选课程内容，以培养创新创业精神为核心，以提高创新创业能力为目标，为创新人才培养提供优质教学资源。《微控制器原理及应用》作为本校推荐建设的示范课程之一，该课程的教学模块和知识点设置针对性强，实用性好，具有实际的建设意义和示范价值。
自动化作为本校的省级特色本科专业，在学科建设层面得到了学校及学院的大力支持，同时《微控制器原理及应用》作为自动化专业的专业基础课[1,2]，在省级示范课建设的讨论和实践中一直不断探索和前进。该课程的主要教学目标是通过理论教学与实践操作使学生掌握8位或32位微控制器的结构、原理、接口及其扩展功能的应用等[3-5]；掌握微控制器在实际应用中软件系统与硬件系统的设计思想[6-8]；结合实验教学、实训锻炼增强实际动手能力，最终使学生能够应用微控制器进行简单的微控制器应用系统开发，为电子竞赛、毕业设计、嵌入式开发工作等打下牢固基础，也为相关专业课程的学习奠定一定基础[9]。
本文以《微控制器原理及应用》示范课建设为例，将从教学目标、教学手段、课程建设、预期目标等几个方面对微控制器示范课建设的具体实施进行探索和总结。
二 教学目标
基于社会就业、科研开发，专业人才培养等需求以及推进创新创业教育与专业教育结合的教学示范与改革，微控制器示范课建设需明确其教学目标（如表1所示）。
三 教学手段
《微控制器原理及应用》是一门理论性和实践性很强的课程,要使学生真正掌握好这门课,必须在重视理论教学的同时,充分重视实验教学和实训锻炼，教师上课的方式和手段也应该随着教学条件、社会需求、学生反映与时俱进。
（一）集成上课
随着教学条件的改进，基本上所有的高校都实现了多媒体教学，可以通过PPT、视频、网络等方式多方面形象直观的展现课程内容。但目前基本所有的上课方式都是理论和实验教学分开进行，以本校微控制器上课方式为例，在示范课项目推进之前，理论课的教学都是在教学楼多媒体教室完成，基本是在完成理论课C51语言的教学内容后由实验老师陆续开始进行实验教学，且起初的实验都是Proteus，Keil C的软件教学，这对10个课时的实验教学来说留给真正教学内容（中断、定时、串口、AD/DA）的实验时间只有3次课，这是不可能做到完全的内容覆盖；还有就是实训课（课程设计）的安排通常都在不同的学期或学年，如开学前，暑假等，这对课程内容生疏的学生来说很难完成较难的实训任务。这样的教学方式是目前大众的教学方式，其缺点是很明显的：首先理论和实验教学的时间安排必须协调一致，只要理论稍有滞后就很难开展实验教学；实验集中上课，为了使教学进度同步，实验老师每天重复上课超过4次课，显然这样很难做到高效教学的；实训课的安排（2周课时）不合理，在学生疏于课程内容的时候上实训课，效果一般。
为此，针对上面的本科教学共性问题，自动化教学组以微控制器课程的示范课建设为契机进行了教学方式改革和推进。
1.教学统一，不再分理论课老师和实验老师，由理论老师负责授课，实验老师辅助实践指导，合理安排实验课的授课时间。
2.实验室授课，理论和实验不再分教室上课，微控制课程统一安排在配备多媒体的实验课教室，每个学生配备PC机和开发板试验箱，使学生有最直观的学习，也容易培养微控制器系统开发兴趣。
3.实训课安排合理，将实训课安排在课程考试后两周，并将实训成绩作为课程成绩的主要部分，这样保证学生在课程内容最熟的时候进行系统实践开发，将教学效果发挥到最好。
（二）形象示例教学
目前的理论教学和实验教学都是以经典的示例来讲解，如LED流水灯控制，前期是学习C51语言以查询方式编程，通过for()循环及delay()函数实现流水显示，后期通过外部中断interrupt()函数实现外部按键的驱动流水，再后面就是通过内部定时中断实现流水灯的精确控制。鉴于本校本部位于四川省自贡市，其最出名的就是彩灯文化，基于此，目前教师在上课的时候都会以灯会的彩灯为例，讲解其运行的基本原理，并作为实训的课题进行简易彩灯开发，这样很容易让学生形象的理解微控制器的功能及实际应用。例如，以STC89C52单片机作为主控芯片设计一种由260多个LED发光二极管组成的多样式彩灯控制系统，系统由电源电路、复位电路、时钟电路、以及LED驱动电路组成，需要进行整体系统的构思及硬件设计、软件程序的执行、实物焊接等，最后利用Keil C进行灯组状态程序设计并下载到STC89C52来实现对LED彩灯的智能控制。
利用这种形象示例教学很容易让学生联想完成后的效果，这样一方面可以引起学生的兴趣，一方面可以刺激学生设计完成它，期待完成后的效果。
（三）开放教学
本学院一直设置开放实验室，为全校的师生提供了电子设计的空间、器材、工具等便利，这也为微控制器课程的示范建设提供了条件。开放教学的核心就是便利：
1.内容开放，学生可以通过网站获得上课的课件、视频、论坛地址、学习资料等，也可以参阅历次的实验和实训方案，包括指导书、程序、视频等。
2.实验室开放，学生可以在课后时间做实验，有助于培养学生的自理能力，同样也为参加电子设计比赛的同学提供了空间便利。
3）器材开放，一方面提供万用表、信号发生器、示波器、电子电压表、稳压电源等常用电子仪表，一方面提供常用电子元器件和芯片。
