摘要:微機(jī)原理與接口技術(shù)課程是電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)的核心課程,旨在培養(yǎng)學(xué)生對(duì)微機(jī)原理與接口技術(shù)的基礎(chǔ)知識(shí)掌握、電氣設(shè)備的控制與應(yīng)用能力,以及大國(guó)工匠精神。本研究通過(guò)學(xué)情分析和教學(xué)痛點(diǎn)分析,對(duì)教學(xué)的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)。主要?jiǎng)?chuàng)新方法和途徑包括:明確課程學(xué)習(xí)目標(biāo)、重塑教學(xué)內(nèi)容、改革創(chuàng)新教學(xué)方法、創(chuàng)建智慧型教學(xué)環(huán)境、設(shè)計(jì)科學(xué)的計(jì)量考核方式。通過(guò)教學(xué)實(shí)踐檢驗(yàn),該創(chuàng)新設(shè)計(jì)顯著提升了教學(xué)效果。
關(guān)鍵詞:微機(jī)原理與接口技術(shù);教學(xué)創(chuàng)新設(shè)計(jì);OBE理念
中圖分類號(hào):TP242 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A
文章編號(hào):1009-3044(2024)27-0112-03
0 引言
微機(jī)原理與接口技術(shù)課程是電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)的必修課程,旨在教授學(xué)生微機(jī)原理與接口技術(shù)的基礎(chǔ)知識(shí),以及培養(yǎng)電氣設(shè)備控制與應(yīng)用技能。該創(chuàng)新設(shè)計(jì)探討了工程領(lǐng)域中的多個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié),包括課程建設(shè)體系、個(gè)性化教學(xué)和學(xué)生素質(zhì)培養(yǎng)等方面,強(qiáng)調(diào)了將實(shí)際工程需求與課程內(nèi)容整合的重要性。同時(shí),提出了與企業(yè)合作、深入挖掘產(chǎn)學(xué)研融合發(fā)展路徑的培養(yǎng)模式。本文還闡述了基于大數(shù)據(jù)的定制化教學(xué)環(huán)境對(duì)教育的影響,以及深入第二課堂、全過(guò)程育人等教育理念。此外,文末表明要科學(xué)設(shè)計(jì)考核方式和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn),以及培養(yǎng)實(shí)踐與理論結(jié)合的能力。
1 課程簡(jiǎn)介
微機(jī)原理與接口技術(shù)課程是電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)學(xué)科大類必修課,在培養(yǎng)人才的體系中具有至關(guān)重要的地位。作為核心課程,它著重于探討51單片機(jī)的體系結(jié)構(gòu)和程序設(shè)計(jì)方法。通過(guò)學(xué)習(xí)這門課程,學(xué)生將能夠掌握更多專業(yè)知識(shí)與技能:熟悉單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)和工作原理,積極參與實(shí)踐,以便真正理解這些知識(shí),并能夠應(yīng)用所學(xué)內(nèi)容進(jìn)行程序設(shè)計(jì)和代碼編寫。由于該專業(yè)緊跟時(shí)代發(fā)展步伐,本課程還致力于帶領(lǐng)學(xué)生深度學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)運(yùn)行原理,掌握現(xiàn)代計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與處理等知識(shí)。這些全面而深入的學(xué)習(xí)目標(biāo)使得微機(jī)原理與接口技術(shù)課程成為電氣工程領(lǐng)域中不可或缺的一門必修課程。根據(jù)多年研究和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),學(xué)生需要正確判斷和匯編C51的指令執(zhí)行結(jié)果,同時(shí)還要掌握一些重要的程序設(shè)計(jì)、下載和調(diào)試方法,以高效學(xué)習(xí)單片機(jī)系統(tǒng)。此外,學(xué)生還需要具備使用匯編或C51編寫程序來(lái)控制單片機(jī)IO接口的能力。在實(shí)際解決工程問(wèn)題時(shí),綜合運(yùn)用中斷、定時(shí)和串行通信功能將發(fā)揮重要作用。最后,學(xué)生須深入了解典型單片機(jī)系統(tǒng)的擴(kuò)展方法,并學(xué)會(huì)靈活應(yīng)用它們。
