新工科背景下單片機(jī)原理及應(yīng)用課程教學(xué)模式改革研究

李曉娟 李建科 胡良 曾文獻(xiàn) 王亞超

摘?要：以加強(qiáng)課程建設(shè)培養(yǎng)新工科人才作為出發(fā)點(diǎn)，激發(fā)學(xué)生興趣為導(dǎo)向，并結(jié)合課程思政的建設(shè)目標(biāo)，通過引入大學(xué)生電子設(shè)計(jì)大賽和藍(lán)橋杯大賽中的代表性案例，采用競賽項(xiàng)目驅(qū)動教學(xué)模式，實(shí)現(xiàn)“教師講授為主”轉(zhuǎn)變?yōu)椤皩W(xué)生參與為主，教師指導(dǎo)為輔”的教學(xué)做一體化的教學(xué)模式。教學(xué)內(nèi)容上將專業(yè)知識與思政元素有機(jī)結(jié)合，賦予專業(yè)知識思政價(jià)值導(dǎo)向，加強(qiáng)學(xué)生人生觀與價(jià)值觀的引領(lǐng)，要求“學(xué)為學(xué)、學(xué)為人”，通過情操陶冶達(dá)到培養(yǎng)高尚人格的目的。通過采取過程性考核機(jī)制，充分融入明辨性思維能力培養(yǎng)，提高學(xué)生的綜合能力。

關(guān)鍵詞：教學(xué)模式改革；PBL；單片機(jī)；過程性考核

1?概述

隨著大數(shù)據(jù)、“互聯(lián)網(wǎng)+”等先進(jìn)信息技術(shù)的快速發(fā)展，智慧教學(xué)已經(jīng)進(jìn)入傳統(tǒng)課堂，成為教師不可缺少的教學(xué)手段［1］。單片機(jī)原理及應(yīng)用課程是一門應(yīng)用性和實(shí)踐性極強(qiáng)的課程，集合了C語言程序設(shè)計(jì)、數(shù)字電子技術(shù)和電路與電子技術(shù)等多門課程的重要知識點(diǎn)。該課程不僅包含基本概念、基本原理等眾多知識點(diǎn)，邏輯性強(qiáng)且內(nèi)容抽象，還具有理論與實(shí)踐、軟件與硬件多重結(jié)合的特點(diǎn)。傳統(tǒng)的以教師講解為主，學(xué)生被動式接受的授課方式已經(jīng)暴露出諸多不足，不能滿足教學(xué)提升的要求［23］。主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：首先是學(xué)生學(xué)習(xí)過程中沒有學(xué)習(xí)動力，普遍反映課程理論知識的講授枯燥乏味，實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)形式過于單一，大部分實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目通過Keil?C和Proteus仿真軟件實(shí)現(xiàn)，學(xué)生動手能力得不到鍛煉；其次表現(xiàn)在課程鋪墊與課程實(shí)踐環(huán)節(jié)的缺失，課程內(nèi)涵和外延不夠豐富；最后是考核方式過于單一，無法有效地反映學(xué)生綜合表現(xiàn)。以上問

題導(dǎo)致該課程的教學(xué)已經(jīng)無法滿足當(dāng)前工科類專業(yè)應(yīng)用型人才培養(yǎng)需求。為了滿足國家智能制造2025發(fā)展規(guī)劃的要求，單片機(jī)原理及應(yīng)用課程對基礎(chǔ)芯片應(yīng)用能力的培養(yǎng)水平還需要更進(jìn)一步的提升［4］。

在新的教育時(shí)代，每一位一線授課教師還要認(rèn)真領(lǐng)悟習(xí)近平新時(shí)代中國特色社會主義思想及十九大精神。課程教學(xué)要實(shí)現(xiàn)教書育人，新工科人才的培養(yǎng)需要做到德才兼?zhèn)?。德育培養(yǎng)不僅是思想政治類課程的職責(zé)，每門課程也都應(yīng)該結(jié)合自身的課程內(nèi)容，充分發(fā)揮其思政育人的功能。單片機(jī)原理及應(yīng)用課程是一門主要講授單片機(jī)芯片應(yīng)用與編程的課程。單片機(jī)系列芯片屬于高科技芯片產(chǎn)品，我國在芯片研發(fā)上與國外仍存在一些差距。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，并引入一些為祖國發(fā)展辛勤付出的科研工作者事跡等。為了改進(jìn)單片機(jī)課程的教學(xué)效果，并實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的培養(yǎng)目標(biāo)，必然要進(jìn)行課程改革和建設(shè)。教學(xué)改革中我們堅(jiān)持以培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐動手能力為主線，將教、學(xué)、做一體化教學(xué)模式有機(jī)融入“雨課堂”“學(xué)習(xí)通”等智慧教學(xué)平臺，從教學(xué)資源設(shè)計(jì)、教學(xué)活動組織、課程思政內(nèi)容融合、過程性考核4個(gè)方面進(jìn)行深入研究探索，形成一種知識學(xué)習(xí)離散化、技能掌握集中化的線上線下混合式教學(xué)模式，以適應(yīng)企業(yè)對人才培養(yǎng)的需求。

