單片機技術(shù)課程的PPE 教學(xué)改革探索

摘要：為提升高職院校單片機技術(shù)課程教學(xué)質(zhì)量，滿足現(xiàn)代工程教育需求，本文構(gòu)建了PPE（Projectization，Proceduring，Engineered）教學(xué)模式，通過項目化教學(xué)內(nèi)容、過程化考核機制和工程化課程標(biāo)準(zhǔn)，強化學(xué)生的實踐操作能力和工程規(guī)范意識。實踐結(jié)果表明，PPE模式有效提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、參與度和實踐能力，為高職工科課程改革提供了參考。

關(guān)鍵詞：單片機技術(shù)；教學(xué)模式改革；項目化；過程化；工程化

中圖法分類號：TP36，G71文獻標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2024）34-0137-04開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）：

0引言

隨著物聯(lián)網(wǎng)、智能制造和人工智能等新興技術(shù)的迅速發(fā)展，單片機的應(yīng)用范圍不斷擴大。行業(yè)對具備相關(guān)技術(shù)能力的人才需求也日益增加，從而推動高校重新審視和優(yōu)化單片機技術(shù)課程的教學(xué)方法和內(nèi)容[1-2]。單片機課程教學(xué)研究正積極響應(yīng)新工科建設(shè)的號召，通過改革傳統(tǒng)教學(xué)模式[3-5]，強化課程的實踐性和創(chuàng)新性來培養(yǎng)適應(yīng)現(xiàn)代社會需求的高素質(zhì)工程技術(shù)人才。

為應(yīng)對單片機技術(shù)人才培養(yǎng)的挑戰(zhàn)，多種教學(xué)改革策略應(yīng)用到課堂教學(xué)中。項目驅(qū)動學(xué)習(xí)[6]（Project-BasedLearning，PBL）以學(xué)生為中心，通過解決實際工程中的問題來學(xué)習(xí)和應(yīng)用相關(guān)知識，提升了學(xué)生的實踐能力、團隊合作精神和創(chuàng)新思維。但也面臨著教學(xué)內(nèi)容體系不完整、學(xué)習(xí)測評難度大和課堂管理復(fù)雜的問題?；诔晒麑?dǎo)向教育[7]（Outcome-BasedEducation，OBE）的單片機課程改革強調(diào)以學(xué)生學(xué)習(xí)成果為導(dǎo)向，要求課程設(shè)計和教學(xué)活動圍繞預(yù)期學(xué)習(xí)成果展開。但仍有成果定義難、忽視學(xué)習(xí)過程和評估的主觀性等不足?；旌鲜浇虒W(xué)[8]（BlendedLearning）模式將在線學(xué)習(xí)與線下課堂教學(xué)相結(jié)合，利用現(xiàn)代信息技術(shù)為學(xué)生提供更加靈活和個性化的學(xué)習(xí)體驗。也存在自主學(xué)習(xí)效果差、互動性差和對設(shè)備及網(wǎng)絡(luò)依賴等問題。

本文提出單片機技術(shù)課程的PPE（Projectization，Proceduring，Engineered）教學(xué)模式改革，目的在于提升學(xué)生的實踐能力和工程規(guī)范，以更好地滿足高職工科教育對應(yīng)用型人才培養(yǎng)的需求。研究內(nèi)容包括3個方面：教學(xué)內(nèi)容項目化、考核機制過程化和課程標(biāo)準(zhǔn)工程化。課程內(nèi)容通過項目化設(shè)計，強化理論與實踐結(jié)合，使學(xué)生在工程項目中掌握關(guān)鍵技能。過程性考核納入學(xué)生表現(xiàn)、團隊合作與階段成果，全面評估學(xué)習(xí)過程。同時，課程融入工程標(biāo)準(zhǔn)與工業(yè)規(guī)范，貼近實際需求，確保學(xué)生具備快速適應(yīng)崗位的職業(yè)競爭力。

