“遞進(jìn)式四四融合”模式下“單片機(jī)類”課程教學(xué)改革探索

田素玲

摘 要：通過(guò)對(duì)“單片機(jī)類”課程的課程模式、教學(xué)方式、團(tuán)隊(duì)建設(shè)、評(píng)價(jià)機(jī)制進(jìn)行“遞進(jìn)式四四融合”教學(xué)改革，使得“硬件知識(shí)+編程語(yǔ)言”“理論知識(shí)+課內(nèi)實(shí)驗(yàn)”“理論知識(shí)+實(shí)訓(xùn)”“理論知識(shí)+課程設(shè)計(jì)”進(jìn)行融合，從而實(shí)現(xiàn)“理論知識(shí)”與“實(shí)際項(xiàng)目”相融合、“理論教學(xué)”與“實(shí)踐教學(xué)”相融合、“?！迸c“企”相融合、“測(cè)”與“評(píng)”相融合，增強(qiáng)學(xué)生的工程實(shí)踐意識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生4種工程能力，滿足應(yīng)用型本科院校課程的人才培養(yǎng)要求。

關(guān)鍵詞：“遞進(jìn)式四四融合”;融合;工程實(shí)踐

0 引言

隨著“工業(yè)4.0”“中國(guó)制造2025”發(fā)展戰(zhàn)略的提出，“互聯(lián)網(wǎng)”“機(jī)器人”等產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展，推動(dòng)著科技革命的新一輪變革。高等教育經(jīng)歷“復(fù)旦共識(shí)”“天大行動(dòng)”和“北京指南”等探索后，明確了我國(guó)工科教育需要持續(xù)培養(yǎng)新型工程科技人才，以支撐國(guó)家實(shí)施創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)的發(fā)展模式，提出了“新工科”教育的新模式。2019年國(guó)家教育部啟動(dòng)“雙萬(wàn)計(jì)劃”，對(duì)于一流本科、一流學(xué)科的建設(shè)將本科教育與新工科建設(shè)的融合推進(jìn)到了一個(gè)新的高度[1-2]。

新工科建設(shè)，在工程教育理念的推動(dòng)下快速發(fā)展。一方面，主要培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手技能和解決實(shí)際工程問(wèn)題的能力;另一方面要求學(xué)生具有多學(xué)科交叉背景下的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。

隨著工業(yè)機(jī)器人行業(yè)的快速發(fā)展，以微控制器為核心的應(yīng)用系統(tǒng)得到普遍使用，單片機(jī)作為入門級(jí)的微處理技術(shù)，對(duì)初學(xué)者來(lái)說(shuō)是學(xué)習(xí)應(yīng)用的理想平臺(tái)，并對(duì)繼續(xù)學(xué)習(xí)DSP、ARM、嵌入式系統(tǒng)等相近技術(shù)打下基礎(chǔ)。從近年來(lái)機(jī)電專業(yè)各種學(xué)科競(jìng)賽和用人單位的需求看，單片機(jī)的應(yīng)用能力都占了很大比重，“單片機(jī)類”課程在應(yīng)用型人才培養(yǎng)過(guò)程中具有重要作用。傳統(tǒng)的教學(xué)模式特別是實(shí)踐教學(xué)已經(jīng)不能滿足需要，教學(xué)的創(chuàng)新改革成為核心問(wèn)題[3]。

1 ? 傳統(tǒng)“單片機(jī)類”教學(xué)模式存在的具體問(wèn)題

在傳統(tǒng)的教學(xué)中，多數(shù)“單片機(jī)類”課程沿用先理論后實(shí)驗(yàn)的教學(xué)模式，即完成一定量的理論教學(xué)之后，在針對(duì)所學(xué)知識(shí)開(kāi)設(shè)若干實(shí)驗(yàn)。只有部分學(xué)生能真正掌握單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般步驟和方法，大部分學(xué)生對(duì)硬件電路設(shè)計(jì)和軟件編程概念理解不透，學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力欠缺、創(chuàng)新能力不足。

近些年，全國(guó)各地的高等教育機(jī)構(gòu)正積極進(jìn)行專業(yè)認(rèn)證和推動(dòng)新工科建設(shè)，推動(dòng)理論與實(shí)踐相結(jié)合、知識(shí)與能力相結(jié)合，課堂與崗位相結(jié)合。同類本科院校，一直在摸索“單片機(jī)類”課程的教學(xué)改革模式，已經(jīng)取得了一些成績(jī)，但大部分的改革仍然沿用老框架，同時(shí)受到實(shí)驗(yàn)設(shè)備的限制、考核方法的制約，使得單片機(jī)類課程的教學(xué)改革成效一直不明顯[4]。仍然存在著以下幾方面的問(wèn)題。

