基于《單片機應用綜合創(chuàng)新》的跨學科綜合教學方法研究

摘 要：嵌入式系統(tǒng)成為最有發(fā)展前途的IT應用領域之一，嵌入式技術的發(fā)展對于單片機軟、硬件的學習更新速度要求也越來越高。單片機的應用更加趨向于智能化、信息化和網絡化，更多跨學科、跨專業(yè)、跨領域的應用可以利用單片機去解決?；诖?，高校需更新教學模式和方法可以幫助學生更快的掌握多學科相關知識，通過規(guī)劃跨學科教學實施計劃、跨學科拓展和改進考核機制，為通信、電信工程專業(yè)創(chuàng)新型人才提供創(chuàng)新性實驗課程和拓展性學習平臺。

關鍵詞：單片機應用綜合創(chuàng)新 跨學科 教學方法

Research on Interdisciplinary Comprehensive Teaching Methods Based on “Integrated Innovation of Microcontroller Application”

Yuan Shuai，Lin Zhen，Wang Shifeng

Abstract：Embedded system has become one of the most promising IT application fields， and the development of embedded technology has higher and higher requirements for the learning and updating speed of single-chip microcomputer software and hardware. The application of single-chip microcomputer tends to be more intelligent， information-based and networked. More interdisciplinary， cross-professional and cross-field applications can be solved by single-chip microcomputer. Based on this， colleges and universities need to update teaching models and methods to help students master multidisciplinary related knowledge faster， and provide innovative experimental courses and extended learning platforms for innovative talents in communication and telecommunications engineering by planning interdisciplinary teaching implementation plans， interdisciplinary expansion and improving assessment mechanisms.

Key words：MCU application integrated innovation， interdisciplinarity， teaching methods

1 引言

《單片機應用綜合創(chuàng)新》課程作為《單片機原理及應用》課程的擴展課程，是電子、機電、控制專業(yè)的一門非常重要的專業(yè)技術課程。課程內容是基于前期單片機原理的基礎，程序存儲器、數(shù)據存儲器及特殊功能寄存器等工作原理抽象且復雜，并且在《單片機應用綜合創(chuàng)新》課程實施中需要理解寄存器工作方式和調用指令等，屬于學生對單片機的進階學習[1]。同時，單片機的應用可以在各個領域發(fā)揮作用，跨學科應用是最能展現(xiàn)學生和教育者對于單片機的應用能力，也是科學技術持續(xù)發(fā)展的重要來源，但此項對教育者開展教學賦予極大的挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的課堂授課教學已很難完成跨學科應用的教育要求和目標。為了達成此課程的教育目標，增強該課程的實踐性、擴展性和創(chuàng)新性，培養(yǎng)學生應用能力為主導的過程中，從規(guī)劃跨學科教學實施計劃、跨學科拓展和改進考核機制三方面進行教學方法改革探索。

2 規(guī)劃跨學科教學實施計劃

教師應提前規(guī)劃跨學科教學實施計劃，其中，比較重要的是完善課程設計、確定課程資源需求和明確課程時間。教師針對單片機應用綜合創(chuàng)新的課程設計，需要確定學生需要掌握的關鍵概念[2]，明確跨學科應用技能方向和重要性，提前向學生準確闡述課程學習目標。

單片機應用綜合創(chuàng)新是繼上一個教學周期的理論和實踐課程學習后，安排的一類綜合性的擴展課程?？鐚W科的課程設計的目的就是讓學生將單片機知識和模電數(shù)電、網絡系統(tǒng)、傳感器等相近課程知識點相綜合（圖1），結合計算機科學、電氣工程、物理、數(shù)學和機械工程等學科內容加以運用和轉化（圖2），完成知識真正消化、知識合理運用和知識拓展應用，更是提高學生綜合能力的重要手段。課程計劃還包括為學生提供在學習中做出選擇和行使自主權的機會，形式包括但不限于為作業(yè)或項目任務提供選項，學生根據課堂上老師教授的知識點及自己課下吸收的知識點，完成基本實驗的基礎上，可以給出幾個選作實驗任務，教師可以根據實事和社會新聞熱點，有一些亟待解決的工程性問題進行展開[3]，拓展一些開放性、層次性、啟發(fā)性的實驗任務。同時，允許學生自行選擇自己的研究內容或者探索主題，讓學生自行探索有意義的選題和任務。

