摘 要：“單片機”是電子信息類專業(yè)一門重要的基礎課程，也是一門應用型課程，其在各級電子設計競賽中均有廣泛應用。在新工科背景下，為了迎接新一輪產業(yè)變革及服務創(chuàng)新驅動發(fā)展戰(zhàn)略，探索多課程知識融合及多學科交叉應用是單片機實踐教學改革的重點。以電子設計競賽驅動的新工科單片機實踐教學改革具有重要的指導價值和現實意義，十分契合新工科建設的初衷。文章分析了單片機實踐教學目前存在的主要問題，并以電子設計競賽為驅動探討單片機實踐教學改革的主要措施，使單片機實踐教學更加注重對大學生實踐能力的培養(yǎng)，更加注重提高大學生利用所學知識解決實際工程問題的能力，也更加符合新工科背景下創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)需求。

關鍵詞：“單片機”課程；電子設計競賽；新工科；實踐教學

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1002-4107（2024）11-0084-03

一、引言

“單片機”是電子信息類專業(yè)一門重要的基礎課程，是理論和實踐相結合、具有較強實用性、關乎科技和生活方方面面的一門技術課程。近年來，諸多高校均對“單片機”課程進行了相應改革，從大綱、教材、教案到實驗課、綜合設計課，再到單片機實訓課程均有所涉及[1]?！皢纹瑱C”課程改革的目標是突出單片機本身的應用價值，服務好科技、服務好生活，這是包括“單片機”課程在內的諸多應用型課程改革的初衷，也完全契合了新工科建設的宗旨——主動應對新一輪科技革命與產業(yè)變革，支撐服務創(chuàng)新驅動發(fā)展、“中國制造2025”等一系列國家戰(zhàn)略。新工科背景下，探討“單片機”課程改革，尤其是實踐教學改革更應注重多學科、多課程的融合，注重課程的實踐意義，以及課程內容和應用的創(chuàng)新[2]。

全國大學生電子設計競賽是教育部、工業(yè)和信息化部共同發(fā)起的大學生學科競賽之一，電子設計競賽的題目緊跟工業(yè)領域熱點技術，能夠培養(yǎng)大學生的工程實踐素質，提高大學生分析、解決實際問題的能力，是面向大學生的群體性科技活動，目的在于推動高校電子信息類學科課程體系和課程內容的改革及課程教學和實驗室建設工作。

大學生電子設計競賽、新工科建設和單片機實踐教學改革的目標高度一致，可以簡單概括為實踐、應用、創(chuàng)新。以新工科建設為宗旨，以電子設計競賽為驅動的單片機實踐教學改革契合了時代發(fā)展的需求，具有明確的目標導向性，凸顯了課程改革的時效性，強大的創(chuàng)新需求驅動課程改革可持續(xù)進行。

二、全國大學生電子設計競賽的組織和特點

全國大學生電子設計競賽遵循“政府主辦、專家主導、學生主體、社會參與”的16字方針，以充分調動高校和大學生的參與積極性。全國大學生電子設計競賽是教育部主導的大學生科技競賽之一，是面向大學生的具有廣泛性的科技活動，其宗旨是推進高校電子信息類學科課程體系及課程內容改革，有助于高校實施素質教育，培養(yǎng)大學生的實踐創(chuàng)新能力、團隊協作能力和解決實際工程技術問題的能力；有助于培養(yǎng)大學生的綜合素質、提高大學生依托專業(yè)進行電子設計制作的能力；有助于吸引高校大學生積極踴躍參加課外科技創(chuàng)新活動，為優(yōu)秀人才的培育創(chuàng)造條件。競賽的特點是，其能夠與理論聯系實際的學風建設緊密結合，競賽內容既有理論設計，又有實際操作，從而全面檢驗和強化參賽大學生的理論基礎和實踐創(chuàng)新能力。1994年，全國大學生電子設計競賽首次舉辦，近年來其參賽大學生規(guī)模已達到4萬人左右，已成為國內規(guī)模最大、參賽范圍最廣、最具影響力的本、?？拼髮W生的電子設計競賽之一。近年來，試題內容以電源類、信號源類、高頻類、放大類、儀器儀表類和控制類為主，具體題目在比賽開始當天以官方網站的形式公布，每個參賽隊伍只能選擇一個題目，并在規(guī)定的時間內完成所選題目的設計、驗證和制作，然后到官方指定的比賽場地開始正式測試。整個比賽期間都要在預先指定的場地內進行。參賽選手可以查閱資料。設計所需的設備和器件等由參賽學校自行解決，正式測試的設備和器件由組委會提供。

