單片機(jī)原理與應(yīng)用教學(xué)模式與課程思政改革研究

姜忠愛 蔡衛(wèi)國 牛春亮

摘 ?要：單片機(jī)原理與應(yīng)用課程是工科類學(xué)生重要的專業(yè)課，伴隨工科類專業(yè)向應(yīng)用型培養(yǎng)模式轉(zhuǎn)型以及國家智能制造2025發(fā)展需求，該課程在人才培養(yǎng)中的作用也在變化。文章結(jié)合當(dāng)前專業(yè)轉(zhuǎn)型建設(shè)需求，本著以學(xué)生為中心的教育教學(xué)理念，充分利用現(xiàn)代化教學(xué)方法與手段，從課程教學(xué)模式、網(wǎng)絡(luò)課程建設(shè)、課程思政內(nèi)容融合等多方面進(jìn)行改革研究。實(shí)踐表明，學(xué)生綜合評(píng)定成績提升10%，學(xué)生評(píng)教分提升2%，課程教學(xué)效果得到提升，學(xué)生在后續(xù)課程學(xué)習(xí)及實(shí)踐應(yīng)用能力上均有明顯提升，課程教學(xué)更適應(yīng)應(yīng)用型專業(yè)培養(yǎng)需求。

關(guān)鍵詞：單片機(jī);應(yīng)用型;課程建設(shè);教學(xué)改革

中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? ? ? 文章編號(hào)：2096-000X（2020）09-0129-03

Abstract： The principle and application of single-chip computer is an important professional course for engineering students. With the transformation of engineering major to application-oriented training mode and the development demand of national intelligent manufacturing 2025， the role of this course in personnel training is also changing. This paper combines the current needs of major training transformation， in line with the concept of student-centered education and teaching， makes full use of modern teaching methods， and carries out including the aspects of curriculum teaching mode， network curriculum construction， curriculum politics， etc. Practice shows that students' comprehensive assessment scores are improved by 10%， students' teaching evaluation scores are improved by 2%， and the teaching effect is improved. Students' learning and practical application abilities in the follow-up courses are improved significantly. The teaching of courses is more suitable for applied majors.

Keywords： single chip computer; applied majors; course construction; teaching reform

前言

“單片機(jī)原理與應(yīng)用”課程綜合了“計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)”、“C語言程序設(shè)計(jì)”、“模擬電路”、“數(shù)字電路”等多門課程知識(shí)點(diǎn)，是一門實(shí)踐性、應(yīng)用性很強(qiáng)的課程，學(xué)習(xí)本課程不僅需要學(xué)生掌握與單片機(jī)相關(guān)的理論知識(shí)，還需要培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐能力、綜合設(shè)計(jì)能力和創(chuàng)新能力，對(duì)學(xué)生后續(xù)專業(yè)課學(xué)習(xí)、畢業(yè)設(shè)計(jì)、各類競(jìng)賽等提供知識(shí)支持，為其繼續(xù)深造和提升就業(yè)能力都大有裨益。

由于該課程概念多、知識(shí)點(diǎn)多、內(nèi)容抽象、邏輯性強(qiáng)，并具有理論與實(shí)踐、硬件與軟件相結(jié)合等特點(diǎn)，近些年常規(guī)課堂講授方式已顯露出諸多不足[1-3]。表現(xiàn)在課程理論教學(xué)過程枯燥，學(xué)生學(xué)習(xí)無動(dòng)力;實(shí)踐教學(xué)形式單一，實(shí)驗(yàn)過程無收獲;缺乏課前準(zhǔn)備和課后實(shí)踐環(huán)節(jié);考核方式單一，不能客觀反映學(xué)生的綜合能力提升等情況。以上問題造成該課程的教學(xué)已無法滿足當(dāng)前工科類專業(yè)應(yīng)用性人才培養(yǎng)需求。特別是國家智能制造2025發(fā)展規(guī)劃，對(duì)基礎(chǔ)芯片應(yīng)用能力的培養(yǎng)尤顯重要[4]，因此為了提升教學(xué)效果，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的培養(yǎng)目標(biāo)，勢(shì)必進(jìn)行課程建設(shè)與改革，堅(jiān)持以培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用能力為主線，從課程教學(xué)模式改革、網(wǎng)絡(luò)課程建設(shè)、課程思政內(nèi)容融合等多方面進(jìn)行深入地研究探索，以適應(yīng)專業(yè)及社會(huì)對(duì)人才培養(yǎng)的需求。