教師需要整理好課程任務，進行分階段下發(fā)，同時向學生提供相關資料及應用案例，重點對這些優(yōu)秀案例在跨學科應用進行宣導。教師還需要從中確定資源需求，教師需要先學習與單片機應用創(chuàng)新課程知識點和課程任務相近的內容，或者在其他專業(yè)課程中了解學生正在學習的課程內容，記錄其他學科學習過程中遇到的相似學科知識，總結知識點其中的相互聯(lián)系[4]，在課堂上進行相關跨學科知識融合授課。讓學生更加認可所學的科學知識是具有系統(tǒng)性的、高校對他們的課程設計是具有科學性的，教師對他們授課的進程是具有細節(jié)的，而各學科任課教師之間也是相互交流的，并且為學生能將知識串聯(lián)起來運用著各種巧思。此外，根據教師經驗推薦一些質量高、分享者多的優(yōu)質網站，優(yōu)質的指導學生自主學習，提升主動思考的能力。

3 跨學科拓展

跨學科拓展不僅是要根據其他學科的關聯(lián)性，進行穿插教學和知識點互通，更重要的是需要教育者尊重學生的個性方面的發(fā)展，還要鼓勵學生在單片機應用綜合創(chuàng)新課程中進行創(chuàng)造性工作。更深一層次的提升，需要教師帶領學生進行學生進行競賽和企業(yè)聯(lián)系，教師在這些教學、競賽、合作和溝通過程中，可以幫助學生開發(fā)他們的創(chuàng)造潛力并實現(xiàn)他們在課程中的既定目標，在此過程中，順利的完成跨學科拓展目標。

3.1 尊重學生的個性發(fā)展

高校的學生處于剛成年的階段，對外在的信息收集存在搜索和探索局限性，存在只聽自己想聽到的信息的片面性，認知自己已經認知過的世界并進行擴展，同時，大學生在此階段也是處在創(chuàng)造最佳的年齡段，他們既萌生創(chuàng)造的欲望，又正在接收創(chuàng)造性思維的培養(yǎng)和訓練[5]，所以學校和老師應幫助學生接觸不同知識領域，幫助他們完成訓練自己思維和拓展認知的同：步發(fā)展。另外一方面，學校和教師在指導的過程中，不能剝奪學生選擇的權力，需要教師隊伍具有包容性，并且要重視興趣愛好對學生的重要性。學生具有廣泛的興趣愛好，可以培養(yǎng)學生的觀察力、思維力、想象力和注意力，可以在興趣愛好領域更快的提高學生視野的寬闊程度。

我們教育者在指導的過程中，首先要提高自身識別學生個體差異的能力，高校的學生是來自不同省份、不同成長背景、甚至是不同國家的學生，他們擁有這個不同的學習風格、不同的習慣、不同的喜好、愛好和偏好，更加擁有多種多樣的興趣和自身著重發(fā)展方向。教育者應該識別和認識到這些學生的個體差異并根據他們的需求定制課程擴展內容，在學習擴展活動中，可以幫助學生感到受到重視和尊重。教育者需向學生提供促進積極的學習環(huán)境，促進同學之間相互尊重，讓他們與同齡人或者師生之間進行有效溝通和協(xié)作，讓同學之前獲得一種群體歸屬感，并且在課堂和生活中完成一定的共同目標。