（1）教學(xué)模式老舊，不能滿足培養(yǎng)新型工程人才的需要。

先理論后實(shí)驗(yàn)的傳統(tǒng)教學(xué)模式，強(qiáng)調(diào)知識(shí)體系的完整性和邏輯關(guān)系。按照系統(tǒng)原理與結(jié)構(gòu)、指令系統(tǒng)、程序設(shè)計(jì)、外部中斷系統(tǒng)、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串行口、I/O口、應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)等架構(gòu)式、分章節(jié)、按順序講授。沒(méi)有從學(xué)生接受知識(shí)的視角出發(fā)，課程內(nèi)容抽象而瑣碎，學(xué)生學(xué)習(xí)囫圇吞棗，容易失去興趣，對(duì)后期課程的學(xué)習(xí)望而卻步。

（2）驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)比重高，工程背景實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目少，學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題能力弱。

實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目基本都是針對(duì)理論教學(xué)的一個(gè)具體知識(shí)點(diǎn)設(shè)定，以習(xí)題化小實(shí)驗(yàn)為主，很難與實(shí)際開(kāi)發(fā)項(xiàng)目銜接起來(lái)。同時(shí)，學(xué)生在有限的時(shí)間內(nèi)完成設(shè)計(jì)性和綜合性實(shí)驗(yàn)也存在較大困難。

（3）軟件與硬件知識(shí)銜接不好，學(xué)生創(chuàng)新能力不足。

單片機(jī)的學(xué)習(xí)需要軟件和硬件的支持，學(xué)生大三學(xué)習(xí)單片機(jī)課程，大一學(xué)習(xí)的C語(yǔ)言，遺忘嚴(yán)重，到實(shí)驗(yàn)課實(shí)踐過(guò)程中只能對(duì)著單片機(jī)這個(gè)“黑匣子”發(fā)呆，無(wú)法完成課程軟硬件匹配需求。

（4）考核方式單一，不能全面考核學(xué)生知識(shí)掌握和運(yùn)用情況。

考試主要以閉卷理論考核為主，僅注重基礎(chǔ)知識(shí)的考核，雖然實(shí)驗(yàn)考核納入平時(shí)成績(jī)，但由于沒(méi)有成型的具體考核辦法，導(dǎo)致學(xué)生實(shí)驗(yàn)課積極性不高。

2 ? “單片機(jī)類”課程教學(xué)改革內(nèi)容

針對(duì)“單片機(jī)類”這類實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，通過(guò)對(duì)上述存在的具體問(wèn)題進(jìn)行分析，對(duì)傳統(tǒng)的教學(xué)模式進(jìn)行創(chuàng)新和升級(jí)，進(jìn)行新的“遞進(jìn)式四四融合”，改革教學(xué)手段、教學(xué)方法、加大實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放力度、完善考核方法等進(jìn)行多方面的分析與探討[5]，具體通過(guò)以下幾方面。

（1）改變?cè)械恼n程導(dǎo)向模式，“理論知識(shí)”與“實(shí)際項(xiàng)目”相融合。

踐行工程教育認(rèn)證的“成果導(dǎo)向教育（OBE）”理念 ，以教學(xué)結(jié)果為導(dǎo)向，弱化教師主宰作用，以學(xué)生為中心，以項(xiàng)目為導(dǎo)向，構(gòu)建知識(shí)體系。課程體系設(shè)置上并改變傳統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)、接口電路設(shè)計(jì)、中斷系統(tǒng)、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器等的分塊的知識(shí)架構(gòu)，變?yōu)閺捻?xiàng)目出發(fā)，課程體系，達(dá)到“硬件知識(shí)+編程語(yǔ)言”相融合，以完成具體的任務(wù)為目的，從簡(jiǎn)單到復(fù)雜分層次有側(cè)重點(diǎn)的設(shè)計(jì)知識(shí)架構(gòu)，設(shè)計(jì)具體的項(xiàng)目，每個(gè)知識(shí)點(diǎn)與具體的項(xiàng)目融合，在項(xiàng)目中學(xué)生通過(guò)完成具體任務(wù)達(dá)到掌握不同知識(shí)點(diǎn)的目的。

