《單片機(jī)原理及應(yīng)用》金課建設(shè)研究與探索

王 影，梁 凱，劉 麒，茍 垚，徐姣姣

(吉林化工學(xué)院 信息與控制工程學(xué)院，吉林 吉林 132022)

2018年6月21日，教育部召開了改革開放以來(lái)第一次新時(shí)代中國(guó)高等學(xué)校本科教育工作會(huì)議。強(qiáng)調(diào)一流本科教育一直是高等教育界乃至社會(huì)上熱議的話題。正如陳寶生部長(zhǎng)所說(shuō)：“我們把高等教育的這池平靜的水，攪動(dòng)起來(lái)了！”就是消滅“水課”、建設(shè)“金課”[1]?！八n”和“金課”已經(jīng)成為熱詞，“消滅水課、打造金課”得到了高等學(xué)校乃至社會(huì)上一邊倒的叫好。建設(shè)五大“金課”的目標(biāo)包括線下“金課”、線上“金課”、線上線下混合式“金課”、虛擬仿真“金課”和社會(huì)實(shí)踐“金課”[2]。何為“金課？吳巖司長(zhǎng)說(shuō)只有符合“高階性、創(chuàng)新性、挑戰(zhàn)度”標(biāo)準(zhǔn)的課程才是“金課”。與傳統(tǒng)的線下課程不一樣，具體而言，高階性,就是知識(shí)、能力、素質(zhì)有機(jī)融合,培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜問(wèn)題的綜合能力和高級(jí)思維；創(chuàng)新性主要指課程內(nèi)容有前沿性和時(shí)代性、教學(xué)形式體現(xiàn)先進(jìn)性和互動(dòng)性、學(xué)習(xí)結(jié)果具有探究性和個(gè)性化；挑戰(zhàn)度是指課程有一定難度，需要跳一跳才能夠得著，對(duì)老師備課和學(xué)生課下有較高要求。以吉林化工學(xué)院《單片機(jī)原理與應(yīng)用》課程為例，打造《單片機(jī)原理與應(yīng)用》線上線下混合式“金課”。

一、線上線下混合式“金課”的建設(shè)思路

(一) 建設(shè)目標(biāo)

《單片機(jī)原理與應(yīng)用》是自動(dòng)化、測(cè)控技術(shù)與儀器、電子信息工程、計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、電氣工程及其自動(dòng)化、機(jī)電一體化、應(yīng)用電子技術(shù)及數(shù)控技術(shù)應(yīng)用等專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，在整個(gè)電類專業(yè)課程體系建設(shè)中處于承上啟下的核心地位[3-5]。本課程以51系列單片機(jī)為模型，主要向?qū)W生介紹單片機(jī)的基本結(jié)構(gòu)、工作原理、指令系統(tǒng)與程序設(shè)計(jì)、系統(tǒng)擴(kuò)展與工程應(yīng)用。通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，可以培養(yǎng)和開發(fā)學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手和技術(shù)創(chuàng)新的能力，為將來(lái)進(jìn)行各種智能化產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)奠定堅(jiān)實(shí)的技術(shù)準(zhǔn)備。線上線下混合式“金課”[6]的建設(shè)以社會(huì)需求為導(dǎo)向，優(yōu)質(zhì)資源融合創(chuàng)新、難易層次梯度分明、思政教育植入課堂，切實(shí)提高學(xué)生解決復(fù)雜問(wèn)題的綜合能力和高級(jí)思維的課程體系。

(二) 建設(shè)內(nèi)容

以吉林化工學(xué)院為例，我校的《單片機(jī)原理及應(yīng)用》是一門吉林省精品課程。同時(shí)，也是我校電類專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課。1987年至今，學(xué)校面向自動(dòng)化、測(cè)控等多個(gè)專業(yè)的大三學(xué)生開設(shè)本門課程。旨在培養(yǎng)學(xué)習(xí)興趣、提高學(xué)習(xí)效率、拓寬理論基礎(chǔ)、增強(qiáng)動(dòng)手實(shí)踐能力，引入當(dāng)前最新的教學(xué)理念及教學(xué)內(nèi)容能夠最大限度的進(jìn)行教學(xué)資源整合，有效地提高資源的利用率。

《單片機(jī)原理與應(yīng)用》線上線下混合式“金課”課程建設(shè)內(nèi)容主要包含課程網(wǎng)絡(luò)資源建設(shè)、翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)設(shè)計(jì)以及現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)組織三部分。

課程網(wǎng)絡(luò)資源的建設(shè)主要包含：網(wǎng)絡(luò)教學(xué)視頻的制作、教學(xué)輔助資源的設(shè)計(jì)、知識(shí)點(diǎn)及綜合測(cè)試題庫(kù)的建設(shè)、網(wǎng)絡(luò)互動(dòng)平臺(tái)的功能完善及日常維護(hù)等等，網(wǎng)絡(luò)資源結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示：

