“教赛创”融合单片机课程教学探索与实践

一、引言

1.1 研究背景

教育部《关于深化本科教育教学改革全面提高人才培养质量的意见》明确提出“推动科研反哺教学，促进赛教结合、专创融合”，将实践创新能力培养纳入本科教育核心目标。这为单片机等应用型课程的教学改革提供了明确的方向指引。传统模式普遍存在“重理论轻实践、重碎片轻系统、重结果轻过程”问题，这一矛盾亟需通过教学改革加以解决。

1.2 研究意义

本研究基于建构主义、CDIO 工程教育模式等理论，探索“教赛创”融合的内在逻辑，提出“知识传授—技能训练—创新孵化”的闭环模型，为应用型本科院校工科课程改革提供理论参考。通过教学模式改革，可强化学生工程实践能力，竞赛获奖率、创新创业项目申报数量显著提升；打破“理论与实践”“课程与竞赛”的壁垒，形成可复制的课程重构方法；缩短人才培养周期，缓解智能制造领域“用工荒”与“就业难”的结构性矛盾。

二、“教赛创”融合教学模式构建

2.1 融合框架设计

“教赛创”三位一体融合模式以“能力培养”为核心，通过“教筑基、赛提质、创拓界”的逻辑，形成闭环系统。

“教”为基础：通过课程体系重构，实现“理论知识—实践技能”的衔接，为竞赛与创新提供基础支撑；

“赛”为纽带：将竞赛题目转化为教学任务，以竞赛标准倒逼能力提升，同时将竞赛成果反哺教学案例库；

“创”为延伸：以创新创业项目为载体，将技术方案推向商业化，

实现“从实验室到市场”的跨越，同时将创业需求反馈至教学内容优化。三者相互渗透：教学内容中融入竞赛考点与创业要素，竞赛备赛过程强化教学知识应用，创业实践中暴露的能力短板反哺教学改进。

2.2 课程体系重构

（1）核心理论模块：对接技术前沿与竞赛需求

芯片选型更新：以 STM32F103（32 位单片机，广泛用于电子设计大赛）为主控芯片，保留 8051 单片机的基础原理讲解（如 I/O 口、定时器），但重点转移至 32 位芯片的中断管理、DMA 传输等高级功能；

编程语言升级：弱化汇编语言，强化 C 语言编程，新增 Python 脚本，适应竞赛中 “快速开发 + 跨平台协作” 需求；

理论案例替换：将 “指令格式讲解” 改为 “功能实现案例”，如讲解 “中断” 时，以 “智能车避障中红外传感器的中断响应” 为例，而非单纯分析中断向量表。

（2）实践项目阶梯：从 “基础验证” 到 “创新设计”

基础层：聚焦单一模块开发，如 “基于 STM32 的温湿度采集”（掌握 ADC 转换、I2C 通信）、“按键控制 LED 矩阵”（掌握 GPIO 配置、扫描算法），对应电子设计大赛的 “模块级考核”；

综合层：完成多模块集成，如 “智能小车系统”（融合电机驱动、循迹传感器、蓝牙遥控），要求达到 “省级竞赛初赛” 水平，能解决 “电机同步性”“传感器抗干扰” 等实际问题；

创新层：对接创业需求，如 “基于单片机的老年人跌倒报警器”需完成 “硬件设计 — 程序开发 — 外壳 3D 打印 — 成本核算” 全流程，输出可演示的产品原型，为 “互联网 + ” 大赛储备项目。

（3）评价体系改革：从 “分数导向” 到 “能力导向”

过程性评价（ 60% ）：

项目阶段报告（ 20% ）：记录 “需求分析 — 方案设计 — 调试日志”，重点考察问题解决思路；

课堂表现（ 15% ）：包括团队讨论发言、技术方案质疑、跨组协作贡献；

技能测试（ 25% ）：随机抽取模块，考核实操能力。

终结性评价（ 40% ）：

实物演示（ 25% ）：现场运行系统，验证功能完整性；

答辩评审（ 15% ）：回答 “方案选型依据”“技术难点突破”“商业化潜力” 等问题，由教师、企业导师共同评分。

三、教学实施路径

为支撑 “基础 — 综合 — 创新” 三阶任务，构建 “仿真 — 实训— 孵化” 三级实践平台，实现 “低成本验证 — 高仿真训练 — 商业化孵化” 的衔接。

（1）基础层：仿真与验证平台（课内实验）

硬件配置：Proteus 仿真软件 + STM32 开发板；

功能定位：快速验证电路设计与程序逻辑，降低硬件损坏成本；

实施案例：学生在 Proteus 中搭建 “温湿度采集电路”，仿真调试程序（如解决 “数据跳变” 问题），再下载至开发板验证，确保基础模块功能可靠。

（2）综合层：校企共建实训平台（课程设计）

与本地嵌入式企业共建实验室，引入工业级设备

硬件资源：STM32 核心板、多种传感器（红外、超声、气体）、3D 打印机、PCB 制板机；

技术支持：企业工程师每周到校指导，提供 “工业控制案例库”；

典型项目：“智能仓储分拣系统”，学生需完成 “货物识别（摄像头）—路径规划（单片机算法）— 机械臂控制” 全流程开发，体验企业真实研发场景。

（3）创新层：创客空间孵化平台（竞赛与创业）

依托学校科技园建设创客空间，提供 “技术 — 资金 — 场地” 全链条支持：

技术资源：示波器、逻辑分析仪等高端测试设备，开源社区（GitHub、DFRobot）技术对接；

孵化服务：专利申请指导、创业导师辅导；

四、结论与展望

“教赛创”融合模式通过重构课程体系、搭建分层平台、创新教学方法，有效解决了单片机课程“理论与实践脱节”“竞赛与教学分离”的问题，形成了“知识传授—技能训练—创新孵化”的闭环。实践表明，该模式能显著提升学生的工程实践能力与创新潜力，为应用型本科院校工科课程改革提供了可复制的经验。

参考文献

[1] 教育部 . 关于深化本科教育教学改革全面提高人才培养质量的意见 [Z]. 2019.

[2] 李培根 . 新工科建设的核心理念与实践探索 [J]. 高等工程教育研究 ， 2020（1）：1-5.

[3] 王树森 . CDIO 模式下单片机课程教学改革研究 [J]. 实验室研究与探索 ， 2021，40（3）：187-190.

[4] 王佳 ， 赵耕云 . 专创融合视角下单片机原理与接口技术课程教学模式的改革与实践 [J]. 汽车实用技术 ，2025，50（15）：137-141.

[5] 周鹏 ， 龚飞燕 . 单片机原理及应用课程思政教学改革与实践[J]. 高教学刊 ，2025，11（20）.

[6] 郭亮 ， 刘敏豪 ， 朱样敏 .“教赛创”融合的单片机课程教学改革探索 [J]. 科技资讯 ，2023，21（03）.

[7] 周颖华 ， 赵雷 ， 张伟 ， 等 . 结合学科竞赛的嵌入式系统实验教学改革与实践 [J]. 科教导刊 ，2025，（08）.

作者简介：刘科成，1992 年9 月，男，汉，河南汝南， 工程师，硕士研究生，研究方向：电子信息、水下机器人

基金项目：2024 年校级教育教学改革研究项目《“教赛创”融合单片机课程教学探索与实践》（2024XJGLX07）