2 教學(xué)分析
通過(guò)近幾年的教學(xué)實(shí)踐和研究,學(xué)生的學(xué)習(xí)具有以下特點(diǎn):學(xué)習(xí)興趣無(wú)法貫穿全過(guò)程,主動(dòng)性、互動(dòng)積極性較低;具有一定編程基礎(chǔ),但學(xué)習(xí)思維和方法缺乏開放性;具備一定的主動(dòng)學(xué)習(xí)能力和實(shí)踐能力,但主動(dòng)探究、拓展學(xué)習(xí)、整合能力較弱;對(duì)微機(jī)原理性知識(shí)學(xué)習(xí)一知半解,缺乏深入探索的精神,容易產(chǎn)生畏難心理。在教學(xué)設(shè)計(jì)和實(shí)施方面,存在以下痛點(diǎn):課程體系僵硬,課程內(nèi)容多且抽象,學(xué)習(xí)難度大;教學(xué)方法循規(guī)蹈矩,手段陳舊,教學(xué)設(shè)計(jì)缺乏創(chuàng)新性和先進(jìn)性;理論和實(shí)際的融合程度不足,應(yīng)用創(chuàng)新能力較為欠缺;考核方式與評(píng)價(jià)內(nèi)容缺乏科學(xué)性。
該課程是理論與實(shí)踐融合度較高的一門計(jì)算機(jī)類課程。在實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)中,應(yīng)采取新的教學(xué)理念,以項(xiàng)目的形式貫穿每一個(gè)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié),根據(jù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容將多個(gè)實(shí)驗(yàn)優(yōu)化組合,更新實(shí)驗(yàn)?zāi)J剑瑖@“構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)、運(yùn)行”的思路設(shè)計(jì)每一個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目[1]。
基于以上學(xué)情分析和教學(xué)痛點(diǎn)分析,結(jié)合多年理論與實(shí)踐教學(xué)經(jīng)驗(yàn),對(duì)微機(jī)原理與接口技術(shù)課程進(jìn)行創(chuàng)新改革,有效增強(qiáng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)效果,形成了可借鑒的教學(xué)成果。
3 教學(xué)創(chuàng)新方法及途徑
3.1 明晰課程學(xué)習(xí)目標(biāo)
結(jié)合專業(yè)培養(yǎng)方案中規(guī)定的培養(yǎng)目標(biāo)以及畢業(yè)要求,重新梳理課程學(xué)習(xí)目標(biāo)。筆者采用OBE(以結(jié)果為導(dǎo)向教育)作為基本理念,并根據(jù)“可測(cè)量、可實(shí)現(xiàn)、有成果”的原則來(lái)設(shè)計(jì)和實(shí)施教學(xué)活動(dòng)[2]。在教學(xué)目標(biāo)中,特別關(guān)注高階思維能力的培養(yǎng),強(qiáng)調(diào)創(chuàng)新性思維和面對(duì)挑戰(zhàn)的勇氣。同時(shí),重視學(xué)生的家國(guó)情懷、人文素養(yǎng)以及科學(xué)精神的發(fā)展。通過(guò)采用BLOOM教學(xué)方法,我們希望能夠更好地促進(jìn)這些方面的培養(yǎng)。
如圖1所示,通過(guò)以培養(yǎng)目標(biāo)為基礎(chǔ),反向確定教學(xué)目標(biāo)的方式,可以使教學(xué)目標(biāo)與課程產(chǎn)出相一致,同時(shí)包括了思政教育方面的目標(biāo)。
3.2 優(yōu)化重塑教學(xué)內(nèi)容
本課程以電氣領(lǐng)域?yàn)檠芯勘尘?,以?shí)際案例為任務(wù)驅(qū)動(dòng),對(duì)課程整體知識(shí)架構(gòu)進(jìn)行統(tǒng)籌規(guī)劃,系統(tǒng)地統(tǒng)籌考慮電氣技術(shù)的知識(shí)體系和技術(shù)要素。以實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)為例,幫助學(xué)生建立整體學(xué)習(xí)計(jì)劃。針對(duì)知識(shí)的特點(diǎn)及其關(guān)聯(lián)性,對(duì)整體知識(shí)結(jié)構(gòu)進(jìn)行模塊化分解和組合,逐個(gè)模塊采取突破的教學(xué)方法。在模塊化學(xué)習(xí)之后,構(gòu)建知識(shí)模塊之間的關(guān)聯(lián),將獨(dú)立的知識(shí)模塊整合統(tǒng)一,重新完成系統(tǒng)的設(shè)計(jì),改進(jìn)和豐富功能。