2?單片機(jī)原理及應(yīng)用課程教學(xué)模式改革

2.1?理論教學(xué)模式改革

傳統(tǒng)教學(xué)中重理論而輕實(shí)踐，通過引入有較大影響的全國電子設(shè)計(jì)大賽和藍(lán)橋杯大賽中的代表性案例，采用案例驅(qū)動教學(xué)（PBL）模式，通過“雜”問激發(fā)學(xué)生的思考興趣、引導(dǎo)構(gòu)建問題框架；通過“精”問引導(dǎo)技術(shù)方案思考、確定技術(shù)方案可行性；最后通過“追”問攻克技術(shù)實(shí)現(xiàn)的難點(diǎn)、審視和反思技術(shù)方案，實(shí)現(xiàn)由“教師為主”轉(zhuǎn)變?yōu)椤皩W(xué)生為主導(dǎo)，教師為輔導(dǎo)”，形成圖1所示的教學(xué)做一體化的教學(xué)模式。單片機(jī)課程的講授不能再是老師的一言堂，不能再是填鴨式教育，教與學(xué)要形成雙向的，老師應(yīng)充當(dāng)一位引領(lǐng)者，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)入知識領(lǐng)域，教會學(xué)生尋求和探索知識。全方位開展啟發(fā)式講授、互動式交流、探究式討論的課堂教學(xué)改革，加強(qiáng)師生和生生之間的深度交流對話，啟發(fā)學(xué)生獨(dú)立思考，激勵(lì)學(xué)生勇于、善于表達(dá)，進(jìn)而促成學(xué)生明辨性思維能力的提高。

授課過程中采用豐富的教學(xué)案例（物品分揀搬送裝置、自動循跡小車、四旋翼自主飛行器探測跟蹤系統(tǒng)等）來分析所涉及的單片機(jī)原理及應(yīng)用相關(guān)知識。學(xué)習(xí)主要圍繞“初步接觸→產(chǎn)生興趣→深入了解→理解掌握→簡單實(shí)踐→熟悉操作→加深認(rèn)識→應(yīng)用創(chuàng)新”幾個(gè)維度展開，打破教學(xué)過程脫離實(shí)際的人才培養(yǎng)方式，讓學(xué)生盡早接觸工程現(xiàn)實(shí)問題，增強(qiáng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和意識。同時(shí)，在專業(yè)知識學(xué)習(xí)過程中，將前輩先賢的事跡融入理論授課過程中，將“九層之臺，起于累土”的精神傳達(dá)給學(xué)生，強(qiáng)調(diào)基礎(chǔ)理論知識不斷積累的重要性；“紙上得來終覺淺，絕知此事要躬行”，從國際芯片發(fā)展及應(yīng)用現(xiàn)狀出發(fā)，激發(fā)起每一名同學(xué)的深切愛國主義情懷，提升他們的主人翁意識，樹立起學(xué)生學(xué)習(xí)先進(jìn)技術(shù)的目標(biāo)；“不積跬步，無以至千里”，培養(yǎng)學(xué)生艱苦奮斗的工匠精神和敬業(yè)意識，激勵(lì)學(xué)生熱愛生活、熱愛學(xué)習(xí)，自覺形成良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣和道德情操。

除了課堂上充分融入思政元素外，課下積極開展教師思政意識加強(qiáng)工作，進(jìn)行課程思政團(tuán)隊(duì)建設(shè)。以增強(qiáng)教師隊(duì)伍育人意識與育人能力為核心目標(biāo)，通過創(chuàng)新實(shí)操訓(xùn)練、思政教學(xué)常規(guī)訓(xùn)練和科學(xué)的思政隊(duì)伍評價(jià)體系，從德育素養(yǎng)培養(yǎng)入手，全面提高教師隊(duì)伍的整體思政意識，促進(jìn)“課程思政”團(tuán)隊(duì)建設(shè)工作健康發(fā)展。創(chuàng)建互幫互助、合作發(fā)展的思政教師與專業(yè)教師合作發(fā)展模式，實(shí)現(xiàn)課程“1+1>2”的建設(shè)效果。厘清教學(xué)內(nèi)容與思政元素的對應(yīng)關(guān)系，優(yōu)化課程教學(xué)內(nèi)容，在專業(yè)教育中找準(zhǔn)思政教育的切入點(diǎn)，做到潛移默化，寓教于樂。同時(shí)，要緊緊圍繞課程教學(xué)的思想目標(biāo)，在梳理兩者關(guān)系的過程中，注重教學(xué)內(nèi)容與主流價(jià)值的同頻共振。