一、課程教學(xué)模式改革

常規(guī)的課程教學(xué)是以課堂講授理論知識(shí)點(diǎn)為主，而對(duì)于單片機(jī)原理與應(yīng)用屬于實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，尤其是單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、編程語言指令及功能調(diào)制等內(nèi)容，采用常規(guī)學(xué)知識(shí)點(diǎn)融入項(xiàng)目實(shí)例中，理論教學(xué)過程中教學(xué)模式很容易使學(xué)生感覺枯燥和乏味，學(xué)生很難融入課程教學(xué)，無法實(shí)現(xiàn)知識(shí)和應(yīng)用能力的提升。伴隨著對(duì)現(xiàn)代教育教學(xué)理念的認(rèn)同，以及現(xiàn)代化教學(xué)手段的普及應(yīng)用，特別是為適應(yīng)應(yīng)用型人才培養(yǎng)需求，對(duì)課程的教學(xué)模式進(jìn)行改革[5]，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)中體驗(yàn)到知識(shí)應(yīng)用于實(shí)踐的效果，建立明確的學(xué)習(xí)目標(biāo)和學(xué)習(xí)興趣，打造良性課程教學(xué)生態(tài)。

（一）理論教學(xué)模式改革

為充分體現(xiàn)“以學(xué)生為中心”的教學(xué)理念，采用以“任務(wù)驅(qū)動(dòng)”為主的理論授課教學(xué)方法，構(gòu)建任務(wù)驅(qū)動(dòng)式教學(xué)組織模式[6，7]。

主要實(shí)現(xiàn)方法是建設(shè)單片機(jī)工程項(xiàng)目庫，將課程配合實(shí)物演示教學(xué)法，如圖1所示在逐步完成項(xiàng)目設(shè)計(jì)的過程中，將理論授課內(nèi)容講授清楚。例如：在對(duì)單片機(jī)中斷系統(tǒng)內(nèi)容講解過程中，設(shè)計(jì)單片機(jī)系統(tǒng)與光電開關(guān)結(jié)合（圖1所示），測(cè)試通過閘門的人數(shù)的應(yīng)用實(shí)例，在講授本實(shí)例過程中進(jìn)行單片機(jī)外部中斷設(shè)置與應(yīng)用知識(shí)點(diǎn)解析，從而將理論課授課內(nèi)容融入任務(wù)實(shí)例中，增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提升學(xué)習(xí)效果。

另外在理論課教學(xué)中引入虛擬仿真軟件，增強(qiáng)現(xiàn)代化教學(xué)手段應(yīng)用[8]。以往教師授課過程或?qū)嶒?yàn)中采用的傳統(tǒng)單片機(jī)試驗(yàn)箱的功能相對(duì)固定，教師進(jìn)行授課講解時(shí)參照廠家提供的使用指導(dǎo)書，一步一步進(jìn)行操作，最終得到一個(gè)事先預(yù)知的結(jié)果，學(xué)生很難將理論知識(shí)與實(shí)際應(yīng)用聯(lián)系起來。應(yīng)用單片機(jī)仿真軟件Proteus及Keil對(duì)所講解的實(shí)例進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)大屏幕仿真演示，學(xué)生可以察看每一步存儲(chǔ)器和外設(shè)所產(chǎn)生的變化，有利于學(xué)生理解所學(xué)知識(shí)點(diǎn)，非常適合課堂授課，學(xué)生可以安裝在自己的電腦中自行進(jìn)行練習(xí)和產(chǎn)品開發(fā)，為學(xué)生課前預(yù)習(xí)、課后鞏固，以及任務(wù)驅(qū)動(dòng)式教學(xué)方法和翻轉(zhuǎn)課堂的開展提供了有力的支撐。

（二）實(shí)驗(yàn)課教學(xué)模式改革

實(shí)驗(yàn)課教學(xué)也采用相應(yīng)的設(shè)計(jì)任務(wù)進(jìn)行，并充分體現(xiàn)學(xué)以致用，因材施教，對(duì)有創(chuàng)新設(shè)計(jì)思想、能力較強(qiáng)的學(xué)生，例如針對(duì)從事大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目的同學(xué)，可根據(jù)項(xiàng)目需求進(jìn)行實(shí)驗(yàn)開發(fā)。從而發(fā)揮實(shí)驗(yàn)、實(shí)踐教學(xué)對(duì)學(xué)生能力提升的作用。對(duì)于參與性不強(qiáng)的學(xué)生，為避免其單純抄寫實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書程序代碼完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，在實(shí)驗(yàn)過程中將部分參數(shù)稍作修改，學(xué)生分組討論實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，并隨機(jī)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析提問，將現(xiàn)場(chǎng)回答結(jié)果作為重要的考核依據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)學(xué)生參與度大大提高，學(xué)生從課程教學(xué)中學(xué)到了知識(shí)，感受到能力的提升，建立了對(duì)專業(yè)知識(shí)應(yīng)用的能力和信心，對(duì)任務(wù)式教學(xué)方式給予了積極評(píng)價(jià)。