該方法旨在將知識(shí)內(nèi)化為解決實(shí)際工程問(wèn)題的能力,并提高學(xué)生的綜合能力,使其能夠舉一反三,最終達(dá)到素質(zhì)目標(biāo)。教師在教學(xué)過(guò)程中,以啟發(fā)式和引導(dǎo)式教學(xué)模式講解主線的核心知識(shí)和內(nèi)容走向,非主線內(nèi)容讓學(xué)生根據(jù)需要或興趣自學(xué),通過(guò)案例教學(xué),將“構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)和運(yùn)作”的CDIO教學(xué)循環(huán)模式[3]應(yīng)用到課堂中,從而達(dá)到優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容并節(jié)約課時(shí)的目的。
3.3 改革創(chuàng)新教學(xué)方法
3.3.1 課程開展“線上-線下+翻轉(zhuǎn)課堂”混合式教學(xué)實(shí)踐
本課程采用“線上+線下+翻轉(zhuǎn)課堂+綜合實(shí)驗(yàn)”的混合教學(xué)模式,將在線教學(xué)引入傳統(tǒng)課堂,并對(duì)基本教學(xué)環(huán)節(jié)進(jìn)行設(shè)計(jì)。在課前,通過(guò)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)發(fā)布相關(guān)資料和預(yù)習(xí)任務(wù),指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行課前預(yù)習(xí)。在教學(xué)過(guò)程中,充分利用在線平臺(tái)資源和信息工具,助力講解和實(shí)踐相結(jié)合,并將線上電子資源引入傳統(tǒng)的實(shí)踐環(huán)節(jié),更好地組織學(xué)生的主體性行為和個(gè)人能力培養(yǎng)。作業(yè)分配后,及時(shí)評(píng)估完成情況,并通過(guò)多種方式提供反饋和鼓勵(lì),激發(fā)學(xué)生的積極性。采用這種全面有效的混合教育模式可以更好激發(fā)學(xué)生興趣、提高聽課效率、加強(qiáng)知識(shí)點(diǎn)掌握,對(duì)促進(jìn)學(xué)生綜合素質(zhì)提升有相當(dāng)大的貢獻(xiàn)[4]。
在課堂上,教師可以以課前布置的任務(wù)為起點(diǎn),激發(fā)學(xué)生的興趣和好奇心,并根據(jù)學(xué)生提出的疑問(wèn)展開具體教學(xué)內(nèi)容,將知識(shí)內(nèi)化于學(xué)生的提問(wèn)之中。此外,局部翻轉(zhuǎn)教學(xué)的方法可以安排一些討論和學(xué)習(xí)活動(dòng)在小組內(nèi)進(jìn)行,通過(guò)思考和互動(dòng)培養(yǎng)學(xué)生自主探究和解決問(wèn)題的能力。通過(guò)面對(duì)面的交流、探索與研討,結(jié)合老師引導(dǎo)及同伴合作,培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)核心素養(yǎng),并迅速解決重難點(diǎn)問(wèn)題[5]。
課后教學(xué)不僅在于對(duì)課前和課中所學(xué)知識(shí)的深度拓展,更是為了讓學(xué)生通過(guò)線上作業(yè)和測(cè)試、線上討論、線下練習(xí)等形式鞏固所學(xué)。傳統(tǒng)教育方式無(wú)法達(dá)到的一些效果,在課后教學(xué)中得以實(shí)現(xiàn),因此有理由相信,在將來(lái)的教育改革中推廣這種形式會(huì)帶來(lái)積極成果。
3.3.2 深入第二課堂,全過(guò)程育人,促進(jìn)人才培養(yǎng)能力全面提高
在當(dāng)前教育環(huán)境下,第二課堂已成為高校普及全員、多元化育人的重要手段。為了促進(jìn)人才培養(yǎng)能力的全面提高,需要采取全員、全過(guò)程、全方位的教學(xué)模式,結(jié)合社會(huì)需求和學(xué)生個(gè)體特性。圍繞學(xué)生所需的實(shí)踐條件與技能要素,對(duì)課程體系進(jìn)行不斷改進(jìn)和優(yōu)化,致力于培養(yǎng)知識(shí)儲(chǔ)備豐富和具有創(chuàng)新思維能力的應(yīng)用型人才。
