以學(xué)為中心的“微控制器原理及應(yīng)用” 課程教學(xué)創(chuàng)新研究

黃耀群 張春晶 王娟

摘? ? 要：文章分析了黑龍江科技大學(xué)“微控制器原理及應(yīng)用”課程存在的問題，開展了多元化教學(xué)創(chuàng)新探索，提出了以“微控制器原理及應(yīng)用”課程為核心的“區(qū)塊鏈”課程體系建設(shè)思想，同時，深化實踐教學(xué)和“一體化”人才培養(yǎng)模式改革，實現(xiàn)學(xué)生工程素質(zhì)、實踐能力、創(chuàng)新能力的整合提高。從課程創(chuàng)新教學(xué)取得的效果可以看出，“微控制器原理及應(yīng)用”課程的教學(xué)創(chuàng)新對提高課堂教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生實踐創(chuàng)新能力具有重要的意義和參考價值。

關(guān)鍵詞：教學(xué)創(chuàng)新;多元化教學(xué);課程“區(qū)塊鏈”

中圖分類號：G642? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? 文章編號：1002-4107（2022）03-0075-03

隨著科技的發(fā)展，社會需求的不斷轉(zhuǎn)變，高等教育人才培養(yǎng)理念和模式也在不斷地完善和革新，從產(chǎn)教融合、卓越工程師計劃、CDIO人才培養(yǎng)模式，到新工科、國際工程教育認(rèn)證，全國各高校為培養(yǎng)具有開拓意識、創(chuàng)新能力的應(yīng)用型人才不斷努力探索?！拔⒖刂破髟砑皯?yīng)用”課程作為電子信息類、電氣類等專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程，是嵌入式開發(fā)人才培養(yǎng)中的重要環(huán)節(jié)，它是數(shù)/模電路、高頻電子線路與傳感器設(shè)計、嵌入式開發(fā)課程之間的紐帶和橋梁。在新時代、新理念、新社會需求的工科人才培養(yǎng)背景下，傳統(tǒng)“微控制器原理及應(yīng)用”課程的教學(xué)已經(jīng)無法滿足當(dāng)前社會對創(chuàng)新型、應(yīng)用型人才培養(yǎng)的需求，教學(xué)創(chuàng)新改革勢在必行。如何切實提高教學(xué)質(zhì)量，如何根據(jù)社會需求、技術(shù)發(fā)展更新教學(xué)內(nèi)容，如何培養(yǎng)學(xué)生的設(shè)計開發(fā)能力和創(chuàng)新能力等一系列問題，要求教師在教育教學(xué)過程中持續(xù)不斷地思考、創(chuàng)新和實踐。

一、“微控制器原理及應(yīng)用”課程的主體地位

和存在的問題

（一）課程的地位和作用

“微控制器原理及應(yīng)用”是電子信息類、電氣類等專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，該課程以經(jīng)典的89C51單片機(jī)為核心，結(jié)合目前主流的微控制器元件，主要講述微控制器的硬件結(jié)構(gòu)、指令系統(tǒng)、定時器/計數(shù)器、串行口、中斷系統(tǒng)、A/D、D/A以及單片機(jī)的接口電路設(shè)計。通過該課程的學(xué)習(xí)可以使學(xué)生掌握單片機(jī)開發(fā)應(yīng)用技能，熟悉常見的工程案例，了解單片機(jī)技術(shù)及其在工業(yè)控制、經(jīng)濟(jì)建設(shè)和日常生活中的應(yīng)用，并結(jié)合實驗和工程實踐訓(xùn)練進(jìn)一步提高學(xué)生的工程應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力，為學(xué)生后續(xù)嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)鋪平道路，為將來從事電子產(chǎn)品的設(shè)計開發(fā)、檢測和維護(hù)等工作奠定堅實的基礎(chǔ)[1]。同時，該課程在學(xué)生科研項目訓(xùn)練、學(xué)科競賽、專業(yè)課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計等環(huán)節(jié)也發(fā)揮著極其重要的作用。

（二）課程存在的問題

傳統(tǒng)的“以教為中心”的教學(xué)理念，以教師講授為主，“微控制器原理及應(yīng)用”這種以培養(yǎng)學(xué)生綜合設(shè)計能力、實踐能力和創(chuàng)新能力為目標(biāo)的課程已經(jīng)很難達(dá)到其教學(xué)要求。這種教學(xué)模式無法調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性，更談不上創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。所以，教學(xué)理念要不斷地向“以學(xué)為中心”轉(zhuǎn)變，突破現(xiàn)有的、刻板的、枯燥的教學(xué)模式，加強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)自主性，培養(yǎng)其實踐能力和創(chuàng)新能力。

