工程教育專業(yè)認證背景下單片機原理與應(yīng)用課程整合優(yōu)化實踐

關(guān)鍵詞：單片機原理與應(yīng)用；C語言程序設(shè)計；教學改革；工程教育專業(yè)認證

文章編號：1671-489X（2025）10-0090-04

DOI：10.3969/j.issn.1671-489X.2025.10.090

0 引言

自2006年教育部啟動全國工程教育專業(yè)認證試點工作以來[1]，我國高校的傳統(tǒng)教學模式逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)橐詫W生為中心、學習成果為導(dǎo)向的教學模式。這種教學模式不僅明確了專業(yè)課程的教學目標，還顯著提升了教學質(zhì)量。工程教育專業(yè)認證是國際通行的工程教育質(zhì)量保證制度，也是實現(xiàn)工程教育國際互認和工程師資格國際互認的重要基礎(chǔ)，已成為高校辦學實力的重要體現(xiàn)[2]。

在2023年之前的人才培養(yǎng)方案中，單片機原理與應(yīng)用課程一直被列為本科生的專業(yè)必修課程，致力于培養(yǎng)學生的機電控制系統(tǒng)設(shè)計能力。C語言程序設(shè)計作為理工類非計算機專業(yè)學生的通識課程，主要培養(yǎng)學生的程序設(shè)計技巧和編程能力，具有廣泛的適用性。C語言逐漸成為單片機系統(tǒng)開發(fā)的主流語言，如意法半導(dǎo)體公司的STM32、創(chuàng)客廣泛應(yīng)用的Aduino、ARM系列等。在單片機原理與應(yīng)用課程教學過程中，筆者發(fā)現(xiàn)學生在運用C語言進行單片機設(shè)計時往往感到力不從心，C語言程序設(shè)計課程內(nèi)容和單片機原理與應(yīng)用課程內(nèi)容之間的契合度不高。主要原因是兩門課程的開設(shè)時間不在同一個學期，C語言程序設(shè)計課程沒有與專業(yè)應(yīng)用相結(jié)合。這種課程設(shè)置脫節(jié)嚴重影響學生的學習效果，有些學生因為編程困難對單片機原理與應(yīng)用課程產(chǎn)生畏難情緒，喪失了學習興趣，導(dǎo)致無法滿足工程教育專業(yè)認證對畢業(yè)生能力的要求。

為了將C語言知識與專業(yè)知識緊密結(jié)合，激發(fā)學生的學習熱情，同時增強學生的實踐應(yīng)用能力，滿足社會對人才的實際需求，大學積極推進課程改革，對單片機原理與應(yīng)用和C語言程序設(shè)計兩門課程進行有效整合，創(chuàng)新性地開設(shè)了新課程一單片機C程序設(shè)計。

本文著重討論如何將C語言與單片機知識有效融合，以提升學生的知識遷移和實踐應(yīng)用能力[3]并從教學方式、教學內(nèi)容和教學效果評價體系三個維度詳細闡述課程整合教學改革（見圖1）。

1以學習成果為導(dǎo)向，采用多元化教學方式

在教學中筆者所在課程組秉持以學習成果為導(dǎo)向的教學理念，通過多元化的教學方式激發(fā)學生的學習主動性和自主性，從而提高課程的教學效果。在整個教學過程中，教師的角色發(fā)生了轉(zhuǎn)變，由原先的知識傳授者轉(zhuǎn)變?yōu)閷W習組織者、引導(dǎo)者和課程設(shè)計者[4]

1.1 啟發(fā)式教學[5]

在C語言程序設(shè)計和單片機原理與應(yīng)用課程的整合教學中，課程組并不是簡單地將兩者內(nèi)容相加，而是以單片機原理與應(yīng)用課程為核心，在講授單片機原理的同時，根據(jù)具體的編程需求，巧妙地融入C語言的知識點，培養(yǎng)學生軟件和硬件綜合調(diào)試的能力。通過啟發(fā)式教學，鼓勵學生進行協(xié)作探究和互動交流，從而將單純的編程能力提升轉(zhuǎn)變?yōu)榻鉀Q實際工程問題的能力。

1.2 案例式教學

針對電氣工程及其自動化專業(yè)的特點，課程組設(shè)計了一系列與專業(yè)緊密結(jié)合的案例。例如：通過動態(tài)數(shù)碼管顯示程序，教授學生循環(huán)語句和switch語句的應(yīng)用；通過報警器的設(shè)計程序，講解函數(shù)的定義和調(diào)用方法；通過獨立按鍵程序，教授學生循環(huán)結(jié)構(gòu)程序設(shè)計的技巧；通過LED流水燈程序，讓學生掌握位運算和循環(huán)移位的使用。這些案例不僅幫助學生深入理解C語言的語法規(guī)則、數(shù)據(jù)類型和運算符在單片機任務(wù)中的實際使用，還培養(yǎng)了學生設(shè)計解決方案的能力。