3.2 鼓勵學生做創(chuàng)造性的工作

創(chuàng)新是一個民族的靈魂，并且培養(yǎng)創(chuàng)新人才也是高等院校的基本任務。在廣泛涉獵更多學科的基礎上，為學生提供在單片機應用綜合創(chuàng)新課程中探索自己更多想法和興趣的機會。教師提供開放式作業(yè)任務，允許靈活的應用項目主題，或選擇使用創(chuàng)造性方法解決實際問題。學生去做更多創(chuàng)造行的工作，才能在未來人工智能興起的大環(huán)境中立足。

教育學家杜威特別強調，學校即是社會[6]，高校也是保護學生步入社會的前期階段。所以，教師應該鼓勵學生去做非校內活動內容，去做一些感興趣的活動，能延續(xù)下去學習的東西，或者對有意義的事物進行學習，學校和教育者都應該給予支持。學生的見識越多，他們就具有更高的創(chuàng)造性可能。鼓勵學生與同齡人合作并分享他們的想法，教師可以在課程計劃內設置小組項目或協(xié)作作業(yè)，要求學生共同努力創(chuàng)造創(chuàng)新和獨特的東西，小組作業(yè)更能突出學生的主體地位，增加學生的參與感、協(xié)作感和責任感，不同于教師獨力授課的方式，小組合作更能激發(fā)學生的創(chuàng)造新，更有利于學生獨立思考。更深一層次的，高校應該利用好自己的社會資源，讓學生更多的接觸同行業(yè)和跨行業(yè)的專業(yè)人才，并鼓勵學生與行業(yè)專業(yè)人士聯(lián)系，學生在與行業(yè)內人員的溝通中[7]，基礎的可以通過講座、宣傳、會議等形式，讓行業(yè)專家與學生進行當面接觸，深入的滲透單片機技術的最新趨勢、前沿發(fā)展和技術壁壘，這有助于學生更加理解學習單片機課程的在實際行業(yè)中的應用領域、使用方法等，還有利于學生發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有行業(yè)存在的技術不足，激發(fā)學生的靈感[8]，以解決實際問題為導向，更加深入的學習單片機的原理。

教育者除了培養(yǎng)學生技術和技能外，還需對學生提供有關創(chuàng)造力的反饋，針對如何改進創(chuàng)造性工作提供建設性反饋，以及對學生在階段性完成創(chuàng)造性工作時，進行認可和贊揚，達成學習與創(chuàng)造的良性循環(huán)。

3.3 教師帶領學生進行競賽和企業(yè)合作

人在解決實際應用問題時，學習速度最快、效率最高、知識成功轉化的可能性越理想?；陧椖康膶W習可以幫助學生發(fā)展實踐技能，并將理論知識應用于實際應用場景。讓企業(yè)征集解決方案或者企業(yè)中實際應用任務要求，以比賽、競賽等形式，讓學生真正投入解決實際問題的思考中去，讓學生以實際出發(fā)，真正的將現(xiàn)有的知識轉化為解決問題的工具。高校和教師需要提高企業(yè)合作意識、鼓勵參與、提供指導和支持，與行業(yè)建立合作伙伴關系等，引導學生更多的參與到單片機類課程競賽和企業(yè)合作任務中。

首先，教師通過告知學生即將發(fā)生的活動和機會來提高對比賽和企業(yè)合作的認識。根據教師和學校的資源，分享競賽和校企合作的電子郵件、競賽公告和社交媒體共享信息，鼓勵學生積極參與比賽并與企業(yè)聯(lián)系。其次，教育者需要對其提供指導和支持，為有興趣參加比賽或接觸企業(yè)聯(lián)系人的學生提供指導和支持。積極幫助準備比賽提供資源，例如：培訓材料或練習課程，并將學生與可以提供建議和支持的校友或行業(yè)專家聯(lián)系起來。更深一層次的，教育者可以與行業(yè)專家建立伙伴關系，并邀請專家向學生講述他們在該領域的經驗，這有助于將學生與未來潛在雇主聯(lián)系起來，并為他們提供寶貴的交流機會。