（2）引入新的教學(xué)模式，改進(jìn)教學(xué)方法，“理論教學(xué)”與“實(shí)踐教學(xué)”相融合。

課程設(shè)置增加實(shí)踐教學(xué)學(xué)時(shí)，將傳統(tǒng)的理論課和實(shí)踐分開(kāi)上的模式，變?yōu)樾“嗑氛n，配合51單片機(jī)開(kāi)發(fā)試驗(yàn)版，在實(shí)驗(yàn)室中上課，理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)一體化，“理論知識(shí)+課內(nèi)實(shí)驗(yàn)”相融合。做到邊講解邊練習(xí)，學(xué)生在學(xué)中練，有助于對(duì)理論知識(shí)的理解，通過(guò)練習(xí)既熟悉了單片機(jī)的操作，掌握了各個(gè)引腳功能的使用;同時(shí)，在實(shí)踐中對(duì)所學(xué)知識(shí)也有了深刻的理解。

利用大學(xué)慕課和學(xué)習(xí)通等平臺(tái)進(jìn)行線上線下混合教學(xué)，將教學(xué)資源和視頻資源網(wǎng)絡(luò)化，使得學(xué)生隨時(shí)看隨時(shí)學(xué)，課前做到提前預(yù)習(xí)，課上帶著問(wèn)題學(xué)習(xí)，課后及時(shí)上傳作業(yè)、作品，網(wǎng)絡(luò)答疑批改一對(duì)一，及時(shí)有效，不受時(shí)間地域限制。

改變教師講學(xué)生聽(tīng)的傳統(tǒng)教學(xué)方式，每次課設(shè)定基本任務(wù)點(diǎn)和擴(kuò)展任務(wù)點(diǎn)，提出問(wèn)題引導(dǎo)學(xué)生思考，自主完成學(xué)習(xí)任務(wù)。

強(qiáng)化學(xué)生主體作用，以完成具體任務(wù)為目標(biāo)，采取靈活的教學(xué)模式，設(shè)計(jì)教學(xué)方法，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣與潛能，完成學(xué)習(xí)任務(wù)

（3）增強(qiáng)課程團(tuán)隊(duì)建設(shè)，“校”與“企”相融合。

加強(qiáng)與企業(yè)合作，優(yōu)化師資隊(duì)伍，充實(shí)課程團(tuán)隊(duì)，培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力和工程能力，提升學(xué)生的職業(yè)素養(yǎng)。

增加“實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)”環(huán)節(jié)，分小組分項(xiàng)目進(jìn)行，從電路圖的繪制、到元器件的焊接、到程序的編寫燒錄與實(shí)現(xiàn)，整個(gè)流程，達(dá)到“理論知識(shí)”與“實(shí)際項(xiàng)目”無(wú)縫融合，鍛煉學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作能力。

“課程設(shè)計(jì)”采取新方式，與相關(guān)企業(yè)進(jìn)行合作教學(xué)，從企業(yè)中獲取具體的項(xiàng)目，引入企業(yè)導(dǎo)師，學(xué)生跟著導(dǎo)師做實(shí)際項(xiàng)目，項(xiàng)目從電路圖繪制、到器件選用，程序編寫、最終現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試、產(chǎn)品運(yùn)行等環(huán)節(jié)全面參與。鍛煉學(xué)生的實(shí)際運(yùn)用能力和解決問(wèn)題能力。

（4）改革考核方式，“測(cè)”與“評(píng)”相融合。

改變?cè)锌己朔绞剑砻婵己?課程設(shè)計(jì)+實(shí)訓(xùn)+答辯多種考核方式，學(xué)生和企業(yè)參與評(píng)分，考試項(xiàng)目多樣化和評(píng)價(jià)方法全面化，全面系統(tǒng)考核學(xué)生學(xué)習(xí)能力和工程應(yīng)用能力。

3 ? 結(jié)語(yǔ)

在“新工科”背景下，基于“CDIO”工程教育理念，以“單片機(jī)原理及C程序設(shè)計(jì)”課程作為試點(diǎn)，通過(guò)課程改革，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，不僅能提升對(duì)本課程知識(shí)的理解，同時(shí)應(yīng)用到其他課程中，最終貫穿整個(gè)課程體系，使得學(xué)生知識(shí)系統(tǒng)化、網(wǎng)絡(luò)化，培養(yǎng)學(xué)生靈活運(yùn)用知識(shí)分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力;培養(yǎng)學(xué)生的職業(yè)道德和職業(yè)技術(shù)能力;培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力;培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力。從而提高畢業(yè)生就業(yè)率、就專率和崗位競(jìng)爭(zhēng)力。

[參考文獻(xiàn)]

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（編輯 何 琳）