新工科背景下獨(dú)立學(xué)院單片機(jī)課程創(chuàng)新教學(xué)探索

陳曉全

（江蘇大學(xué)京江學(xué)院，江蘇 鎮(zhèn)江 212000）

隨著2017年綜合性高校工程育發(fā)展戰(zhàn)略研討會的召開，新工科的發(fā)展概念開始逐漸滲透到高等教育理念中。近些年來，國家大力倡導(dǎo)改革高等教育教學(xué)模式，“產(chǎn)學(xué)研”“應(yīng)用型本科”等新型概念不斷被提出，使得獨(dú)立學(xué)院改革教學(xué)模式刻不容緩[1]。在學(xué)校層面上，獨(dú)立學(xué)院的辦學(xué)實(shí)力與普通高校有著一定的差距，無論是師資力量還是科研平臺都處于較大的劣勢地位，這就意味著學(xué)生在接觸課程知識的廣度與深度上存在不足。在學(xué)生層面，獨(dú)立學(xué)院學(xué)生的理論學(xué)習(xí)能力與創(chuàng)新思考能力與普通高校學(xué)生之間存在相應(yīng)的差距，采用常規(guī)的教學(xué)方法后學(xué)習(xí)效果不佳，難以達(dá)到復(fù)合型人才培養(yǎng)的要求。在課程層面，“單片機(jī)嵌入式系統(tǒng)”課程是電氣等專業(yè)的一門重要專業(yè)課程，該課程需要學(xué)生具備電路、模電、數(shù)電、匯編語言等相關(guān)課程的專業(yè)知識，課程涉及面廣，理論知識難度高，是一門綜合性的專業(yè)課程。針對各個層面存在的問題，論文將從實(shí)際教學(xué)經(jīng)驗(yàn)出發(fā)，分析現(xiàn)有教學(xué)模式的弊端，并給出一種基于改進(jìn)翻轉(zhuǎn)課堂模式的新型教學(xué)方法。從實(shí)際教學(xué)效果來看，該方法取得了一定的效果，部分學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和實(shí)踐操作能力得到了提升。

1 傳統(tǒng)單片機(jī)教學(xué)模式存在的問題

1.1 授課模式單一

目前多數(shù)學(xué)校授課還是延續(xù)基本的“教師講，學(xué)生聽”模式，而電氣、自動化等專業(yè)一般為多班級專業(yè)，上課人數(shù)偏多，教室一般為階梯教室，如果教師在課堂上缺少互動，不注意班級紀(jì)律，很容易造成后排學(xué)生的聽課質(zhì)量下降[2]?！皢纹瑱C(jī)嵌入式系統(tǒng)”這門課本身就帶有極強(qiáng)的專業(yè)性，知識點(diǎn)煩瑣，內(nèi)容枯燥，如果長期保持這樣一成不變的教學(xué)方式，會使學(xué)生逐漸喪失對該課程的興趣。

1.2 現(xiàn)有翻轉(zhuǎn)課堂存在的弊端

翻轉(zhuǎn)課堂是目前針對素質(zhì)教育衍生出來的全新授課模式。該模式以互聯(lián)網(wǎng)為媒介，借用相關(guān)APP視頻軟件和中國慕課的資源，將傳統(tǒng)的課堂分割成課上和課下，讓學(xué)生自主學(xué)習(xí)[3]。該模式的本質(zhì)是打破固有學(xué)習(xí)思維，轉(zhuǎn)變學(xué)生和教師的課堂角色?？墒菑膶?shí)際的教學(xué)活動來看，該模式存在以下一些問題：①難以保證每個學(xué)生在線下高質(zhì)量看完相關(guān)課程資料。翻轉(zhuǎn)課堂要獲得成效的基礎(chǔ)是學(xué)生們具備高度的自覺性。在如今大環(huán)境下，能夠轉(zhuǎn)移大學(xué)生注意力的因素有很多，部分學(xué)生在執(zhí)行教師分配的任務(wù)時存在所謂“劃水”的情形，課后并沒有去預(yù)習(xí)課程，課堂研討的時候?qū)σ龑?dǎo)問題的響應(yīng)局限在某幾個人，進(jìn)而會使其余學(xué)生產(chǎn)生懶惰心理，從本質(zhì)上脫離該課程，與模式初衷背道而馳。②缺少監(jiān)督機(jī)制。在參與課后預(yù)習(xí)課程的學(xué)生中，還有部分學(xué)生在預(yù)習(xí)課程的時候“走馬觀花”，造成學(xué)生對課程內(nèi)容的理解局限于一些基本概念，課堂研討的時候雖然可以一定程度上參與，但是最終對課程理解的深度還有所欠缺，處于一種不上不下的尷尬局面。