三、單片機實踐教學內容與電子設計競賽能力需求的錯位

“單片機”是一門實踐性很強的課程，學以致用的能力可以很快在這門課程中體現出來。以黑龍江大學為例，從大學生參加級校、省級和全國的電子設計競賽的表現來看，部分大學生存在理論基礎不夠扎實、實踐操作能力不強、不能科學地分析問題和獨立自主地解決問題等情況，折射出實踐教學中存在的問題，具體體現在以下幾個方面。

（一）理論與實踐脫節(jié)

“單片機”課程包括理論課、基礎實驗課和綜合設計實驗課。由于缺乏靈活多樣的考核方式，當前的理論教學與實踐教學仍采用傳統的考試方式來檢驗學習效果，導致課程學習和應用脫節(jié)，無法有效銜接。基礎實驗課和理論課是一脈相承的，但由于單片機基礎理論知識多年來更新較慢，單片機的新進展和新技術沒有及時補充到理論課當中，使得多年來理論教學內容趨于固化，致使基于理論課程的基礎實驗課內容也沒有得到及時補充，導致多年的實驗內容一成不變，缺乏挑戰(zhàn)和新意，造成大學生甚至教師對基礎實驗重視不夠，所導致的教學效果自然不盡理想。在綜合設計實驗階段，就體現出了這種基礎知識不扎實的弊端，如在參加電子設計競賽的過程中，部分大學生在面對新問題時無從下手，還需要重新系統地學習單片機的知識，浪費了寶貴的時間，增加了競賽的難度，降低了團隊的競爭力。

（二）實驗設備投入不夠

大多數開設“單片機”課程的高校能夠提供基礎實驗所需的實驗條件，但是部分高校，特別是地方院校存在單片機基礎實驗設備更新速度慢、設備陳舊的現象。例如，部分高校的單片機多為8051單片機并采用匯編語言開發(fā)，即便能夠滿足基礎實驗需求，但在綜合設計實驗和電子設計競賽實訓所需要的實驗設備和場地方面則普遍不足。由于綜合設計實驗涉及的題目和內容較多，個性化差異又很明顯，所以對實驗條件的要求就更高，不僅要有基礎的單片機實驗系統，還要有常用的開發(fā)硬件，如電機、攝像頭、放大電路、傳感器等。這使得大多數高校不能為大學生提供開展綜合設計實驗所需的條件，而只能局限于軟件仿真，這就造成了大學生解決實際問題的經驗欠缺，進而導致能力不足。然而，分析、排查并最終解決電路實際問題的能力是參加電子設計競賽必須具備的技能，是軟件仿真不能給予的。

（三）教學內容過時

“單片機”是高校電子信息類專業(yè)的基礎課程，是全國大多數高校都開設的一門課程，受眾大學生很廣。大多數高校教授的單片機依然是八位單片機，這種單片機自問世以來經過數次產品迭代升級，應用領域廣泛，影響深遠。由于問世時間較長，內容基礎，其成為大多數“單片機”課程的首選。但是，這也造成了目前的主流教材和教輔材料內容同質化現象比較嚴重，多年來幾乎是千篇一律，導致理論課和實驗課的知識更新速度較慢，授課內容乏善可陳。實踐教學內容過時，導致無法與電子設計競賽內容接軌，進而不能反映工程領域熱點問題。