1.3 驅(qū)動式教學[6

課程組設(shè)計了以自主創(chuàng)新為特色的綜合實驗項目，結(jié)合工程實際應(yīng)用場景，要求學生分組進行自選項目的設(shè)計并開發(fā)調(diào)試控制系統(tǒng)。這種任務(wù)驅(qū)動式的學習方法強調(diào)課程知識點之間的內(nèi)在聯(lián)系和融會貫通，通過硬件設(shè)計和軟件編程完成實驗，強化學生對課程知識點的理解和掌握，鍛煉了學生的系統(tǒng)設(shè)計和C語言編程能力。另外通過完整的項目實踐，讓學生明確學習目的，知道課程內(nèi)容與實際應(yīng)用的聯(lián)系，切實理解學以致用，只有現(xiàn)在扎實掌握課程理論，未來才能更好地解決實際問題。

總之，通過在單片機原理與應(yīng)用的學習過程中滲透C語言程序設(shè)計，學生更好地理解了單片機原理和C語言程序編寫的方法，極大地提高了學習興趣和開發(fā)設(shè)計的效率，提高了課程教學質(zhì)量。

2以學生為中心，重構(gòu)與豐富教學內(nèi)容

當前，課程組秉持以學生為中心的教育理念，積極為學生提供拓展學習資源，深度改革教學內(nèi)容，幫助學生提升自主學習能力、研究創(chuàng)新能力和解決復(fù)雜工程問題的能力。

2.1思政元素融入課程教學內(nèi)容

課程組深入挖掘?qū)I(yè)課程中的思政元素，努力營造專業(yè)課程思政育人環(huán)境，提升專業(yè)課程思政育人效果[7]。例如：在第一節(jié)導(dǎo)論課中通過講授芯片發(fā)展史，尤其是我國芯片產(chǎn)業(yè)在制造和設(shè)計等領(lǐng)域取得的突破和成就，培養(yǎng)學生的愛國情懷，增強他們的科技自信心和專業(yè)認同感；通過交通燈、電梯控制等日常常見的例子，讓學生知道所學知識可以改變生活，激發(fā)學生對本專業(yè)的熱愛等。通過將這些思政元素巧妙地融入教學內(nèi)容，引導(dǎo)學生樹立正確的世界觀、人生觀和價值觀，培養(yǎng)他們的責任感和使命感，從而培養(yǎng)出既具備專業(yè)素養(yǎng)又具備高尚思想道德素質(zhì)的綜合型人才。

2.2線上線下混合式教學模式實踐 8

積極搭建網(wǎng)絡(luò)交互式教學平臺，進一步豐富完善教學環(huán)節(jié)：預(yù)習環(huán)節(jié)，通過在平臺發(fā)布課前預(yù)習公告，幫助學生明確預(yù)習內(nèi)容；授課環(huán)節(jié)，建立教學資源庫，篩選優(yōu)秀的契合本課程的網(wǎng)絡(luò)教學資源，為學生提供重點章節(jié)教學視頻和擴展學習資料等學習資源，如仿真軟件Proteus和Keil軟件的使用教程、錄制比較好的實驗操作示例和經(jīng)典應(yīng)用案例分享，幫助學生更好地掌握專業(yè)知識；討論環(huán)節(jié)，課下教師與學生的討論時間比較有限，在平臺設(shè)立教學主題討論區(qū)，為學生答疑解惑，提高學生對課程的了解程度；測試環(huán)節(jié)，通過習題作業(yè)和在線測試等，幫助學生進一步鞏固學習內(nèi)容。平臺不僅對傳統(tǒng)課堂教學進行有效的補充，也極大地提升了學生學習的靈活性和自主性。同時，教師可以利用平臺提供的數(shù)據(jù)分析功能實時掌握學生的學習動態(tài)，及時調(diào)整教學內(nèi)容進而實現(xiàn)精準教學。

2.3理論與實踐并重，優(yōu)化教學內(nèi)容結(jié)構(gòu)