2 教學(xué)模式創(chuàng)新改革與實(shí)踐

2.1 引入項(xiàng)目驅(qū)動法

針對授課模式單一這一問題，將項(xiàng)目驅(qū)動法作為優(yōu)化授課模式的方案?！皢纹瑱C(jī)嵌入式”課程作為一門偏向于應(yīng)用的課程，教師在講解理論知識點(diǎn)時不應(yīng)該只局限于書本，否則隨著課程進(jìn)步的不斷推進(jìn)，學(xué)生們的學(xué)習(xí)興趣會被逐漸消磨，更重要的是不利于培養(yǎng)學(xué)生們的動手實(shí)踐能力。所以，教師在授課時需要結(jié)合當(dāng)前單片機(jī)模塊的特點(diǎn)，將實(shí)際生活中單片機(jī)應(yīng)用的項(xiàng)目與本單元的內(nèi)容相聯(lián)系[4-5]。在引入項(xiàng)目時，需要注意以下幾點(diǎn)：①引入項(xiàng)目的目的是激發(fā)學(xué)生們的學(xué)習(xí)興趣，開闊學(xué)生們的視野，這就需要對項(xiàng)目的難度有所把控，不宜晦澀難懂，也不能過于簡單，具體的難度分布如圖1所示。②授課時要把握好實(shí)際項(xiàng)目與理論知識的平衡。在整個教學(xué)中，理論知識是基礎(chǔ)，實(shí)際項(xiàng)目是目的，一味地強(qiáng)調(diào)實(shí)踐能力而忽略理論知識的學(xué)習(xí)，會使學(xué)生僅停留在基礎(chǔ)的應(yīng)用層面。引入項(xiàng)目是為了更好反哺理論教學(xué)，通過實(shí)際例子中單片機(jī)的作用來激發(fā)學(xué)生們深層次地去思考單片機(jī)內(nèi)部的工作原理，教師們需要把控的就是在合適的時間引入項(xiàng)目并且將對應(yīng)的理論知識進(jìn)行講解，使項(xiàng)目與理論有機(jī)地串聯(lián)在一起[6]。以“單片機(jī)嵌入式”課程第六章中斷內(nèi)容為例，在講述51單片機(jī)中斷的理論內(nèi)容之前以圖2的項(xiàng)目實(shí)例展開。

圖1 項(xiàng)目層次結(jié)構(gòu)

圖2 三相交流電的故障檢測電路

圖2給出的中斷應(yīng)用的項(xiàng)目實(shí)例為三相交流電的故障檢測，此電路的硬件特點(diǎn)如下：外部中斷INT1由3個交流繼電器的觸點(diǎn)和1個或非門擴(kuò)展而成，3個220Ⅴ的交流繼電器的線圈ZA、ZB、ZC分別接在A、B、C各相和交流地之間。項(xiàng)目的具體要求為該電路可以檢測出缺相電路，并給出信號標(biāo)識。當(dāng)A相缺電時，發(fā)光二極管LED A亮；當(dāng)B相缺電時，發(fā)光二極管LED B亮；當(dāng)C相缺電時，發(fā)光二極管LED C亮。

針對獨(dú)立學(xué)院學(xué)生的實(shí)際理論水平，引入的項(xiàng)目難度需要酌情考慮。結(jié)合前面幾個章節(jié)的學(xué)習(xí)效果，本院該課程選用的項(xiàng)目實(shí)例為交流電的故障檢測，該例子的難度處于應(yīng)用層的水平，囊括了電路知識、單片機(jī)結(jié)構(gòu)知識以及匯編語言知識等。在引入項(xiàng)目實(shí)例后，首先向?qū)W生們講解項(xiàng)目的實(shí)際要求，引出中斷的概念，并按梯度提出若干問題。例如中斷的具體含義是什么？單片機(jī)如何處理多中斷？如何設(shè)置中斷？用匯編語言實(shí)現(xiàn)中斷時有哪些注意點(diǎn)？在項(xiàng)目中，實(shí)際問題與理論知識如何建立聯(lián)系？

在引入項(xiàng)目后，開始介紹理論知識，逐步講解中斷定義、中斷源、中斷優(yōu)先級、中斷相關(guān)寄存器以及匯編語言實(shí)現(xiàn)中斷的例子。學(xué)習(xí)理論知識過程中，教師需引導(dǎo)學(xué)生將理論知識映射到項(xiàng)目實(shí)例中，找出三相交流電的故障檢測電路中用到了哪些中斷的知識，將實(shí)際的項(xiàng)目需求“翻譯”成匯編語言。以該項(xiàng)目要求為例，當(dāng)A相缺電時，發(fā)光二極管LEDA亮；當(dāng)B相缺電時，發(fā)光二極管LED B亮；當(dāng)C相缺電時，發(fā)光二極管LED C亮，這句話轉(zhuǎn)換成編程的思想就是當(dāng)有缺相時，INT1端為低電平，在服務(wù)子程序里逐步讀取P1.0、P1.2以及P1.4的狀態(tài)，若P1.0為高電平，則從P1.1輸出高電平，點(diǎn)亮LEDA，其他端口依次執(zhí)行。通過研究一個項(xiàng)目實(shí)例，學(xué)生們對中斷內(nèi)容的掌握會更加牢固，而不是僅停留在理論層面，學(xué)習(xí)的熱情會逐步提高。