在科教融合方面,通過(guò)科研反支撐教學(xué)達(dá)成更好效果。學(xué)生參與科研項(xiàng)目,不僅拓寬創(chuàng)新視野,還為教師提供豐富的教學(xué)案例,形成了“科研項(xiàng)目+企業(yè)合作→學(xué)生參與科研活動(dòng)→教師積累教學(xué)案例→學(xué)生通過(guò)參與科研項(xiàng)目促進(jìn)企業(yè)技術(shù)革新”的良性循環(huán)。積極鼓勵(lì)學(xué)生參加科技競(jìng)賽,以賽促學(xué)、以賽促教、以賽促創(chuàng),在這種環(huán)境下激發(fā)出更多年輕人的創(chuàng)新激情和探索精神。
3.3.3 加強(qiáng)校企合作,開展基于產(chǎn)教融合的教學(xué)模式探索與實(shí)踐
學(xué)校積極與國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室等優(yōu)質(zhì)企業(yè)、研究單位展開校企合作,構(gòu)建校企協(xié)同的課程育人模式。深入研究基于產(chǎn)學(xué)研一體化的微機(jī)原理與接口技術(shù)課程建設(shè)路徑,與合作伙伴共同探索創(chuàng)新性的教學(xué)方法和內(nèi)容設(shè)置。在電氣工程領(lǐng)域展開深入合作,共同打造工程特色的課程建設(shè)體系。注重將實(shí)際工程需求與課程內(nèi)涵結(jié)合,在培養(yǎng)學(xué)生時(shí)更加強(qiáng)調(diào)個(gè)人特點(diǎn)和不同方式方法的融合。通過(guò)這種方式,致力于培養(yǎng)具備愛國(guó)情懷、大國(guó)意識(shí)及工匠精神的青年電氣事業(yè)接班人。通過(guò)對(duì)接先進(jìn)企業(yè)和深入挖掘產(chǎn)學(xué)研融合發(fā)展路徑,努力為青年電氣后備人才提供廣闊平臺(tái)與方向。
3.4 創(chuàng)建基于大數(shù)據(jù)的“學(xué)生主體+持續(xù)發(fā)展”的智慧型教學(xué)環(huán)境
現(xiàn)今,互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的到來(lái)使得網(wǎng)絡(luò)大數(shù)據(jù)教學(xué)成為教育界一個(gè)新興的熱門議題。在這種背景下,一款能夠利用線上與線下先進(jìn)教學(xué)資源的“資源-平臺(tái)-實(shí)踐”三位一體智能教學(xué)支撐環(huán)境也應(yīng)運(yùn)而生。多樣化的在線課程平臺(tái)及共同體等已成為學(xué)生可以自主選擇進(jìn)行參與互動(dòng)的智能化課堂;而在這樣優(yōu)秀的教育背景下,一個(gè)全新、引領(lǐng)時(shí)代潮流并裝備了最先進(jìn)技術(shù)工具的實(shí)踐空間也應(yīng)運(yùn)而生——促使課堂氣氛呈現(xiàn)出“以學(xué)生為中心”的新型智能化教室[6]。
移動(dòng)式創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室相比,具有更加靈活多樣的教學(xué)手段,極大提升了互動(dòng)性與趣味性;同時(shí),我們還與企業(yè)緊密合作,共同構(gòu)建STC高性能單片機(jī)技術(shù)訓(xùn)練中心,并將實(shí)踐與實(shí)際工程應(yīng)用有機(jī)結(jié)合起來(lái)。通過(guò)這種方式,可以將課堂延伸至合作企業(yè)內(nèi)進(jìn)行開設(shè),讓學(xué)生真正置身于工作場(chǎng)景中。這樣的操作不僅豐富了教學(xué)內(nèi)容和形式,還能夠提供一個(gè)更加真實(shí)、豐富、綜合的學(xué)習(xí)環(huán)境給學(xué)生。
3.5 科學(xué)設(shè)計(jì)考核方式
3.5.1 建立“面向產(chǎn)出”的課程評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)
以檢測(cè)課程學(xué)習(xí)目標(biāo)的達(dá)成度為引導(dǎo),課程考核方式與評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的科學(xué)計(jì)量致力于推動(dòng)學(xué)生進(jìn)步。其著眼點(diǎn)在于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)動(dòng)力和專業(yè)興趣,確保教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)模式的匹配。除了完善了3+X的考核要求,還加強(qiáng)了對(duì)學(xué)生綜合評(píng)價(jià),包括課堂內(nèi)外、線上線下學(xué)習(xí)情況。及時(shí)反饋和清晰合理的評(píng)價(jià)規(guī)則是此過(guò)程中不可或缺的元素。重點(diǎn)評(píng)估應(yīng)用能力以及增量式的熟練度提升,在提供清晰明確的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)上做得更出色。