（四）教學方法和評價方式單一

目前，多數高?！皢纹瑱C”課程的授課方式依然是以課堂講授為主，板書、PPT的展示占據了課堂的大部分時間。大學生學習這樣一門實踐性很強的專業(yè)課，卻依然停留在書本、黑板和PPT上，停留在傳統的教學方式上，這對培養(yǎng)大學生的主動學習意識，提高融會貫通的能力極為不利。雖然配套的基礎實驗具備實踐的屬性，但是這些實驗內容大都源于教材，基礎內容更新較慢，較少涉及電子設計競賽所需的前沿知識。同時，實驗課的評價標準過于單一，沒有制定因人而宜的差異化評價標準，不能綜合考量大學生分析問題、解決問題的能力，導致最終的學習成效有限，沒有為后續(xù)的綜合設計實驗和電子設計競賽提供有效的能力儲備。

四、新工科單片機實踐教學改革的方向和動力

為了培養(yǎng)造就一批引領未來科技和產業(yè)升級的優(yōu)秀工程技術人才，為我國提供智力支持和人才保障，教育部提出了新工科建設的“復旦共識”和“天大行動”。電子信息類專業(yè)是工科的重要組成部分，是gRScqgA8TbVLRXUUwGbNfM0uvcR6AUF5lJgG0T2gpdI=新工科建設的重要方面?！皢纹瑱C”及其相關課程是電子信息類專業(yè)的重要實踐課程，可以說教好、學好、用好單片機將在新工科建設中發(fā)揮重要作用[3]。新時代，在面向電子設計競賽需求的驅動下，在培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的時代召喚下，單片機實踐教學改革應從以下幾個方面著手。

（一）創(chuàng)新課堂教學方式

傳統的課堂教學以板書和PPT講授為主，不能激發(fā)大學生的學習興趣。授課教師要依托單片機硬件架構，從基本應用出發(fā)，以案例式教學和問題分析式教學主導課堂，改變教師講、學生聽的傳統模式[4]。讓大學生參與到教學中的較好方式是圍繞授課內容由教師提出問題，大學生分析問題，再由教師幫助解決問題。教師可以引入經典的電子設計競賽案例，并解讀題目，引導大學生思考題目并提出方案，教師擇優(yōu)點評并示范完成案例設計。整個教學過程可以在多媒體教室通過仿真軟件驗證的方式完成，可以采用競標式、競賽式的方式完成相應內容，并將大學生表現作為平時成績的重要參考，這樣既能夠讓大學生感受到課堂的活力，又能夠提高他們的參與感和獲得感。

（二）理論與實踐有效銜接

綜合設計實驗是“單片機”課程理論與實踐有效銜接的重要途徑，也是檢驗學生學習效果和能力的重要載體。目前，大多數綜合設計實驗的內容依然存在更新較慢、題目陳舊等問題。順應技術的進步和需求的提高，及時更新綜合設計實驗題目是亟須解決的問題。高校要著眼當前熱點應用，尤其是近5年的各級電子設計競賽內容，擇優(yōu)列入綜合設計實驗中，從而增加以問題為導向的課程設計內容，淘汰那些多年沉積已被新技術淘汰的落后題目，以注重提高學生解決實際問題的能力為宗旨，持續(xù)進行教學內容的改進。

（三）提高科技前沿知識的比例

近年來，人工智能和大數據的興起對傳統的計算機產業(yè)提出了新的要求。單片機自問世以來，雖然硬件技術經過若干次迭代已有長足進步，但是目前的教學內容依然是依托相對落后的技術產品展開。因此，各高校應適時更新老家內容，讓新型單片機知識進大綱、進教材、進課堂、進實驗室。任課教師應適時增加當前電子設計競賽中單片機的主要應用案例，并結合具體案例更新編程思想和程序，體現單片機的前沿性和實用性。