學(xué)生學(xué)習(xí)成績不高、自主性不強(qiáng)的原因，一方面是課程本身具有一定的專業(yè)難度，且教學(xué)模式的先進(jìn)性不足。另一方面是學(xué)生對所學(xué)專業(yè)知識沒有融會貫通，沒有形成一個良好的知識體系。“微控制器原理及應(yīng)用”課程與其前導(dǎo)課、后續(xù)課的相關(guān)知識具有較高的連續(xù)性，而對電子電路基礎(chǔ)知識掌握較差的學(xué)生，在“微控制器原理及應(yīng)用”課程不斷深入學(xué)習(xí)后，會產(chǎn)生越來越多的問題，導(dǎo)致學(xué)習(xí)困難，最后失去學(xué)習(xí)興趣。所以，教師在教學(xué)過程中要打破傳統(tǒng)的課程組織形式，根據(jù)人才培養(yǎng)目標(biāo)科學(xué)地構(gòu)建課程體系，形成“區(qū)塊鏈”，使專業(yè)知識融會貫通。

理論教學(xué)與實踐教學(xué)脫節(jié)，理論知識與實踐技能無法通過課程融合轉(zhuǎn)化為解決問題的能力[2]。一方面，課程實驗內(nèi)容多為簡單的驗證性實驗，學(xué)生只需按照教師的講解，按部就班地完成，驗證所學(xué)理論知識的正確性，在這一過程中難以培養(yǎng)學(xué)生真正獨立思考和解決問題的能力。另一方面，綜合實踐訓(xùn)練的效果并不理想，雖然教師按照學(xué)生的知識水平對實踐內(nèi)容進(jìn)行了設(shè)計，但在分組進(jìn)行實踐的過程中仍會有一部分學(xué)生存在“等、靠、要”的依賴思想，遇到難點就直接問教師或等其他學(xué)生做出來再進(jìn)行修改，學(xué)生并沒有發(fā)揮自主性，其實踐能力和創(chuàng)新能力并沒有通過分析問題、查找資料、討論方案、反復(fù)測試等一系列過程得到實質(zhì)性的提高。此外，學(xué)生參與全國電子設(shè)計競賽等大學(xué)生創(chuàng)業(yè)創(chuàng)新大賽的比例不高、參與度不夠，只有很少一部分學(xué)生的實踐能力和創(chuàng)新能力得到了提高。

信息技術(shù)在課程教學(xué)中應(yīng)用較少，線上教學(xué)平臺沒有得到充分的利用。自國家教育部大力推行高校教學(xué)改革以來，全國各高校開始重視信息技術(shù)在課堂中的應(yīng)用，但在實際的課堂教學(xué)中，仍是以PPT講授為主，并沒有真正地運(yùn)用相應(yīng)的信息技術(shù)，當(dāng)然這與教學(xué)環(huán)境和硬件設(shè)施的建設(shè)有一定的關(guān)系。各專業(yè)課教師進(jìn)行線上教學(xué)時，仍是以上傳授課視頻、授課PPT和習(xí)題為主，并沒有充分利用線上平臺實現(xiàn)課程教學(xué)內(nèi)容的討論與交流，線上和線下的教學(xué)并沒有結(jié)合起來形成優(yōu)勢互補(bǔ)[3]。

二、“以學(xué)為中心”課程創(chuàng)新改革思路和措施

在教學(xué)創(chuàng)新過程中，傳統(tǒng)的教學(xué)環(huán)境、固定聯(lián)排的桌椅嚴(yán)重束縛課堂上師生主動性和積極性的發(fā)揮，傳統(tǒng)的教學(xué)空間無法自然形成人性化互動交流與創(chuàng)新智慧碰撞的氛圍，無法促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)新思維的培養(yǎng)。為配合教學(xué)理念從“以教為中心”向“以學(xué)為中心”轉(zhuǎn)變，高校不斷加強(qiáng)智慧教室建設(shè)，為課程教學(xué)創(chuàng)新提供了良好的智能化、開放型、互動式的多樣性教學(xué)環(huán)境，以實現(xiàn)教育理念與教學(xué)空間、教育模式和教學(xué)方法的雙向促進(jìn)[4]。

在教學(xué)方法上，“微控制器原理及應(yīng)用”課程逐步探索有效的教學(xué)創(chuàng)新模式，利用思維導(dǎo)圖激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，增加學(xué)生的思考時間，充分挖掘?qū)W生個性潛能。同時，思維導(dǎo)圖作為一種開放性的思維工具，利用它進(jìn)行教學(xué)設(shè)計和板書教學(xué)，不但邏輯思路清晰，便于構(gòu)建專業(yè)知識體系，而且可以訓(xùn)練學(xué)生的思維能力，讓學(xué)生在已掌握知識的基礎(chǔ)上，用發(fā)散的思維去思考問題，進(jìn)行知識的融合、遷移及靈活運(yùn)用，可較好地提高學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性和創(chuàng)新思維能力。