2.2 改進(jìn)翻轉(zhuǎn)課堂模式

前文分析了傳統(tǒng)翻轉(zhuǎn)課堂的弊端，針對其存在的問題，論文提出一種改進(jìn)型翻轉(zhuǎn)課堂的模式，在原有模式的基礎(chǔ)上引入有效的監(jiān)督機(jī)制與評分機(jī)制。由于翻轉(zhuǎn)課堂的特點(diǎn)是將學(xué)習(xí)的時間分成課堂和課后，而課后的時間又占相當(dāng)大的比例，這就會給學(xué)生很大的空間，如果自控能力不是很好，會極大影響整體的學(xué)習(xí)效果，具體的改進(jìn)措施如下[6]。

2.2.1 靈活設(shè)計線下課程測驗(yàn)

傳統(tǒng)模式下，學(xué)生們在課下預(yù)習(xí)完課程后會有相應(yīng)的試題測驗(yàn)，而這些題目通常情況都是固定題目，整個教學(xué)班都是同樣的試題，這就會造成大面積抄襲的現(xiàn)象。針對這樣的問題，論文給出這樣的方案：將班級分成若干學(xué)習(xí)小組，每組人數(shù)4～6人不等，各設(shè)置負(fù)責(zé)人1位。每次開始新課程前，將相關(guān)學(xué)習(xí)視頻或鏈接以及每組的題目發(fā)給各組負(fù)責(zé)人，盡量保證各組題目不重復(fù)或重復(fù)比例不超過1/3。題目的內(nèi)容要以主觀題為主，主要考察學(xué)生的知識整合能力和語言組織能力，逐步提升思考能力，再此基礎(chǔ)上適量加入一些客觀題，幫助學(xué)生理解新的知識點(diǎn)，避免出現(xiàn)全是主觀題，答案互相抄襲的情況，從課程要求上實(shí)現(xiàn)自我監(jiān)督。

2.2.2 組長責(zé)任制

一部分學(xué)生由于思想意識淡薄，很難做到自我監(jiān)督，這就需要發(fā)揮組長的監(jiān)督作用。在課堂學(xué)習(xí)時，需驗(yàn)收預(yù)習(xí)課程的試題測驗(yàn)，根據(jù)驗(yàn)收的結(jié)果設(shè)立相應(yīng)的獎懲措施。對于測驗(yàn)成績優(yōu)秀的小組，會給予組長額外的獎勵，比如增加平時分，科研活動優(yōu)先選擇等；對于測驗(yàn)成績不好的小組，不僅要對組員進(jìn)行懲罰，也需要進(jìn)一步問責(zé)組長。這就會形成組長對組員的監(jiān)督機(jī)制，不僅可以激發(fā)學(xué)生們的團(tuán)隊(duì)榮譽(yù)感，還可以培養(yǎng)一部分學(xué)生的領(lǐng)導(dǎo)統(tǒng)籌能力[7-8]。

2.2.3 綜合評分制

當(dāng)前各高校對課程的評分主要為3部分：期末成績占70%、平時成績占20%、實(shí)驗(yàn)成績占10%，這樣的評分機(jī)制會限制學(xué)生們的學(xué)習(xí)維度，導(dǎo)致學(xué)生只關(guān)注期末成績，形成一種“平時不努力，考前搞突擊”的不良現(xiàn)象。在此基礎(chǔ)上，給出一種綜合評分機(jī)制，引導(dǎo)學(xué)生形成正確的學(xué)習(xí)觀念。最終的期末總評由常規(guī)的考勤率、課程預(yù)習(xí)測驗(yàn)成績、課堂研討表現(xiàn)、實(shí)驗(yàn)課成績以及期末總評幾部分組成。具體規(guī)則如下：期末成績占40%，其余各占15%，削弱卷面成績的比例，鼓勵學(xué)生從多方面參與課程，對于課程預(yù)習(xí)與課堂研討表現(xiàn)優(yōu)秀的學(xué)生，期末總評可酌情加分。

3 結(jié)束語

在如今都在提倡教學(xué)改革的大環(huán)境中，獨(dú)立學(xué)院更應(yīng)該積極響應(yīng)，尤其對于工科院校，要深刻踐行學(xué)以致用的理念，緊緊跟隨“產(chǎn)學(xué)研”的指導(dǎo)思想。從單片機(jī)課程的實(shí)際效果來看，部分學(xué)生已經(jīng)開始轉(zhuǎn)變原有的學(xué)習(xí)方法，理論學(xué)習(xí)能力、實(shí)踐動手能力都得到提高，對課程的理解更加深刻。本文提出的這一教學(xué)模式目前只針對單片機(jī)課程，其余課程可酌情參考。