1PPE教學(xué)模式

本文在單片機技術(shù)課程教學(xué)實踐中構(gòu)建了PPE教學(xué)模式，從人才培養(yǎng)的目標(biāo)出發(fā)，綜合了幾種教學(xué)模式特點，實施全程考核與反饋機制，切實與就業(yè)崗位對接，用工程的標(biāo)準(zhǔn)指導(dǎo)課程教學(xué)活動的開展。通過教學(xué)內(nèi)容項目化，使學(xué)生在實踐中逐步掌握相關(guān)知識和技能，提高他們的實戰(zhàn)能力和團隊意識；通過全過程學(xué)習(xí)考核與監(jiān)測，全面反映學(xué)生的學(xué)習(xí)過程和實戰(zhàn)能力，根據(jù)學(xué)生實時學(xué)習(xí)狀態(tài)，引導(dǎo)教學(xué)活動的良性發(fā)展；通過課程標(biāo)準(zhǔn)工程化，將實際工程項目的標(biāo)準(zhǔn)和要求融入課程標(biāo)準(zhǔn)中，使課程內(nèi)容更加貼近實際應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生解決實際問題的能力和工程規(guī)范。

PPE教學(xué)模式旨在系統(tǒng)性提升學(xué)生的實踐能力和工程思維。改革策略以高階性為核心，創(chuàng)新為手段，形成一個從教學(xué)內(nèi)容、考核機制到課程標(biāo)準(zhǔn)全面提升的框架，強調(diào)教學(xué)模式的有效性、實踐性和實用性。以下從整體設(shè)計的角度闡述具體實施策略。

首先，項目化的課程設(shè)計須注重理論與實踐的緊密結(jié)合，將復(fù)雜的技術(shù)原理和實踐操作細化為若干子項目，涵蓋硬件設(shè)計、軟件編程和系統(tǒng)集成等關(guān)鍵環(huán)節(jié)。每個項目均以明確的工程目標(biāo)和學(xué)習(xí)任務(wù)為導(dǎo)向，使學(xué)生在解決實際問題的過程中強化知識運用和工程思維，同時提高團隊協(xié)作能力和項目管理意識。這種模式通過系統(tǒng)化的項目推進，可構(gòu)建層次分明、內(nèi)容遞進的課程體系，有效增強學(xué)生的綜合實踐能力。

其次，全過程的考核機制，要有實時教學(xué)反饋。教師能夠依據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)進展和具體情況適時調(diào)整教學(xué)方法，做到教學(xué)與考核同步進行。這種方式激勵學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中保持積極性，避免傳統(tǒng)考核中只關(guān)注最終結(jié)果的局限性。通過多樣化的評價方式，增強學(xué)生實戰(zhàn)能力和工程素養(yǎng)，從而在實際工程項目中培養(yǎng)其自主學(xué)習(xí)的意識，幫助學(xué)生在持續(xù)的實踐中提升技能，為提高教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生的職業(yè)競爭力奠定扎實的基礎(chǔ)。

最后，課程標(biāo)準(zhǔn)的工程化要彌合教育與產(chǎn)業(yè)之間的差異，使學(xué)生具備更強的職業(yè)適應(yīng)力和競爭力，幫助他們在畢業(yè)后迅速融入工作崗位。課程標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計要能夠?qū)⒄n程內(nèi)容與工作場景緊密結(jié)合，使每一個教學(xué)項目都能覆蓋實際工程所需的知識點、硬件設(shè)計和編程技巧。通過模擬真實的項目開發(fā)過程，學(xué)生可以在完成各類任務(wù)的同時深入理解工程規(guī)范，培養(yǎng)解決實際問題的能力。