（四）加強創(chuàng)新實驗室建設力度

開放性創(chuàng)新實驗室是高校培養(yǎng)應用型創(chuàng)新人才的重要陣地[5]，應發(fā)揮創(chuàng)新實驗室在單片機實踐教學和電子設計競賽培訓中的“橋頭堡”作用，同時要加大創(chuàng)新實驗室的建設力度，保證創(chuàng)新實驗室的數量、面積和相關的硬件配套措施完備。由于近幾年的電子設計競賽緊密關聯當前科技發(fā)展主題，設計內容融入了前沿知識和先進的芯片技術，這就需要各高校及時更新實驗室設備，使大學生在平時的訓練中有更多機會接觸前沿知識和設備，同時要加大創(chuàng)新實驗室的覆蓋面，讓更多低年級大學生進入實驗室。受眾大學生的廣度最終決定了電子設計競賽成績的高度，只有更多的大學生尤其是低年級的大學生積極參與到電子設計競賽中來，才能充分調動大學生的參與熱情，發(fā)揮大學生的聰明才智，保持電子設計競賽的活力。高校要發(fā)揮高年級大學生的傳幫帶作用，高年級和低年級的大學生交叉組隊，共同學習，最終把創(chuàng)新實驗室打造成學習、傳承、實踐、創(chuàng)新的陣地。

（五）擴大電子設計競賽的覆蓋面

以賽促學是有效的單片機實踐教學方式。工科院校應加大校內電子設計競賽的覆蓋面，讓更多的大學生參與其中，感受電子設計競賽的規(guī)則、形式和氛圍。通過多種形式的競賽使大學生具備發(fā)現問題、分析問題、最終通過自己的努力解決問題的能力，同時還鍛煉了團隊協作的能力，而這些能力是課堂無法給予的。當參與的大學生達到一定規(guī)模后，又能夠反向提高課堂教學和實踐教學的效果，最終達到以賽促學的良性循環(huán)并形成長效機制。

（六）發(fā)揮指導教師的模范引領作用

電子設計競賽指導教師，尤其是多年從事電子設計競賽指導工作的教師，具有扎實的理論基礎和豐富的實踐經驗，是真正的雙師型教師。高校應增加此類教師的基礎教學內容，特別是增加對低年級大學生的單片機基礎教學，讓知識和經驗在基礎教育階段發(fā)揮重要作用；鼓勵專家型教師依托創(chuàng)新實驗室開設電子設計選修課，且課程要兼顧基礎與應用，理論與實踐；鼓勵大學生跨學院、跨專業(yè)選修相關課程，做到學科交叉、相互借鑒，培養(yǎng)出大批參加電子設計競賽的潛在力量。

五、結束語

當今世界正處于百年未有之大變局，新科技革命和產業(yè)變革的浪潮奔涌而至，推動著高等教育的快速發(fā)展。面對大數據、人工智能等新興熱門領域，高校應緊跟時代步伐，加大對新興專業(yè)大學生的教育和培養(yǎng)力度。在新工科建設大背景下，對傳統工科專業(yè)的課程進行升級改造也勢在必行。改造不等于拋棄，相反更應得到重視?！皢纹瑱C”是本科階段計算機軟硬件知識和信息科學知識學習的入門課程，也是重要的基礎學科。改革和升級要找好切入點，不能為了改而改，要見實效、見成績。而以電子設計競賽為目的的單片機實踐教學改革，既能體現新工科的建設初衷，又能實現創(chuàng)新、實踐驅動課程發(fā)展，是一舉多得的、有效的改革措施。

參考文獻：

[1] 孟艷艷，賈長洪，劉萌，等.以專業(yè)核心素養(yǎng)為導向的專業(yè)實踐課程教學改革研究：以STM32單片機應用開發(fā)課程為例[J].高教學刊，2022，8（2）：150-153.

[2] 皮大能，楊青勝，南光群，等.新工科背景下單片機原理與應用課程理論教學方法改革與實踐[J].湖北師范大學學報（自然科學版），2021，41（1）：93-100.

[3] 李佳佳，賀偉，劉曉芳，等.新工科背景下單片機課程教學的研究與探索[J/OL].教育現代化，2019，6（24）：80-81，95[2024-02-21]. https：//navi.cnki.net/knavi/journals/JYXD/detail？uniplatform=NZKPT.

[4] 于天河，盧迪，薛楠.電子設計實踐互聯網+與翻轉課堂教學模式研究[J].黑龍江教育（理論與實踐），2018，72（5）：63-64.

[5] 李英俊，孫淑琴，于世鈞，等.多種模式開放實驗室培養(yǎng)創(chuàng)新人才的探索與實踐[J].實驗室研究與探索，2007（3）：121-124，147.

■ 編輯∕丁俊玲