（四）教学方法提升
通过集成上课和示例教学可大幅提升教学效果，开放教学为学生的自学提供开放空间和便利，但教师还是要立身根本，讲究课堂教学方法，培养学生逻辑推理和联想能力、扩展思维及创新能力等。
1.精讲，对微控制器的核心内容，如寄存器、引脚、中断、定时、串口、接口扩展等可结合实例进行精讲，也可对部分内容进行现场实践教学。
2.互动，现在高校基本上都是多媒体教学，老师更多的是注重科技对教学带来的便利，而忽略了学生的反馈，所以在教学过程中，老师要尽量多地教给、教会学生分析问题的方法，引导学生学会举一反三。
3.讨论，集成上课的便利是利于开展课堂讨论，学生5人一组可对现场实践的内容进行讨论，按照小组的理解设计程序或方案，充分激发学生的学习兴趣。
（五）课时合理化
本校自动化专业微控制器课程学时为64学时，原开设6-8课时的实验，且基本上都是验证性实验。推进示范课教学改革后，采取集成上课试验，理论课和实验课的学时重新分配为44和20。20课时的实验是可以完全覆盖课程的实验内容，同时由于是集成上课，学生在第一时间可以吸收掌握课程的主要内容，如单片机引脚、寄存器、仿真等知识，在上课的过程当中就可以现场完成一些实验，如软件操作，流水灯编程等。这样做的好处是理论课的压缩并不会造成学时的紧张。
（六）考核合理化
微控制器课程的考核主要是对编程能力、逻辑分析能力、软硬件调试能力等的考核。在之前教学过程中，课程考核包括四个方面，课程成绩=平时(作业+课堂表现)20%+实验10%+期中20%+期末50%，实训进行单独考核，实验比例相对比较小。示范课推进后，课题组计划将实训成绩一起合成考核，也要提升实验的比例，注重学生所学知识的成果化，计划修改教学大纲，修改后课程成绩=平时(作业+课堂表现)20%+实验20%+实训20%+卷面40%。这样做将使考核更加合理化，老师具有更多的主动权，学生也会将所学知识快速转化，真正吸收该课程的内容。
四 课程建设
（一）教学条件建设
1.教学文件建设,鉴于改变了上课方式，调整了课时比例，就需要对微控制器课程的教学大纲、授课计划、教学日历、课程实施大纲等教学资源进行调整修改。
2.教学手段建设，对于以上的教学资源除了通过多媒体展示，网络传播，更重要的是需建设相应的课程网站以及内部网络资源服务器，使这些资源成为一种固定的教学资源，学生可在校内随时访问。
3.开放实验室建设，目前已完成开放实验室的硬件设施，为学生提供了空间上的便利，但除此之外也需要建设开放实验室的教育网站，内容需包括实验指导、课题案例、实验视频、安全指导等，学生随时可下载阅览参考。
（二）实训课题建设
如上所述，集成上课后的课时进行了调整，实验课时为20课时，这就意味着学生可以至少有10次的实验课，因此也需要对实验内容进行调整，由浅到深，循序渐进，如表2所示。
（三）评价体系建设
对于一个课程的建设来说，好的评价能够驱动课程朝着好的方向发展，也能起到好的示范作用。而从当前社会及校友企业的评价及反馈意见来看，微控制器课程当前更应该着手课程在社会工作实践中的作用方面入手，努力使学生学到知识并运用于社会工作当中去，这才是最关键的问题所在。
首先，加强微控制器课内实验训练，使学生掌握相关课程的关键知识点。
其次，安排社会工作实践，使学生掌握理论知识的应用与设计，这是培养学生实践能力的有效手段。
再次，进行竞赛，通过比赛使学生的实践能力得以提高，为学生的就业升学都打下了良好的基础。
（四）师资队伍建设
组建一支由企业兼职教师和专职教师共同参与的教学团队是微控制器示范课程建设的目标之一。在项目推动之前，只有1名理论老师和1名实验老师负责课程的授课；在项目实施之后，目前师资结构由4名课程主讲教师（副教授2名，博士1名，讲师1名），3名实验指导老师，两名教授做课程指导，每年面向本学院自动化专业180人的微控制器课程教学。
目前计划：聘请3名企业资深工程师作兼职教师从社会企业的角度较为实际的给学生讲解课程具体应用和关键知识点；继续培养新成员成为新的教学骨干。
五 预期目标
为了适应新形势下高等教育的培养目标，本课程要做好新时期的课程建设规划。
1.继续完善教学大纲内容。
2.编写教材新的讲义。目前现行的相关教材中知识相对陈旧，教学内容很少体现微控制器知识在相关专业中的实际应用。所以需要根据新的教学大纲，并参考国内外有关微控制器/单片机的教材，结合近几年的经验和知识形成一套特色的教学理念、方法和手段，并编写新的教学讲义。
3.改革教学内容组织方式。进行教学内容组织方式改革，使教学均围绕一个任务目标进行各教学环节的组织，以任务目标为主线，进行各相关知识点和技能点的讲解。
六结束语
本文围绕《微控制器原理及应用》应用型示范课建设进行了讨论和分析，在响应四川省建设省级应用型示范专业与课程政策的同时推动微控制器课程的示范实践，内容主要从教学目标、教学手段、课程建设、预期目标等几个方面的具体实施进行了探索和总结。
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