2教學(xué)改革實施

本文自2019年起，在物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)群單片機技術(shù)課程中實施了基于PPE模式的教學(xué)實踐，對單片機技術(shù)課程全面改革，取得了很好的成效。課程內(nèi)容采用項目化教學(xué)，每個項目均設(shè)置明確的目標(biāo)和考核指標(biāo)，引導(dǎo)學(xué)生在實踐中掌握相關(guān)知識和技能。課程結(jié)合智慧職教平臺，制訂了針對學(xué)生學(xué)習(xí)特點的教學(xué)設(shè)計方案。通過課前預(yù)習(xí)、課堂教學(xué)、課后作業(yè)等多環(huán)節(jié)的有機結(jié)合，教學(xué)活動實施嚴格遵守工程開發(fā)規(guī)范，形成了項目化、過程化和工程化的教學(xué)內(nèi)容體系。

2.1教學(xué)內(nèi)容改革

為更好地承載課程內(nèi)容，本文參考市場常用開發(fā)板，改進設(shè)計了13個與生產(chǎn)實踐緊密聯(lián)系的教學(xué)項目，將課程教學(xué)內(nèi)容巧妙地融合到各個實訓(xùn)項目中，如表1所示是部分實訓(xùn)項目。通過這些項目的內(nèi)容設(shè)計，課程知識得到形象化、具體化和模塊化，使學(xué)生在項目開發(fā)中理解消化時鐘、端口、中斷、串口通信等關(guān)鍵知識點，并強化其實際編程與工程應(yīng)用能力，提高學(xué)生項目開發(fā)水平。通過模塊化的程序設(shè)計，分組的項目開發(fā)，提高學(xué)生的團隊合作能力，培養(yǎng)學(xué)生團隊意識。

本文的教學(xué)項目設(shè)計遵循工程開發(fā)規(guī)范，教學(xué)內(nèi)容項目化可將課程內(nèi)容與實際工作場景緊密結(jié)合，每一個項目的教學(xué)內(nèi)容，都能全面覆蓋項目功能所需要的原理知識、硬件電路和編程算法，因而能夠有效提高學(xué)生的職業(yè)素養(yǎng)和綜合能力。

2.2考核機制建立

為客觀地檢驗學(xué)生的實戰(zhàn)能力和全過程的學(xué)習(xí)表現(xiàn)，本文通過作業(yè)、項目實訓(xùn)、課堂實操等多方面綜合評定學(xué)生的學(xué)習(xí)，將考核環(huán)節(jié)融入單片機技術(shù)課程的教學(xué)全過程（如表2所示）。通過全過程考核，教學(xué)與評價實現(xiàn)了同步推進，有效避免了傳統(tǒng)考核中“重結(jié)果、輕過程”的局限。這種方法通過實時教學(xué)反饋[10]，促使學(xué)生在每個學(xué)習(xí)階段都保持積極性，并通過多樣化的評價形式，如項目設(shè)計、階段性匯報、團隊合作等，全面評估學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，也能給教師及時調(diào)整教學(xué)方案提供依據(jù)。

課程考核總成績包含20%的平時成績，包括考勤和學(xué)生課堂表現(xiàn)；50%的實訓(xùn)成績，包括了課堂的實訓(xùn)項目、分組實訓(xùn)、課后項目開發(fā)和在線題庫作業(yè)等；30%的期末考試成績主要是期末組織的項目開發(fā)考核。本文將課程的實訓(xùn)考核內(nèi)容融合到教學(xué)過程中的每一個項目，既能突出重點，又能全過程監(jiān)測學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，激發(fā)他們學(xué)習(xí)探索的動力，充分體現(xiàn)了對學(xué)生全過程學(xué)習(xí)的重視。

2.3課程標(biāo)準(zhǔn)提升

為使工程項目的標(biāo)準(zhǔn)和要求有效融入課程體系，使教學(xué)內(nèi)容更契合行業(yè)需求，并確保學(xué)生在學(xué)習(xí)中接觸真實的工程環(huán)境，從而增強其實際問題解決能力和對工程規(guī)范的理解。本文將課程實訓(xùn)項目融入工程化理念。如圖1所示為課程部分模塊所涵蓋的工程標(biāo)準(zhǔn)，實訓(xùn)項目均嚴格按照工程項目設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)編制，以確保教學(xué)內(nèi)容與實際應(yīng)用的緊密銜接。