科學(xué)構(gòu)建課程體系，將嵌入式開發(fā)人才培養(yǎng)的重要課程整合貫通。教學(xué)中，教師要注重知識的邏輯關(guān)系，前面課程的知識后面要如何應(yīng)用、如何建立聯(lián)系，要“敲黑板，畫重點”;后續(xù)課程需要應(yīng)用哪些前面課程的知識，需要進(jìn)行回顧、聯(lián)結(jié)和綁定，突出課程知識內(nèi)在的邏輯統(tǒng)一，將原有專業(yè)課程的相互隔離狀態(tài)轉(zhuǎn)化為專業(yè)知識體系內(nèi)部的協(xié)調(diào)銜接和相互補(bǔ)充，形成課程體系的“區(qū)塊鏈”。

“微控制器原理及應(yīng)用”作為一門實踐性較強(qiáng)的課程，為實現(xiàn)學(xué)生實踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)，將理論轉(zhuǎn)化為實踐創(chuàng)新能力，在試驗和實踐環(huán)節(jié)可以開展以各類電子競賽題目和企業(yè)實際工程項目為導(dǎo)向的模塊式教學(xué)，讓實踐內(nèi)容更具有現(xiàn)實意義，而不是簡單的理論驗證。在實踐的過程中，教師要求各學(xué)生小組根據(jù)實踐項目利用思維導(dǎo)圖進(jìn)行分解，通過積極思考、討論和運(yùn)用理論知識構(gòu)建合理的設(shè)計方案，逐步實現(xiàn)各項實踐要求，提升學(xué)生在實踐訓(xùn)練中的參與度，提高學(xué)生積極性、自主性和團(tuán)隊合作能力。同時，加強(qiáng)實踐教學(xué)環(huán)節(jié)的過程管理，加大學(xué)生操作能力、項目設(shè)計方案的先進(jìn)性和創(chuàng)新性、最終項目答辯成績的比重，真正地把理論與實踐、設(shè)計與創(chuàng)新、能力與素質(zhì)緊密地結(jié)合起來，落到實處，實現(xiàn)學(xué)生工程素質(zhì)、實踐能力、創(chuàng)新能力的整合提高[5]。

注重信息、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用。采用“線上”網(wǎng)絡(luò)教學(xué)與“線下”課堂教學(xué)相結(jié)合、思維導(dǎo)圖與翻轉(zhuǎn)課堂相結(jié)合、自主學(xué)習(xí)與任務(wù)驅(qū)動相結(jié)合的多元化教學(xué)模式，打破傳統(tǒng)課堂教學(xué)“以教為中心”學(xué)生被動學(xué)習(xí)的弊端。打造以知識點、重點、難點為核心的微課，共享各類電子設(shè)計比賽題目和大學(xué)生創(chuàng)業(yè)創(chuàng)新項目的優(yōu)秀案例，通過“微控制器原理及應(yīng)用”課程線上平臺，任課教師發(fā)布學(xué)習(xí)任務(wù)，開展線上教學(xué)和學(xué)生自主學(xué)習(xí)，師生充分利用網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢進(jìn)行學(xué)習(xí)討論和交流，加強(qiáng)線上互動。同時，充分利用高校搭建的智慧教室，開展“以學(xué)為中心”的翻轉(zhuǎn)課堂，以思維導(dǎo)圖教學(xué)、討論式教學(xué)、項目式教學(xué)等多元化的教學(xué)方法，突出學(xué)生的學(xué)習(xí)主體地位。學(xué)生根據(jù)教師下達(dá)的學(xué)習(xí)任務(wù)和實踐項目進(jìn)行講述、分析、討論和創(chuàng)新，發(fā)揮主動性和創(chuàng)造性，提高分析、解決問題的能力，創(chuàng)新能力和學(xué)習(xí)的成就感。

三、“微控制器原理及應(yīng)用”課程教學(xué)創(chuàng)新改革取得的成效

自2016年以來，“微控制器原理及應(yīng)用”課程不斷完善思維導(dǎo)圖的教學(xué)方法，開展多元化的教學(xué)實踐，獲得了顯著的教學(xué)成果。學(xué)生期末考試平均成績提高了10.9%，得到了專家、同行和學(xué)生的廣泛認(rèn)可和高度評價，甚至部分已就業(yè)的學(xué)生，在工作中仍在使用思維導(dǎo)圖的方法進(jìn)行工作任務(wù)匯報和項目分析?！拔⒖刂破髟砑皯?yīng)用”課程思維導(dǎo)圖教學(xué)模式如圖1所示。