（三）構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)課程平臺(tái)

單靠課堂的學(xué)時(shí)只能保證學(xué)生學(xué)懂知識(shí)點(diǎn)，要實(shí)現(xiàn)學(xué)生學(xué)透、會(huì)用還需要強(qiáng)化課后練習(xí)和輔導(dǎo)。課程網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)會(huì)提供設(shè)計(jì)所需的素材并配有交流和解答模塊，改善了傳統(tǒng)教學(xué)形式單一和課后自學(xué)與復(fù)習(xí)環(huán)節(jié)欠缺的問題，大大提高學(xué)生的創(chuàng)造性和應(yīng)用能力，并為“翻轉(zhuǎn)課堂”提供了支持。通過數(shù)字課程建設(shè)，學(xué)習(xí)不再拘泥于固定時(shí)間在課堂和實(shí)驗(yàn)室中，實(shí)現(xiàn)了時(shí)域和空間域的多維交叉進(jìn)行，學(xué)生總能找到一個(gè)適合于自身習(xí)慣的個(gè)性化學(xué)習(xí)方式，從而實(shí)現(xiàn)了課程教學(xué)由普惠教育向普惠+個(gè)性化培養(yǎng)結(jié)合的，以學(xué)生為主體的現(xiàn)代化教學(xué)生態(tài)轉(zhuǎn)變。通過在網(wǎng)絡(luò)課程平臺(tái)中分享資料，給學(xué)生布置相應(yīng)的設(shè)計(jì)任務(wù)，學(xué)生利用課外時(shí)間完成設(shè)計(jì)，并在實(shí)驗(yàn)課上進(jìn)行演示，實(shí)驗(yàn)課轉(zhuǎn)變?yōu)樾〗M交流和老師指導(dǎo)，將再現(xiàn)式教學(xué)轉(zhuǎn)變?yōu)樘骄渴綄W(xué)習(xí)，學(xué)生將成為實(shí)驗(yàn)課上的主體，實(shí)現(xiàn)“翻轉(zhuǎn)課堂”。研究發(fā)現(xiàn)通過網(wǎng)絡(luò)課程輔助教學(xué)，學(xué)生的自學(xué)能力得到提升，學(xué)習(xí)潛能得到發(fā)掘，學(xué)習(xí)興趣顯著提升，實(shí)現(xiàn)應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)。

（四）進(jìn)行課程考核模式改革

單片機(jī)課程是以培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐和應(yīng)用能力為目的的，傳統(tǒng)的筆試以記憶性內(nèi)容為主，不能客觀全面的反映學(xué)生對(duì)本課程的學(xué)習(xí)情況[9]。因此在成績認(rèn)定方面，采取筆試、實(shí)驗(yàn)及日常作業(yè)三方面綜合評(píng)定的辦法，其中筆試占總成績的60%，實(shí)驗(yàn)占總成績的20%，日常作業(yè)占總成績的20%。在實(shí)驗(yàn)成績?cè)u(píng)定中，不單單依據(jù)學(xué)生遞交的實(shí)驗(yàn)報(bào)告進(jìn)行評(píng)分，而是根據(jù)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)課上的參與度、對(duì)項(xiàng)目的解析答辯效果等過程性表現(xiàn)，綜合評(píng)定學(xué)生實(shí)驗(yàn)成績?？己朔绞降母母铮匾晫W(xué)生全程學(xué)習(xí)過程中知識(shí)和能力的提升情況，規(guī)范學(xué)生全程參與課程學(xué)習(xí)，使課程評(píng)分更公正更合理，更有利于提高學(xué)習(xí)效果和適應(yīng)應(yīng)用型人才培養(yǎng)需求。從表1中的數(shù)據(jù)對(duì)比可明顯看出改革前后學(xué)生綜合評(píng)定成績提升情況（2015-2016學(xué)年為改革前）。