通過制定工程化的課程標(biāo)準(zhǔn)，落實課程工程規(guī)范的要求。進而縮小學(xué)校教育與行業(yè)需求之間的差距，增強學(xué)生的就業(yè)競爭力，使他們能夠迅速適應(yīng)并應(yīng)對未來工作中的各種挑戰(zhàn)。

3教學(xué)改革評價

本節(jié)從學(xué)生反饋、技能競賽表現(xiàn)和就業(yè)質(zhì)量3個方面，對PPE教學(xué)模式的有效性進行評價。

3.1學(xué)生反饋與課程評價

學(xué)生的認同程度是評價教學(xué)模式的關(guān)鍵指標(biāo)，對教學(xué)活動的動態(tài)調(diào)整具有決定性作用。通過學(xué)生反饋，教師可以及時優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容和方法，使課程更契合學(xué)生的學(xué)習(xí)進度，進一步激發(fā)其學(xué)習(xí)興趣和參與度。本文對2019年以來物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)群包括物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)工程技術(shù)、電子信息工程技術(shù)和通信技術(shù)4個專業(yè)的34個教學(xué)班學(xué)生在學(xué)校教學(xué)管理平臺上對單片機技術(shù)課程的教學(xué)評價情況進行了統(tǒng)計分析（見圖2）。統(tǒng)計結(jié)果顯示，近5年課程教學(xué)評價的平均得分均超過90分，且呈現(xiàn)出上升趨勢，表明學(xué)生對PPE教學(xué)模式的認可度較高，學(xué)習(xí)興趣和參與度逐步提升。

3.2技能競賽表現(xiàn)與成果

技能競賽獲獎成果是評估PPE教學(xué)模式成效的重要依據(jù)，通過學(xué)生在各類競賽中的表現(xiàn)，可以直觀地檢驗他們的實踐操作能力、創(chuàng)新思維和團隊協(xié)作能力。為驗證教學(xué)模式的實踐效果，本文對物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)群近5年的技能競賽獲獎情況進行統(tǒng)計分析。專業(yè)群主要參加了省級職業(yè)院校學(xué)生專業(yè)技能大賽的嵌入式技術(shù)應(yīng)用開發(fā)、智能硬件應(yīng)用開發(fā)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用等賽項；全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽；藍橋杯全國軟件和信息技術(shù)專業(yè)人才大賽等賽項。從圖3所示的獲獎情況得知，實施PPE教學(xué)模式后，物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)群學(xué)生在技能競賽中獲獎數(shù)量顯著增加，獲獎等級也普遍提高，例如，在2023年省級的賽項中，獲獎人數(shù)較教學(xué)改革初期的2019年增長了139%，一等獎數(shù)量增長了233%。單片機技術(shù)課程是這些賽項的基礎(chǔ)，競賽成果不僅為教學(xué)模式的實踐性提供了有力驗證，也為未來教學(xué)改革提供了寶貴的參考依據(jù)。

3.3就業(yè)質(zhì)量與職業(yè)發(fā)展趨勢

就業(yè)質(zhì)量不僅是衡量教育改革成效的重要指標(biāo)，也直接影響到學(xué)生的職業(yè)前景和人生發(fā)展軌跡。本文從學(xué)校的近5屆畢業(yè)生就業(yè)質(zhì)量年度報告[11]對物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)群畢業(yè)生的就業(yè)情況分析（如圖4所示），統(tǒng)計專業(yè)群4個專業(yè)的各年份的平均就業(yè)率，由教學(xué)改革初期的97.19%提高至99.17%，呈現(xiàn)穩(wěn)步上升的趨勢，顯示出就業(yè)情況持續(xù)向好。同時，對畢業(yè)生就業(yè)崗位類型進行歸類統(tǒng)計，從事電子信息、通信和制造相關(guān)崗位的畢業(yè)生逐年增加，專業(yè)匹配度由2019屆的44.99%增長至65.5%。數(shù)據(jù)顯示，課程改革對學(xué)生就業(yè)率、職業(yè)適應(yīng)能力以及在硬件相關(guān)崗位上的穩(wěn)定增長具有促進作用。說明了PPE模式的實用性，也進一步驗證了課程改革對提升學(xué)生職業(yè)生涯規(guī)劃與發(fā)展?jié)摿Φ姆e極影響。