同時(shí),本課程實(shí)踐性較強(qiáng),要加強(qiáng)學(xué)生的理論和實(shí)踐結(jié)合的能力,平時(shí)成績(jī)的評(píng)定除上課考勤外,還要加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)課的考核,實(shí)驗(yàn)課的評(píng)分提高到總成績(jī)的35%~40%,期末考試采用上機(jī)考試,完成一個(gè)小項(xiàng)目案例。此種考核方式使學(xué)生產(chǎn)生學(xué)習(xí)緊迫感,增加實(shí)踐動(dòng)手能力[7]。
3.5.2 設(shè)計(jì)“面向產(chǎn)出”的課程評(píng)價(jià)內(nèi)容
課程非常注重對(duì)學(xué)生能力的培養(yǎng)和學(xué)生成果的展示。為此,我們特別建立了一個(gè)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì),以便將培養(yǎng)出來(lái)的優(yōu)秀成果推廣到更多的學(xué)生身上,并系統(tǒng)地培養(yǎng)他們的科研創(chuàng)新與實(shí)踐應(yīng)用能力。這個(gè)團(tuán)隊(duì)主要依托了教師在電氣控制技術(shù)方面的相關(guān)研究課題,為學(xué)生制定與微機(jī)技術(shù)相關(guān)的研究題目。在團(tuán)隊(duì)單位下進(jìn)行創(chuàng)新應(yīng)用研究,采用微機(jī)技術(shù)來(lái)解決電氣問(wèn)題。通過(guò)這種組織形式,在大量具體問(wèn)題中錘煉出來(lái)綜合能力較強(qiáng)、科研創(chuàng)新精神和實(shí)踐動(dòng)手能力均衡發(fā)展的優(yōu)秀人才,從而更好地滿足社會(huì)對(duì)高素質(zhì)人才需求。
為了評(píng)估他們的創(chuàng)新能力,相關(guān)指標(biāo)包括微機(jī)信息技術(shù)相關(guān)論文的撰寫情況、專利或軟件著作權(quán)的取得情況,以及學(xué)生科研立項(xiàng)和大賽獲獎(jiǎng)情況。這些標(biāo)準(zhǔn)將全面考查學(xué)生在電氣控制領(lǐng)域中的綜合素養(yǎng)和能力發(fā)展水平。通過(guò)合理的課程達(dá)成度評(píng)價(jià),分析課程對(duì)畢業(yè)要求中指標(biāo)點(diǎn)的支撐情況,有助于促使師生明確學(xué)習(xí)中的角色定位,增強(qiáng)課程自主學(xué)習(xí)能力,并對(duì)課程的設(shè)計(jì)及進(jìn)展過(guò)程動(dòng)態(tài)反饋,發(fā)現(xiàn)課程教學(xué)薄弱之處,為課程持續(xù)改進(jìn)指出方向[8]。
4 總結(jié)
該教學(xué)創(chuàng)新設(shè)計(jì)及實(shí)踐的效果非常顯著,而且具有示范輻射作用。我們建立了能夠衡量課程目標(biāo)達(dá)成情況和畢業(yè)要求達(dá)成情況的評(píng)價(jià)機(jī)制,這個(gè)評(píng)價(jià)機(jī)制更加注重結(jié)果導(dǎo)向。通過(guò)這種方式培養(yǎng)出來(lái)的學(xué)生在人才培養(yǎng)方面取得了顯著成果,育人目標(biāo)基本上都得到了很好的實(shí)現(xiàn)。此外,在教學(xué)資源建設(shè)方面我們也取得了很大進(jìn)展。未來(lái),我們將以新工科課程建設(shè)要求為指導(dǎo)開展更多探索與創(chuàng)新。具體而言,我們計(jì)劃開展一門基于大數(shù)據(jù)的微機(jī)原理于接口技術(shù)課程,該門課程旨在為中國(guó)電氣發(fā)展培養(yǎng)更多優(yōu)秀人才。通過(guò)這門課程的構(gòu)建與實(shí)施,我們將努力滿足社會(huì)對(duì)于電氣領(lǐng)域?qū)I(yè)人才的需求,在推動(dòng)行業(yè)發(fā)展和技術(shù)進(jìn)步方面發(fā)揮積極作用[9-10]。
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【通聯(lián)編輯:唐一東】
基金項(xiàng)目:北京市教委科研計(jì)劃項(xiàng)目(KM201911417007)