通過“微控制器原理及應(yīng)用”課程教學(xué)和實踐的不斷改革，學(xué)生的實踐能力穩(wěn)步提升，參加各類電子競賽和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽的學(xué)生數(shù)量和獲獎數(shù)量明顯增加。近5年來，黑龍江科技大學(xué)共計160余名學(xué)生在全國電子設(shè)計大賽、“挑戰(zhàn)杯”全國大學(xué)生系列科技學(xué)術(shù)競賽、“藍(lán)橋杯”全國軟件和信息技術(shù)專業(yè)人才大賽和全國大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽等各項比賽中獲獎。

四、持續(xù)深化課程創(chuàng)新改革，實現(xiàn)能力培養(yǎng)和就業(yè)一體化

在課程教學(xué)創(chuàng)新改革的過程中，如何激發(fā)學(xué)生的興趣和學(xué)習(xí)的自主性、如何科學(xué)地將課程教學(xué)內(nèi)容與創(chuàng)新教育教學(xué)方法相結(jié)合、如何將理論教學(xué)與實踐及技術(shù)發(fā)展相結(jié)合，實現(xiàn)創(chuàng)新型、應(yīng)用型人才培養(yǎng)是值得教師不斷思索和探究的持續(xù)性命題?！拔⒖刂破髟砑皯?yīng)用”課程教學(xué)內(nèi)容既包括硬件電路設(shè)計，又有軟件編程，對學(xué)生的基礎(chǔ)知識和實踐能力要求較高。在近年來的思維導(dǎo)圖創(chuàng)新教學(xué)過程中，學(xué)生逐步形成了積極主動思考、討論交流的良好學(xué)習(xí)氛圍，思維能力得到了顯著提升，課程也逐步向“以教師為主導(dǎo)，以學(xué)生為主體”的教學(xué)形式轉(zhuǎn)變。

在教育教學(xué)改革創(chuàng)新不斷深化的過程中，黑龍江科技大學(xué)電子信息工程專業(yè)將以“微控制器原理及應(yīng)用”課程為點、嵌入式開發(fā)人才培養(yǎng)方向為線，從思維導(dǎo)圖的教學(xué)方法入手，采用任務(wù)和實踐項目驅(qū)動，持續(xù)完善校企合作，嘗試構(gòu)建從課程到實訓(xùn)、從實習(xí)到管培，再到就業(yè)的一體化人才培養(yǎng)體系，將學(xué)生的理論知識轉(zhuǎn)化為實踐創(chuàng)新能力，打通教學(xué)、實踐、實習(xí)和就業(yè)環(huán)節(jié)。在實踐教學(xué)中邀請一批在行業(yè)內(nèi)具有一定實力的企業(yè)技術(shù)人員，發(fā)揮企業(yè)技術(shù)人員和專業(yè)課教師的作用，以企業(yè)實際項目為實踐內(nèi)容，培養(yǎng)實踐創(chuàng)新人才。在畢業(yè)實習(xí)階段，企業(yè)可以對在實踐過程中表現(xiàn)優(yōu)異的學(xué)生發(fā)出實習(xí)邀請，進(jìn)入項目團(tuán)隊進(jìn)行管理培訓(xùn)，對實習(xí)優(yōu)秀的學(xué)生，賦予優(yōu)先簽約權(quán)，真正實現(xiàn)學(xué)生能力培養(yǎng)和就業(yè)的一體化。

時代在發(fā)展，社會需求在轉(zhuǎn)變，為了培養(yǎng)滿足社會需求的高素質(zhì)人才，高校需要與“識”俱進(jìn)、與“需”共進(jìn)，注重以學(xué)生為主體，開展“以學(xué)為中心”的教育教學(xué)創(chuàng)新?！拔⒖刂破髟砑皯?yīng)用”課程的課堂教學(xué)采用創(chuàng)新性的思維導(dǎo)圖教學(xué)模式，結(jié)合線上教學(xué)平臺和線下翻轉(zhuǎn)課堂的多元化教學(xué)模式，強(qiáng)調(diào)對學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和思維能力的培養(yǎng)。實驗實踐教學(xué)采用以各類電子競賽題目和企業(yè)實際工程項目為導(dǎo)向的模塊式教學(xué)，加強(qiáng)對學(xué)生的實踐能力和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的培養(yǎng)。通過不斷的探索和努力，“微控制器原理及應(yīng)用”課程教學(xué)質(zhì)量穩(wěn)步提升，為嵌入式開發(fā)人才培養(yǎng)打下了堅實的基礎(chǔ)。該課程的教育教學(xué)創(chuàng)新具有較強(qiáng)的通用性和擴(kuò)展性，對于注重實踐能力培養(yǎng)的類似課程具有較高的推廣價值，對電子信息工程、電氣類專業(yè)學(xué)生的實踐能力、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的培養(yǎng)具有重要的現(xiàn)實意義。

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■ 編輯∕丁俊玲

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