2.2?線上平臺擴(kuò)展教學(xué)

單片機(jī)課程采用線下教學(xué)和線上學(xué)習(xí)相結(jié)合的混合教學(xué)模式。線上課程包括課程相關(guān)視頻、章節(jié)參考文獻(xiàn)、章節(jié)練習(xí)測試題、科技前言技術(shù)介紹、案例展示及討論交流等幾個(gè)環(huán)節(jié)。通過數(shù)字課程建設(shè)，學(xué)生的學(xué)習(xí)時(shí)間和地點(diǎn)將不再限制于課堂和實(shí)驗(yàn)室中，打破時(shí)間和空間的限制。通過學(xué)習(xí)平臺線上學(xué)習(xí)與提問，討論區(qū)發(fā)帖、回帖等方式解決學(xué)生理論學(xué)習(xí)中的困惑，實(shí)現(xiàn)多維交叉的時(shí)域與空間域，讓學(xué)生找到個(gè)性化的學(xué)習(xí)方式，適合于自己的習(xí)慣。課程教學(xué)實(shí)現(xiàn)了從普惠教育向以學(xué)生為主體，普惠+個(gè)性化培養(yǎng)相結(jié)合的現(xiàn)代化教學(xué)生態(tài)的轉(zhuǎn)變。

課程視頻將每一章的知識點(diǎn)分割成若干個(gè)小節(jié)，為同學(xué)講解基本原理及模塊設(shè)計(jì)思路方法，同時(shí)配備有實(shí)際操作演示。每個(gè)章節(jié)提供相關(guān)的參考文獻(xiàn)幫助同學(xué)詳細(xì)閱讀理解，擴(kuò)展知識面。練習(xí)測試題則強(qiáng)化鞏固所學(xué)習(xí)的知識點(diǎn)，檢驗(yàn)學(xué)習(xí)效果，有助于進(jìn)行線下動手實(shí)踐。通過線上同學(xué)間、師生間的學(xué)習(xí)交流及同學(xué)作業(yè)的互評機(jī)制有助于學(xué)生開闊思路，活躍思維。將單片機(jī)系統(tǒng)發(fā)展的前沿科技進(jìn)行錄制，同時(shí)將教學(xué)過程中的經(jīng)典項(xiàng)目案例和先進(jìn)技術(shù)應(yīng)用案例等視頻在視頻網(wǎng)站上錄播，為學(xué)生多手段、多頻次、多途徑地展示先進(jìn)單片機(jī)系統(tǒng)的場景應(yīng)用案例。拓寬學(xué)生的視野和知識面，引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)真思考，主動參與，將實(shí)踐與創(chuàng)新有機(jī)融合，使學(xué)生認(rèn)識到學(xué)海無涯，任何知識都可以深入挖掘，學(xué)得更細(xì)、更深、更廣，增強(qiáng)學(xué)生畢業(yè)后社會適應(yīng)的能力。

2.3?實(shí)驗(yàn)課教學(xué)模式改革

傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)課程存在教師設(shè)計(jì)多、學(xué)生分工合作及主動創(chuàng)新少，以及課程設(shè)計(jì)與大型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目限定條件多、學(xué)生自主發(fā)揮獨(dú)立思維余地少等問題［56］。通過借鑒全國/省級大學(xué)生電子設(shè)計(jì)大賽、藍(lán)橋杯全國軟件和信息技術(shù)專業(yè)人才大賽的理念，打破實(shí)踐教學(xué)中存在的演示性和驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)多、綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)少的局面，構(gòu)成圖2所示的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系。實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容將結(jié)合大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽，用比賽來調(diào)動學(xué)生的積極性。