4總結(jié)

PPE教學(xué)模式的創(chuàng)新點在于通過“三化改革”聚焦于理論與實踐的有機結(jié)合，全面提升學(xué)生的實踐操作能力，結(jié)合實際工程需求，使教學(xué)更加貼近現(xiàn)代技術(shù)應(yīng)用，增強學(xué)生的職業(yè)適應(yīng)力與工程開發(fā)能力，為職業(yè)發(fā)展打下堅實的基礎(chǔ)。PPE教學(xué)模式在單片機技術(shù)課程教學(xué)改革實踐中形成了由項目、考核到行業(yè)規(guī)范全面貫穿的教學(xué)模式，為同類課程的改革提供有力參考。

PPE教學(xué)模式的可行性已得到驗證，但實施過程中仍面臨以下3個方面挑戰(zhàn)。首先，項目內(nèi)容的動態(tài)更新較為困難，課程中的實訓(xùn)項目須定期升級，以跟上高新技術(shù)的快速發(fā)展。其次，實訓(xùn)項目的課堂考核復(fù)雜，須在代碼規(guī)范性、工程標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用以及算法執(zhí)行效率等方面進行綜合評估，這依賴于教師的手動操作，增加了教學(xué)負擔(dān)，且可能影響整體教學(xué)進度。最后，課程中融入工程標(biāo)準(zhǔn)要求企業(yè)的深度協(xié)作，才能真正實現(xiàn)理論與實踐的緊密結(jié)合。

未來的PPE教學(xué)模式改進將著眼于實現(xiàn)課程內(nèi)容與行業(yè)動態(tài)的高效對接，以進一步增強教學(xué)的適應(yīng)性和前瞻性。首先，將建立靈活的實訓(xùn)項目更新機制，通過定期引入物聯(lián)網(wǎng)、智能制造等新興技術(shù)的應(yīng)用案例，使課程內(nèi)容及時響應(yīng)高新技術(shù)發(fā)展需求。其次，在智慧職教平臺的基礎(chǔ)上，完善智能化的考核系統(tǒng)，以自動化評估學(xué)生在代碼規(guī)范、工程標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用和算法效率等方面的表現(xiàn)，減輕教師手動評估的負擔(dān)，提升反饋的準(zhǔn)確性和時效性。同時，推動產(chǎn)學(xué)合作的深化，鼓勵企業(yè)專家深度參與課程設(shè)計和標(biāo)準(zhǔn)融入，保障課程內(nèi)容貼合實際工程需求。這些改進將有效提高PPE模式的實用性，為學(xué)生的職業(yè)適應(yīng)力和實踐能力提供更強有力的支持。

注釋：

①課程完整教學(xué)項目請查看智慧指教平臺：https：//zyk.icve.com.cn/courseDetailed？id=25f38521-dccc-45ad-8dbb-2a59600f6b6damp;openCourse=a87c9f45-2e10-4e22-8f96-58bf0630af18

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【通聯(lián)編輯：梁書】

基金項目：廣東開放大學(xué)（廣東理工職業(yè)學(xué)院）教改課題：2024CGPY002；廣東省特色創(chuàng)新項目（自然科學(xué)）：工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)邊緣網(wǎng)關(guān)協(xié)議適配的分布式應(yīng)用研究（JXJYGC2021BY0077）；廣東省本科高校在線開放課程指導(dǎo)委員會研究課題（2022ZXKC612）：在線開放課程助力高等學(xué)校高質(zhì)量發(fā)展研究