“新工科”背景下《單片機(jī)原理與應(yīng)用》的教學(xué)改革探索

董燕麗，趙曉艷，劉攀，張虎，成慧翔

（山西農(nóng)業(yè)大學(xué)信息學(xué)院，山西 太谷 030800）

“新工科”是為主動(dòng)應(yīng)對(duì)新一輪科技革命與產(chǎn)業(yè)變革，支撐服務(wù)創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展的國(guó)家戰(zhàn)略，適應(yīng)國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)的新形勢(shì)而提出的工程教育改革方向。作為新的工程教育發(fā)展模式，新工科建設(shè)大力推動(dòng)學(xué)科融合和跨界整合，開(kāi)展新理念、新結(jié)構(gòu)、新模式、新質(zhì)量和新體系的工科人才培養(yǎng)。近年來(lái)，國(guó)家教育部大力推行高校教學(xué)改革，要求各高校全面梳理各門(mén)課程的教學(xué)內(nèi)容，淘汰“水課”，打造“金課”，合理提升學(xué)業(yè)挑戰(zhàn)度，增加課程難度，拓展課程深度，切實(shí)提高課程教學(xué)質(zhì)量?！秵纹瑱C(jī)原理與應(yīng)用》課程是高等院校電氣工程及其自動(dòng)化、電子信息工程、自動(dòng)化等專(zhuān)業(yè)的必修課程之一，屬于工程型和應(yīng)用開(kāi)發(fā)型課程，傳統(tǒng)的教學(xué)過(guò)程已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足實(shí)際應(yīng)用的需求。

1 傳統(tǒng)教學(xué)模式存在的弊端

在傳統(tǒng)教學(xué)模式長(zhǎng)期重理論、輕實(shí)踐的觀(guān)念影響下，《單片機(jī)原理與應(yīng)用》課程的教學(xué)面臨著諸多困境，存在一些顯而易見(jiàn)的弊端，授課效果不盡人意。其中最亟待解決的問(wèn)題，當(dāng)屬理論教學(xué)與實(shí)踐環(huán)節(jié)嚴(yán)重脫節(jié)，理論知識(shí)和實(shí)踐技能無(wú)法通過(guò)課程融合起來(lái)外化成解決問(wèn)題的系統(tǒng)能力。

在單片機(jī)的教學(xué)過(guò)程中存在系統(tǒng)性不強(qiáng)、綜合實(shí)驗(yàn)難以開(kāi)展、評(píng)價(jià)方式過(guò)于單一等問(wèn)題，在開(kāi)展教學(xué)的過(guò)程中，由于受學(xué)時(shí)、時(shí)間等客觀(guān)因素的限制，單片機(jī)的教學(xué)內(nèi)容尤其是實(shí)驗(yàn)內(nèi)容以驗(yàn)證性為主，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，學(xué)生只是按照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)和老師描述的步驟機(jī)械的操作，沒(méi)有自己開(kāi)動(dòng)腦筋，思考單片機(jī)的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用，此外，實(shí)驗(yàn)周期也很短，實(shí)驗(yàn)時(shí)間不靈活，無(wú)法真正達(dá)到學(xué)以致用的目的，學(xué)會(huì)單片機(jī)的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用。

2 新工科背景下的教學(xué)改革

2．1 教學(xué)模式的改革

傳統(tǒng)的以課堂理論教學(xué)為主的教學(xué)模式已無(wú)法培養(yǎng)出適應(yīng)當(dāng)代社會(huì)發(fā)展需求的復(fù)合型人才和應(yīng)用型人才，教學(xué)模式應(yīng)擺脫單一化，開(kāi)展多元化教學(xué)，建立線(xiàn)上自主學(xué)習(xí)+線(xiàn)下仿真實(shí)操的混合式教學(xué)模式。

（1）創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)課程，開(kāi)展線(xiàn)上自主學(xué)習(xí)。構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)，打破時(shí)空限制，打造學(xué)生學(xué)習(xí)的第二課堂。在平臺(tái)建設(shè)中，要注意調(diào)動(dòng)教師和學(xué)生兩方面的積極性。一方面，通過(guò)廣泛搜集各種網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源，不斷充實(shí)完善平臺(tái)內(nèi)容。另一方面，師生可以將取得的相關(guān)成果上傳到平臺(tái)，不斷豐富教學(xué)項(xiàng)目。教師和學(xué)生可利用網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，進(jìn)行線(xiàn)上教學(xué)和自主學(xué)習(xí)；還可以開(kāi)辟交流空間，方便師生間、學(xué)生間的學(xué)習(xí)交流。教師要提供一些很有特色的參考書(shū)、學(xué)習(xí)網(wǎng)站，以及講解重點(diǎn)、難點(diǎn)的視頻、布置相應(yīng)的實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目和任務(wù)，檢查完成情況。利用網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，開(kāi)展線(xiàn)上網(wǎng)絡(luò)教學(xué)和學(xué)生的自主學(xué)習(xí)。