圖1 網(wǎng)絡(luò)資源建設(shè)框圖

翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)設(shè)計(jì)主要包含：翻轉(zhuǎn)任務(wù)的適當(dāng)選取及下發(fā)、翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)形式精心設(shè)計(jì)、翻轉(zhuǎn)課堂的組織與師生互動(dòng)、以及對(duì)知識(shí)點(diǎn)凝練歸納總結(jié)，廣度深度提升等。翻轉(zhuǎn)課堂結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示：

圖2 翻轉(zhuǎn)課堂建設(shè)框圖

現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)的教學(xué)組織主要包含：設(shè)備的及時(shí)更新維護(hù)、現(xiàn)場(chǎng)為學(xué)生解惑排難、知識(shí)能力素質(zhì)有效貫通以及個(gè)性化任務(wù)，因材施教、層次區(qū)分等。現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)結(jié)構(gòu)框圖如圖3所示：

圖3 現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)建設(shè)框圖

具體的呈現(xiàn)形式主要以社會(huì)需求為導(dǎo)向，將單片機(jī)課程的知識(shí)體系分為“基本理論、知識(shí)延伸、實(shí)踐應(yīng)用”三個(gè)層次，按教學(xué)效果分別以“微課MOOC、翻轉(zhuǎn)課堂、現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)”三種教學(xué)形式，在“網(wǎng)絡(luò)覆蓋地、多媒體教室、實(shí)訓(xùn)基地”三種教學(xué)場(chǎng)所進(jìn)行教學(xué)組織，教師可根據(jù)具體教學(xué)目標(biāo)，進(jìn)行多種教學(xué)手段、不同模式的靈活設(shè)計(jì)。具體呈現(xiàn)形式如圖4所示：

圖4 課程體系呈現(xiàn)圖

二、線上線下混合式“金課”的條件保障

以下幾個(gè)方面有機(jī)地結(jié)合，相輔相成會(huì)促進(jìn)《單片機(jī)原理及應(yīng)用》課程“金課”建設(shè)不斷發(fā)展，為打造國(guó)家級(jí)“金課”奠定基礎(chǔ)。

(一) 加大精品課程獎(jiǎng)勵(lì)力度

調(diào)動(dòng)教師參與精品課程建設(shè)的積極性，積極鼓勵(lì)教師參加國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)交流。我校對(duì)精品課程建設(shè)重點(diǎn)課程有政策性的經(jīng)費(fèi)支持，用于對(duì)該課程進(jìn)行教學(xué)改革、實(shí)驗(yàn)室條件改善和教學(xué)網(wǎng)站等方面的建設(shè)[7]。

(二) 加強(qiáng)課程師資隊(duì)伍建設(shè)

隨著集成電路技術(shù)的發(fā)展，單片機(jī)技術(shù)也在快速發(fā)展，對(duì)課程組教師的知識(shí)層次、結(jié)構(gòu)和水平也不斷提出了新的要求。加之，隊(duì)伍年齡結(jié)構(gòu)和職稱結(jié)構(gòu)也需要不斷完善。為此，課程組采取在職提高、人才引進(jìn)等方式，加強(qiáng)師資隊(duì)伍建設(shè)。

(三) 改善課程實(shí)驗(yàn)條件

引入單片機(jī)領(lǐng)域的新知識(shí)和新技術(shù)，升級(jí)改造現(xiàn)有設(shè)備。增加自制單片機(jī)實(shí)驗(yàn)設(shè)備的數(shù)量，使單片機(jī)課程現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)實(shí)驗(yàn)室由測(cè)控專業(yè)的試點(diǎn)，全部覆蓋和擴(kuò)展到自動(dòng)化、電氣、計(jì)算機(jī)、電子信息等電類專業(yè)的仿真綜合實(shí)驗(yàn)室。

(四) 實(shí)時(shí)更新網(wǎng)絡(luò)資源

課程在線開放視頻及課程相關(guān)資源實(shí)時(shí)更新，安排學(xué)生進(jìn)行課內(nèi)實(shí)訓(xùn)。

(五) 利用網(wǎng)絡(luò)開展互動(dòng)交流

搭建網(wǎng)上輔導(dǎo)反饋、網(wǎng)上作業(yè)提交和批改、實(shí)驗(yàn)預(yù)約、單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)交流、電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽論壇等網(wǎng)絡(luò)模塊，促進(jìn)師生之間、學(xué)生之間進(jìn)行資源共享、問(wèn)題交流和協(xié)作學(xué)習(xí)。

(六) 強(qiáng)化課程過(guò)程管理

學(xué)校教學(xué)督導(dǎo)委員會(huì)委托有關(guān)專家定期對(duì)精品課程進(jìn)行檢查、評(píng)估[8]。同時(shí)，我校信控學(xué)院制定相關(guān)政策，定期組織在線學(xué)生測(cè)評(píng)，學(xué)院教學(xué)督導(dǎo)反饋，課程組自我評(píng)價(jià)，教研活動(dòng)探討等活動(dòng)，全程記錄教師和學(xué)生的學(xué)習(xí)過(guò)程、內(nèi)容、反饋，跟蹤和掌握每個(gè)學(xué)生的個(gè)性特點(diǎn)、學(xué)習(xí)行為，改進(jìn)《單片機(jī)原理與應(yīng)用》在線開放課程的教學(xué)質(zhì)量，促進(jìn)因材施教。