二、積極開展課程思政

高校人才培養(yǎng)要做到德才兼?zhèn)洌瞬诺牡掠囵B(yǎng)不僅僅是思政課的職責(zé)，也應(yīng)該是每一位一線授課教師的責(zé)任，課程教學(xué)要實(shí)現(xiàn)教書育人，認(rèn)真做好習(xí)近平新時(shí)代中國特色社會(huì)主義思想以及十九大精神進(jìn)課堂工作，每門課程都應(yīng)結(jié)合本課程的內(nèi)容特點(diǎn)，充分發(fā)揮本課程的育人功能?！秵纹瑱C(jī)原理與應(yīng)用》講授單片機(jī)芯片的應(yīng)用與編程，單片機(jī)系列芯片屬于高科技芯片產(chǎn)品，中國在芯片研發(fā)上與國外還有很大的差距，近期中美貿(mào)易爭(zhēng)端，一些企業(yè)之所以被動(dòng)受罰也是因?yàn)樾酒诵募夹g(shù)受制于人，因此，本課程的思政內(nèi)容切入點(diǎn)從芯片核心技術(shù)入手，伴隨課程內(nèi)容的深入擴(kuò)展至操作系統(tǒng)研發(fā)、智能制造、版權(quán)保護(hù)，以及為祖國發(fā)展付出的科研工作者事跡等。通過開展課程思政一方面可以增加學(xué)生的專業(yè)認(rèn)同感，讓學(xué)生明白所學(xué)知識(shí)的重要性，從而幫助其建立正確的學(xué)習(xí)目標(biāo)，提高其學(xué)習(xí)動(dòng)力，促進(jìn)本課程的學(xué)習(xí)效果;另一方面，激發(fā)學(xué)生的愛國熱情，提升主人翁意識(shí)，自覺形成良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣和道德情操，培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力和責(zé)任心，建立為國家和民族奮斗的信念。讓“應(yīng)用型”人才真正能被有價(jià)值的“應(yīng)用”把好方向。

三、編寫特色鮮明適用性強(qiáng)的授課教材

教材是課程教學(xué)的依托，教材的選用主要是輔助教學(xué)讓學(xué)生理解相關(guān)知識(shí)、培養(yǎng)相應(yīng)的能力，一本好的教材要清晰闡述課程的核心內(nèi)容，更要貼合專業(yè)特色，體現(xiàn)專業(yè)對(duì)本知識(shí)的需求，單片機(jī)原理與應(yīng)用相關(guān)課程教材多種多樣，其主要是單片機(jī)芯片結(jié)構(gòu)及功能的介紹與應(yīng)用。我校自上世紀(jì)90年代就有單片機(jī)課程的教學(xué)，因此多年來課程組積攢很多的貼合我校專業(yè)需求的教學(xué)實(shí)例和實(shí)驗(yàn)器材，但是選用外校編著的教材則無法將具有專業(yè)特色的實(shí)例從分應(yīng)用，因此，課題組成員利用前期積累的教學(xué)素材，結(jié)合本校實(shí)際硬件及軟件特色，編著了《單片微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用》教材，如圖2所示，其理論內(nèi)容適合于專業(yè)培養(yǎng)需求，配圖及習(xí)題均采用本校實(shí)驗(yàn)室具備的典型應(yīng)用實(shí)例，使教材更加實(shí)用，有利于學(xué)生學(xué)有參考、學(xué)以致用。

四、進(jìn)行師資隊(duì)伍建設(shè)

單片機(jī)技術(shù)的進(jìn)步勢(shì)必要求授課教師要不斷更新自身的綜合能力，包括知識(shí)和教學(xué)能力的提升，要具備現(xiàn)代教育理念和現(xiàn)代化教學(xué)手段，比如任務(wù)驅(qū)動(dòng)式教學(xué)方法的執(zhí)行方法、虛擬仿真軟件應(yīng)用能力和網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)建設(shè)與維護(hù)能力等，因此在項(xiàng)目進(jìn)行過程中授課教師先后多次參加進(jìn)行相應(yīng)的培訓(xùn)與外出交流。包括 “數(shù)控機(jī)床裝調(diào)與維修”“教學(xué)工作坊培訓(xùn)”“智能制造研修班”以及雙語教學(xué)培訓(xùn)等。在相關(guān)培訓(xùn)中，課題組教師汲取現(xiàn)代教育教學(xué)理念，提升專業(yè)技能，逐步形成一個(gè)業(yè)務(wù)能力強(qiáng)、教學(xué)理念新穎的教學(xué)團(tuán)隊(duì)。

五、結(jié)束語

為適應(yīng)應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)，研究利用現(xiàn)代化教學(xué)方法與手段，以學(xué)生為中心，以應(yīng)用型人才培養(yǎng)需求為目標(biāo)，進(jìn)行了教學(xué)模式、課程思政、教材建設(shè)以及師資隊(duì)伍建設(shè)等多方面的研究與建設(shè)，取得了良好的效果，積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。通過兩年多的實(shí)施，取得了顯著的成果，學(xué)生成績與應(yīng)用能力明顯提升，學(xué)生對(duì)課程教學(xué)的滿意度也同步提升，隨著成果的深入應(yīng)用逐步為更多的學(xué)生培養(yǎng)與課程建設(shè)帶來益處，特別是為應(yīng)用型轉(zhuǎn)型的工科專業(yè)課程建設(shè)提供參考經(jīng)驗(yàn)。在后續(xù)的研究中將繼續(xù)開展多方面探索，深入開展課程網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)建設(shè)與應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)課程全方面提升，打造“金課”課程。

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