（2）利用開(kāi)發(fā)平臺(tái)，開(kāi)展線(xiàn)下仿真實(shí)操。線(xiàn)下教學(xué)主要以實(shí)操和應(yīng)用為主，實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)環(huán)境情景化，將授課地點(diǎn)從教室轉(zhuǎn)移到實(shí)驗(yàn)室，讓學(xué)生對(duì)單片機(jī)有更直觀(guān)的認(rèn)識(shí)，同時(shí)，跟著老師邊學(xué)邊練，提高學(xué)習(xí)興趣，結(jié)合仿真軟件，利用Keil μVision開(kāi)發(fā)平臺(tái)和Protues虛擬仿真平臺(tái)，更好地激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和創(chuàng)造性，提高動(dòng)手操作能力，解決實(shí)際問(wèn)題，增強(qiáng)學(xué)習(xí)的成就感。

2．2 教學(xué)方法的改革

采用多元化教學(xué)方法，擺脫“老師教、學(xué)生學(xué)”的傳統(tǒng)教學(xué)，通過(guò)自由分組建立學(xué)習(xí)團(tuán)隊(duì)，采用討論式教學(xué)、項(xiàng)目式教學(xué)等方法，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性。

（1）興趣驅(qū)動(dòng)。通過(guò)實(shí)際案例的展示，激發(fā)學(xué)生對(duì)單片機(jī)的學(xué)習(xí)興趣。成立興趣學(xué)習(xí)小組，將單片機(jī)的教學(xué)與學(xué)院的完滿(mǎn)活動(dòng)相結(jié)合，并通過(guò)完滿(mǎn)活動(dòng)選拔出單片機(jī)應(yīng)用能力較強(qiáng)的選手，參與大學(xué)生電子設(shè)計(jì)大賽的國(guó)賽和省賽中，通過(guò)單片機(jī)的科技競(jìng)賽，可以迅速提升學(xué)生的單片機(jī)的開(kāi)發(fā)應(yīng)用能力，激勵(lì)學(xué)生將課堂所學(xué)的理論知識(shí)應(yīng)用到實(shí)踐和比賽當(dāng)中，既滿(mǎn)足了優(yōu)秀學(xué)生的學(xué)習(xí)渴求，也激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和主動(dòng)性。

（2）項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)。項(xiàng)目教學(xué)法是整合了多門(mén)學(xué)科、技能的一種綜合技能教學(xué)方法。它強(qiáng)調(diào)知識(shí)是一套綜合型的系統(tǒng)，重在培養(yǎng)綜合技能型人才。項(xiàng)目教學(xué)法基于任務(wù)驅(qū)動(dòng)授課思路，從工程項(xiàng)目中找教學(xué)內(nèi)容，在課堂上通過(guò)引導(dǎo)學(xué)生分析和設(shè)計(jì)工程案例來(lái)培養(yǎng)其專(zhuān)業(yè)興趣，使其在分析、設(shè)計(jì)的過(guò)程中體驗(yàn)養(yǎng)成獨(dú)立自主的思維習(xí)慣，并獲得成就感。

（3）任務(wù)驅(qū)動(dòng)。任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)能更好地突出學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中的主體地位，在正式授課之前，通過(guò)線(xiàn)上平臺(tái)提前發(fā)布教學(xué)任務(wù)，并通知學(xué)生根據(jù)任務(wù)，提前查閱資料完成預(yù)習(xí)。在任務(wù)驅(qū)動(dòng)模式下，學(xué)生不僅能透徹理解教材內(nèi)容，全面掌握了相關(guān)理論知識(shí)，并且能夠掌握實(shí)用性的專(zhuān)業(yè)節(jié)能，這對(duì)于提高其心智技能大有裨益。

2．3 教學(xué)內(nèi)容的改革

《單片機(jī)原理與應(yīng)用》課程教學(xué)內(nèi)容既包含硬件電路設(shè)計(jì)，又有軟件編程，教材對(duì)應(yīng)的知識(shí)點(diǎn)零散，理論性強(qiáng)。根據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)制定明確的教學(xué)目標(biāo)，整合教學(xué)內(nèi)容，設(shè)計(jì)教學(xué)項(xiàng)目，將知識(shí)點(diǎn)嵌入項(xiàng)目中，項(xiàng)目按照“階梯遞進(jìn)式”逐漸增加難度，提高課程的整體連貫性。

按照“創(chuàng)新引路、項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)、學(xué)做一體、層層遞進(jìn)”的總體思路。首先，依據(jù)因果關(guān)系、遞進(jìn)層次、難易程度等，將教學(xué)內(nèi)容按知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行分解；然后，精心設(shè)計(jì)教學(xué)項(xiàng)目，將各知識(shí)點(diǎn)滲透到教學(xué)項(xiàng)目中。教學(xué)項(xiàng)目設(shè)計(jì)要遵循由易到難、軟硬件兼顧的原則，同時(shí)，盡可能使項(xiàng)目具有知識(shí)性、趣味性、實(shí)用性，激發(fā)學(xué)生的興趣和求知欲。