將全班學(xué)生劃分為多個(gè)設(shè)計(jì)小組，組建形成學(xué)習(xí)團(tuán)隊(duì)，根據(jù)競賽項(xiàng)目案例進(jìn)行團(tuán)隊(duì)小組實(shí)踐教學(xué)，協(xié)作完成設(shè)計(jì)任務(wù)。協(xié)作過程中，小組同學(xué)可取長補(bǔ)短，在提高效率的同時(shí)，讓學(xué)生學(xué)會團(tuán)隊(duì)協(xié)作，學(xué)會權(quán)衡集體價(jià)值和個(gè)人價(jià)值，增加學(xué)生們的團(tuán)隊(duì)合作精神和協(xié)作能力。實(shí)驗(yàn)課后期組織學(xué)生們參加河北經(jīng)貿(mào)大學(xué)舉辦的智能車挑戰(zhàn)賽，將課堂上獲取的理論知識熟練地應(yīng)用到實(shí)際的工程項(xiàng)目中，深化理論知識，便于學(xué)生學(xué)以致用，鍛煉學(xué)生的鉆研精神，達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生項(xiàng)目方案設(shè)計(jì)、單片機(jī)系統(tǒng)搭建及程序編寫等綜合能力的目的。

2.4?課程考核模式改革

傳統(tǒng)單片機(jī)課程的考試內(nèi)容局限于課本中的基礎(chǔ)理論知識，綜合多個(gè)知識點(diǎn)的設(shè)計(jì)型題目較少，通過利用現(xiàn)有的全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)大賽和藍(lán)橋杯大賽案例，選取實(shí)際型和綜合型較強(qiáng)的案例，增強(qiáng)對學(xué)生分析問題和解決問題能力的考核，形成圖3所示的基于過程性考核的機(jī)制，適當(dāng)減少期末成績的占比。同時(shí)，在期末考試中，減少基礎(chǔ)理論知識和簡單章節(jié)實(shí)驗(yàn)編程題的占比，增加設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)題目。通過采用PBL項(xiàng)目，增強(qiáng)學(xué)生們的主角意識，同時(shí)提高學(xué)生的探究能力、邏輯、科學(xué)分析和解決問題的能力、個(gè)人或團(tuán)隊(duì)思想及成果的展示能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力及知識歸納能力等。

除此之外，還要讓學(xué)生通過分組的形式自由展示單片機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域的科技前言報(bào)告，以加強(qiáng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。小組成員課下共同完成題目的選擇、參考文獻(xiàn)的搜集、PPT的制作，課上分享論點(diǎn)及答疑與展示，充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性、主動性與探索性。從選題、遇到問題、思考與討論、解決問題，到課堂展示工程問題的單片機(jī)知識相關(guān)原理、關(guān)鍵問題及可能的解決方案這一過程，就是學(xué)生深入理解與掌握科技前言技術(shù)的過程。最后，根據(jù)學(xué)生理論課、實(shí)驗(yàn)課及線上互動平臺的參與度，對項(xiàng)目的解析答辯效果、科技前言報(bào)告展示等過程性表現(xiàn)，綜合評定平時(shí)成績。

結(jié)語

為了加強(qiáng)新工科人才的培養(yǎng)，本文將競賽案例、明辨性思維和課程思政內(nèi)容融入單片機(jī)原理及應(yīng)用課程的教學(xué)中，以激發(fā)學(xué)生興趣、引導(dǎo)學(xué)生自主思考和探究為導(dǎo)向，進(jìn)行了教學(xué)改革探討。自本教學(xué)項(xiàng)目改革以來，課題組教師對課程教學(xué)大綱、教案和實(shí)驗(yàn)大綱進(jìn)行修訂，教學(xué)方法和考核方式有了很大改善。通過引入雨課堂、學(xué)習(xí)通等信息手段，開放單片機(jī)實(shí)驗(yàn)室設(shè)備，使學(xué)生與實(shí)驗(yàn)箱/開發(fā)板“直接對話”，激發(fā)其學(xué)習(xí)激情，化被動學(xué)習(xí)為主動學(xué)習(xí)，對學(xué)生后續(xù)專業(yè)課學(xué)習(xí)、畢業(yè)設(shè)計(jì)書寫及就業(yè)能力提升大有裨益。

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基金項(xiàng)目：國家新工科研究與實(shí)踐項(xiàng)目，面向新財(cái)經(jīng)的信息技術(shù)新工科發(fā)展模式探索與實(shí)踐——以河北經(jīng)貿(mào)大學(xué)為例（項(xiàng)目編號：EJSJRJ20201310）；河北經(jīng)貿(mào)大學(xué)校級教學(xué)研究項(xiàng)目，新財(cái)經(jīng)背景下單片機(jī)原理及應(yīng)用課程教學(xué)模式研究（項(xiàng)目編號：2021JYY42）

作者簡介：李曉娟（1987—?），女，漢族，河北衡水人，博士，講師，研究方向：人工智能、高等教育。