三、線上線下混合式“金課”的實(shí)施過(guò)程及成效

(一) 建設(shè)方法

1.完善和進(jìn)行課程基本資源建設(shè)

“金課”中的課程資源包括課程介紹、課程標(biāo)準(zhǔn)、教學(xué)進(jìn)程、教案、教學(xué)課件、教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)、課后練習(xí)題庫(kù)、考試題庫(kù)、教材及參考書目錄,慕課等教學(xué)活動(dòng)的必備資源[9]。

2.“金課”重在網(wǎng)絡(luò)課程資源共享開放

包括建立電子教材、課件、試題庫(kù)、實(shí)驗(yàn)操作演示視頻、實(shí)驗(yàn)仿真軟件等，向本學(xué)校的老師和學(xué)生提供豐富的課程相關(guān)知識(shí)。設(shè)置學(xué)習(xí)交流互動(dòng)板塊，測(cè)試評(píng)價(jià)板塊供本校老師以及學(xué)生們及時(shí)交流，發(fā)表觀點(diǎn)。建立先下線上混合式“金課”宣傳、推廣、評(píng)價(jià)及管理體系。

3.“金課”的建設(shè)特別注重課程資源建設(shè)過(guò)程中行業(yè)或企業(yè)人員的參與程度

邀請(qǐng)行業(yè)或企業(yè)的專家參與課程的建設(shè)、目標(biāo)的制定、重點(diǎn)知識(shí)的講解等等,并以職業(yè)能力培養(yǎng)為重點(diǎn),與行業(yè)或企業(yè)的專家合作,進(jìn)行基于工作過(guò)程的課程開發(fā)與設(shè)計(jì),充分體現(xiàn)課程資源的職業(yè)性、實(shí)踐性和開放性[10]。

(二) 應(yīng)用形式推進(jìn)方案

1.反向設(shè)計(jì),打造“金課”——以優(yōu)異的人才培養(yǎng)方案保證“金課”；

2.持續(xù)改進(jìn),優(yōu)化“金課”——施教者、受教者和第三方評(píng)價(jià)反饋循環(huán)驅(qū)動(dòng)模式；

3.從以教師為中心到以學(xué)生為中心的轉(zhuǎn)變；從以考試為中心到以學(xué)習(xí)為中心的轉(zhuǎn)變；從以學(xué)科為中心到以專業(yè)為中心的轉(zhuǎn)變；

4.變革教學(xué)內(nèi)容，體現(xiàn)課程高階性；改進(jìn)教學(xué)方法，強(qiáng)化課程創(chuàng)新性；優(yōu)化考核方式，增加課程挑戰(zhàn)度；

5.情感教育潛移默化進(jìn)課堂,提升學(xué)生愛國(guó)主義情懷，實(shí)現(xiàn)教育之本“立德樹人”[11]。

以下是我校“金課”建設(shè)的效果圖，以2019年17級(jí)測(cè)控技術(shù)與儀器專業(yè)學(xué)生為例，圖5《單片機(jī)原理與應(yīng)用》“金課”課程內(nèi)容建設(shè)圖。

圖5 單片機(jī)原理及應(yīng)用“金課”課程內(nèi)容建設(shè)圖

針對(duì)教學(xué)內(nèi)容研制了具有我校特色可根據(jù)知識(shí)點(diǎn)的不同實(shí)時(shí)擴(kuò)展的實(shí)踐裝置，并撰寫了配套的囊括大量工程案例的教材。如圖6所示：

圖6 實(shí)踐裝置及配套教材

圖7顯示課題組上傳的課程資料，相關(guān)題庫(kù)，作業(yè)庫(kù)，試卷庫(kù)等資料。

圖7 “金課”建設(shè)資料

圖8反應(yīng)的是教師課后布置一些小問(wèn)題，以供同學(xué)們討論交流與教師達(dá)成互動(dòng)，促進(jìn)教學(xué)。

圖8 課后網(wǎng)絡(luò)互動(dòng)

四、結(jié) 語(yǔ)

《單片機(jī)原理與應(yīng)用》線上線下混合式“金課”課程建設(shè)加強(qiáng)了教學(xué)研究,改進(jìn)了教學(xué)方法，提升了教學(xué)的深度。能夠充分地激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力，滿足學(xué)生們的自主學(xué)習(xí)需求。構(gòu)建起可持續(xù)發(fā)展的生態(tài)課程體系，打造吉林化工學(xué)院具有特色的“金課”品牌，與其他院校進(jìn)行探討改進(jìn)，形成了良好的“金課”建設(shè)氛圍，具有一定的參考價(jià)值。