教學(xué)項(xiàng)目教學(xué)階段劃分為入門(mén)、基礎(chǔ)、提高和創(chuàng)新4個(gè)層級(jí)，以方便教學(xué)實(shí)施，做到因材施教。

2．4 考核體系的改革

合理的考核機(jī)制為課程的考核提供保障，能客觀(guān)公正地檢驗(yàn)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，有利于調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性，提高學(xué)生的綜合素質(zhì)，改善課程教學(xué)質(zhì)量和效果。考核要與人才培養(yǎng)方向高度一致，不僅要注重理論基礎(chǔ)知識(shí)的掌握，更要突出應(yīng)用能力與創(chuàng)新能力的檢驗(yàn)與評(píng)價(jià)。考核要貫穿整個(gè)教學(xué)過(guò)程，不僅注重結(jié)果，更應(yīng)注重過(guò)程考核，考核指標(biāo)需進(jìn)行合理的數(shù)字量化，盡量避免教師的主觀(guān)情緒影響考核的公平性?？己藘?nèi)容也要多元化，不僅包含基本理論知識(shí)的考核，也要包含綜合應(yīng)用能力的考核，同時(shí)，還要兼顧學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度、學(xué)習(xí)主動(dòng)性等綜合因素。

新的考核體系將線(xiàn)上學(xué)習(xí)和線(xiàn)下操作根據(jù)學(xué)時(shí)按照權(quán)重合理分配，考核包括兩部分，理論知識(shí)的考核和應(yīng)用能力的考核。理論知識(shí)的考核仍以期末試卷為主，應(yīng)用能力的考核則通過(guò)實(shí)驗(yàn)實(shí)踐形式完成。兩部分的考核均要兼顧教學(xué)過(guò)程和實(shí)踐過(guò)程中學(xué)生的態(tài)度、主動(dòng)性及學(xué)習(xí)狀態(tài)等因素。

成績(jī)?cè)u(píng)定則根據(jù)培養(yǎng)計(jì)劃和教學(xué)目標(biāo)，對(duì)理論知識(shí)和應(yīng)用能力進(jìn)行合理的權(quán)重劃分。以我校的單片機(jī)原理與應(yīng)用課程的線(xiàn)上線(xiàn)下學(xué)時(shí)分配為例，線(xiàn)上8學(xué)時(shí)，線(xiàn)下24學(xué)時(shí)，那線(xiàn)上學(xué)習(xí)成績(jī)占比25%，線(xiàn)下成績(jī)占比75%，線(xiàn)上成績(jī)可由學(xué)習(xí)平臺(tái)根據(jù)學(xué)生的訪(fǎng)問(wèn)學(xué)習(xí)情況自動(dòng)統(tǒng)計(jì)得出，線(xiàn)下成績(jī)則根據(jù)理論知識(shí)和應(yīng)用能力兩部分按權(quán)重得出，理論知識(shí)的考核可占70%，應(yīng)用能力的考核可占30%，即總成績(jī)=理論成績(jī)×70%+實(shí)踐成績(jī)×30%。理論成績(jī)=期末成績(jī)×60%+平時(shí)成績(jī)×40%，其中期末成績(jī)?yōu)榫砻娉煽?jī)，平時(shí)成績(jī)則是過(guò)程考核，包括學(xué)生的出勤、課堂表現(xiàn)、提問(wèn)及作業(yè)情況；實(shí)踐成績(jī)=操作成績(jī)×30%+作品成績(jī)×30%+答辯成績(jī)（設(shè)計(jì)報(bào)告）×40%。這樣的成績(jī)構(gòu)成，既考慮到理論知識(shí)考核，又兼顧到開(kāi)發(fā)應(yīng)用的檢驗(yàn)，既注重了過(guò)程考核，也注重了最終的結(jié)果。

3 結(jié)語(yǔ)

《單片機(jī)原理與應(yīng)用》是一門(mén)注重學(xué)生實(shí)踐能力的課程。提高教學(xué)質(zhì)量和優(yōu)化教學(xué)改革的終極目標(biāo)，是提高學(xué)生對(duì)單片機(jī)的開(kāi)發(fā)應(yīng)用能力。本文從傳統(tǒng)教學(xué)模式的弊端入手，結(jié)合課程特點(diǎn)分析，對(duì)單片機(jī)教學(xué)從教學(xué)模式、教學(xué)方法、教學(xué)內(nèi)容和考核方式等方面進(jìn)行改革探討，結(jié)合自身實(shí)際教學(xué)實(shí)踐，對(duì)單片機(jī)教學(xué)進(jìn)行改良，實(shí)踐證明，教學(xué)效果明顯好轉(zhuǎn)，學(xué)生對(duì)單片機(jī)的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用能力有顯著提高，大學(xué)生電子設(shè)計(jì)大賽的成績(jī)也逐年提升，在國(guó)賽和省賽中取得良好成績(jī)。