基于專業(yè)需求，課程組對教學內(nèi)容進行了重新梳理和優(yōu)化。在單片機開發(fā)教學中，基于C語言的基礎(chǔ)知識，增加了與單片機專用數(shù)據(jù)類型和語法相關(guān)的內(nèi)容。具體而言，將C語言的基礎(chǔ)知識、三種基本結(jié)構(gòu)、函數(shù)、數(shù)組等作為C語言程序設(shè)計的核心內(nèi)容，而將硬件體系結(jié)構(gòu)、中斷、單片機接口擴展技術(shù)（鍵盤、LED等）作為單片機原理與應(yīng)用課程內(nèi)容的重點，將串行接口技術(shù)、存儲器擴展技術(shù)、匯編語言作為輔助教學內(nèi)容。同時適當刪減單片機編程中較少涉及的知識點，如“文件”操作等內(nèi)容，并增加單片機的基礎(chǔ)知識，如單片機的基本功能、常用引腳、結(jié)構(gòu)，Kei1開發(fā)環(huán)境和外部軟件資源的使用。課程內(nèi)容優(yōu)化重組后主要包括程序設(shè)計基礎(chǔ)、程序設(shè)計流程控制、函數(shù)及其應(yīng)用、數(shù)組與字符串處理、指針及其應(yīng)用、擴展數(shù)據(jù)類型和專業(yè)應(yīng)用等模塊[9]。

在課程內(nèi)容組織上，以問題為導(dǎo)向，根據(jù)任務(wù)需求調(diào)整知識點的講解順序。例如，課程組將無參自定義函數(shù)的講解提前到順序結(jié)構(gòu)部分，結(jié)合printf函數(shù)和無參自定義函數(shù)設(shè)計系統(tǒng)主菜單界面顯示程序；將字符數(shù)組的基本知識、字符串輸入輸出等函數(shù)提前到選擇結(jié)構(gòu)部分講解，結(jié)合選擇結(jié)構(gòu)的if語句設(shè)計后續(xù)分支程序。這種調(diào)整有助于學生更好地理解知識的應(yīng)用，提高學習效果。

3構(gòu)建多維度教學效果評價體系

在工程教育專業(yè)認證“持續(xù)改進”理念的引領(lǐng)下，課程組對現(xiàn)有的教學效果評價機制進行優(yōu)化。在原有的教師評價學生和學生評價教師機制的基礎(chǔ)上，引入學生自評機制和教師互評機制[4]，從而構(gòu)建一個更為全面的“教師對學生，學生對學生，學生對教師，教師對教師”四維教學效果評價體系。

3.1教師對學生維度

為全面、細致評估學生的學習成效，課程組采用多元過程性考核模式，考核指標包括試卷成績、隨堂測試、實驗報告和討論課作業(yè)等。這一模式旨在將單一的知識點應(yīng)試考核轉(zhuǎn)變?yōu)閷W生綜合應(yīng)用能力的全面檢驗，從而更準確地把握學生的學習情況。

3.2學生對學生維度

在小組討論和實驗協(xié)作中，學生間的互動與協(xié)作至關(guān)重要。為了鼓勵學生進行創(chuàng)新設(shè)計，課程組設(shè)計了相應(yīng)的學生互評標準，鼓勵學生從創(chuàng)新深度、實驗表現(xiàn)、團隊貢獻等方面對同伴進行客觀評價，充分調(diào)動學生的學習積極性。這種互評方式不僅促進了學生間的相互學習與交流，還提升了他們的團隊協(xié)作能力。

3.3學生對教師維度

在教學過程中，學生的反饋是改進教學的重要參考。課程組利用在線問卷調(diào)查、實時課堂反饋等多種方式，廣泛收集學生對教師教學內(nèi)容、教學方法、教學態(tài)度的評價與建議，并根據(jù)這些評價及時調(diào)整教學策略，以確保課程教學能夠更貼近實際應(yīng)用，更好地滿足學生的實際需求[10]

3.4教師對教師維度

為了不斷提升教學質(zhì)量，課程組引入教師互評機制。專家組和教研室同行從教學規(guī)范性、內(nèi)容創(chuàng)新性、教學效果等多個角度對授課教師進行評價。這種評價方式有助于教師之間相互學習、取長補短，推動課程教學改革的深入進行與教學質(zhì)量的持續(xù)提升。

多維度教學效果評價體系能夠幫助教師更深入地了解教學過程中的各個環(huán)節(jié)，為課程教學改革提供有力支撐。

4結(jié)束語

教學實踐表明，兩門課程內(nèi)容的有機融合強化了學生對C語言程序設(shè)計基礎(chǔ)知識的理解和應(yīng)用，提高了學生解決實際問題的能力，更為重要的是通過教學改革強化了學生應(yīng)對復(fù)雜工程問題的能力，通過引導(dǎo)學生深入探索、分析和解決問題，激發(fā)了他們的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力。課程改革后課程內(nèi)容測試的平均分較課程改革前有明顯提升（見圖2和圖3）。

從工程教育專業(yè)認證的角度看，本次課程教學改革完全符合其目標，即培養(yǎng)具備扎實理論基礎(chǔ)、實踐能力和創(chuàng)新精神的工程技術(shù)人才。本次改革不僅具有實際的教學意義，也為相關(guān)課程的教學改革提供了有價值的參考。

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