4 改進考核機制

在創(chuàng)新課程的考核方法上，應該改變理論課中的應試考核，并不應僅僅使用分數(shù)去篩選學生是否有記住知識點，學生是否理解消化重點內容，學生是否符合高校畢業(yè)條件。高等教育階段不應該僅僅依靠分數(shù)去評價學生學習的結果，并且在單片機這類應用型課程上，更應該忽略分數(shù)對人才的篩選，無需再去篩選課程學習的合格人數(shù)。在創(chuàng)新課程中，更應該注重提高學生的知識應用能力，并且側重于學生演講技巧與技術內容的配合的能力、解決問題的能力和創(chuàng)新和團隊合作的能力，根據學生在創(chuàng)新課程上的綜合能力進行最終的評定，然而分配給每個標準的權重將取決于當前課程的課程目標。針對課程中查看學生的課程設計內容和進展，完成平時分數(shù)的評定。最后采用演講答辯的方式，對學生完成指定任務進行自我闡述，既注重過程與結果相結合，又能鍛煉學生語言表述能力，培養(yǎng)學生敏捷的思維能力和一定的組織語言的能力[9]，達成培養(yǎng)綜合人才的目標。

教師需要設定好該課程最終考核形式為演講答辯，為學生學習此門課程的考核形式進行心理建設，鼓勵學生接受挑戰(zhàn)、從失敗中學習并堅持不懈地努力來培養(yǎng)成長型思維。教師提供側重于給予完成答辯項目進度和改進的反饋，針對課程答辯的技術內容所涵蓋知識點的準確性、完整性進行指導。根據學生向觀眾及評委有效傳達技術內容的能力來評估學生的演講技巧[10]。教師和評委將評估學生清晰表達能力、組織他們的想法的能力、使用適當?shù)囊曈X輔助工具和吸引觀眾的能力以及為技術問題開發(fā)獨特解決方案的能力，結合學生對單片機硬件和軟件的理解、調試代碼、開發(fā)的代碼質量、所提出想法的原創(chuàng)性和創(chuàng)造性等，綜合以上情況完成對學生學習情況的綜合評價。

教師可以在課程設計中設定，課程任務其中一項可以更改為小組項目，考核方式依舊可以選擇演講答辯，并且以小組形式的演講答辯。單片機應用綜合創(chuàng)新的任務可以讓學生完成商業(yè)電梯設計、校園快遞柜存放設計、帶有倒車雷達和倒車影像的多輪小車等實用性價值比較高的設計任務，由于此類項目設計的工程量較大，課時相對不夠用，較適用于進行小組設計任務。教師在指導和引導學生完成任務的過程中，可以觀察學生團隊有效合作、協(xié)作和平等地為項目做出貢獻的能力，進行有效的評估團隊合作技能[11]。并且在此過程中教師要鼓勵學生反思他們的學習和個人成長，最重要的是思考自身在團隊內的重要性，提供自我評估的機會，能夠真正在組內活動中比較客觀的認識到自己優(yōu)點和缺點，提前為步入社會，進行社會性工作進行鋪墊。

5 結語

《單片機應用綜合創(chuàng)新》課程是一門更加注重實踐知識和創(chuàng)新創(chuàng)造的課程，在實際教學中應用以上教學方法，學生認為知識的轉化變得輕松，在實際需要完成一項作品時，才會激發(fā)對某一項功能的探索欲望，才會真正的將知識點記牢并應用。今后，我們教育者還將不斷地探索，加大理論課程和創(chuàng)新進階課程的改革力度，讓更多學生熱愛所選擇的專業(yè)，建立專業(yè)自信，體會科學的力量，為人類的進步和科技的發(fā)展付出自己的一份力。

三亞學院第二批課程思政建設項目：SYJKSZ2022159。

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