摘 要:隨著科技的發(fā)展和產(chǎn)業(yè)升級(jí),傳統(tǒng)的單片機(jī)課程在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和考核評(píng)價(jià)等方面與現(xiàn)代教育需求和產(chǎn)業(yè)發(fā)展脫節(jié)。本文針對(duì)“教練分離、考核方式不合理、教學(xué)手段單一”等教學(xué)痛點(diǎn),提出開(kāi)展面向新工科的“三結(jié)合、四促進(jìn)、五評(píng)價(jià)”的課程的探索,通過(guò)課程創(chuàng)新改革,不斷激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)內(nèi)驅(qū)力、提升學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力。通過(guò)改革實(shí)踐,學(xué)生在學(xué)科競(jìng)賽中取得了優(yōu)異的成績(jī),學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和實(shí)踐能力得到了顯著提高,教學(xué)效果得到了明顯改善。
關(guān)鍵詞:?jiǎn)纹瑱C(jī);教學(xué)改革;實(shí)踐教學(xué);創(chuàng)新能力
“單片機(jī)原理及應(yīng)用”是電子信息類(lèi)、自動(dòng)化等專(zhuān)業(yè)的核心課程,是一門(mén)面向應(yīng)用、具有較強(qiáng)實(shí)踐性和綜合性的課程[12],但目前民辦高校學(xué)生基礎(chǔ)知識(shí)比較薄弱,偏科現(xiàn)象嚴(yán)重,習(xí)慣被動(dòng)聽(tīng)講,沒(méi)有主動(dòng)思考的習(xí)慣。傳統(tǒng)的“單片機(jī)原理及應(yīng)用”課程教學(xué)采用的是先理論課后實(shí)踐課的教學(xué)模式,在傳統(tǒng)教學(xué)過(guò)程中,教學(xué)以教師為中心,教師是課堂教學(xué)的組織者,位于教學(xué)活動(dòng)的主體地位,學(xué)生屬于被動(dòng)的接受者,意味著在該模式下,學(xué)生只能被動(dòng)地接受知識(shí),久而久之,就會(huì)缺乏學(xué)習(xí)的主動(dòng)性,無(wú)法體會(huì)到主動(dòng)學(xué)習(xí)的樂(lè)趣,導(dǎo)致學(xué)生對(duì)理論教學(xué)不感興趣,學(xué)生又對(duì)實(shí)踐課程因?yàn)槿狈碚撝R(shí)的支持而無(wú)法動(dòng)手,嚴(yán)重影響了教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生的創(chuàng)新能力培養(yǎng)[34]。因此,本文基于“武漢文理學(xué)院2023年校級(jí)教(科)研立項(xiàng)項(xiàng)目研究成果”,針對(duì)“教練分離、考核方式不合理、教學(xué)手段單一”等教學(xué)痛點(diǎn),提出開(kāi)展面向新工科的“三結(jié)合、四促進(jìn)、五評(píng)價(jià)”的課程探索。通過(guò)課程創(chuàng)新改革,不斷激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)內(nèi)驅(qū)力、提升學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力,探索單片機(jī)課程的教學(xué)改革,提高教學(xué)效果,培養(yǎng)適應(yīng)社會(huì)需求的創(chuàng)新型人才。
1 單片機(jī)課程教學(xué)現(xiàn)狀及存在的問(wèn)題
目前單片機(jī)教學(xué)中對(duì)于硬件結(jié)構(gòu)的講解,集中在傳統(tǒng)的單片機(jī)芯片架構(gòu)上,教學(xué)內(nèi)容未能及時(shí)跟上市場(chǎng)步伐,導(dǎo)致學(xué)生對(duì)新型單片機(jī)硬件特性了解不足;講解單片機(jī)的外設(shè)接口時(shí),也多側(cè)重于傳統(tǒng)的并行接口和簡(jiǎn)單的串行接口,對(duì)于當(dāng)前流行的高速串行接口,教學(xué)深度和廣度不夠[56]。教學(xué)中所使用的應(yīng)用案例大多是較為簡(jiǎn)單和陳舊的項(xiàng)目,在實(shí)際生產(chǎn)中,單片機(jī)廣泛應(yīng)用于智能儀表、智能家電、汽車(chē)電子等領(lǐng)域,需要實(shí)現(xiàn)更加復(fù)雜和智能化的功能,學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中缺乏對(duì)這些實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景和案例的了解,畢業(yè)后難以快速適應(yīng)工作崗位的要求[78]。傳統(tǒng)的“單片機(jī)原理及應(yīng)用”課程教學(xué)中,教師位于教學(xué)活動(dòng)的主體地位,學(xué)生被動(dòng)地接受知識(shí)。教學(xué)方法上理論課程在先實(shí)踐課程在后,這種分離式的教學(xué)導(dǎo)致學(xué)生在學(xué)習(xí)理論知識(shí)時(shí),缺乏對(duì)實(shí)際應(yīng)用的直觀感受[910]。實(shí)驗(yàn)室中的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)設(shè)備可能更新不及時(shí),仍然使用一些老舊的型號(hào)和技術(shù),與實(shí)際工業(yè)應(yīng)用中的設(shè)備存在較大差距,學(xué)生在實(shí)驗(yàn)室中掌握的技能難以直接應(yīng)用到實(shí)際工作中。目前單片機(jī)課程考核中,理論考試成績(jī)通常占總成績(jī)的較大比例,這導(dǎo)致學(xué)生過(guò)于注重理論知識(shí)的記憶,對(duì)于學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力考查不足,忽視了學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)。實(shí)踐考核部分通常以實(shí)驗(yàn)報(bào)告和課程設(shè)計(jì)為主,學(xué)生在完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告時(shí)往往只是按照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)的步驟完成實(shí)驗(yàn),然后在報(bào)告中簡(jiǎn)單描述實(shí)驗(yàn)過(guò)程和結(jié)果,而對(duì)于實(shí)驗(yàn)中遇到的問(wèn)題及解決方法缺乏深入分析,對(duì)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的創(chuàng)新思維、問(wèn)題解決能力以及團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力等方面的考查不夠全面。
2 單片機(jī)課程教學(xué)改革的措施
2.1 教學(xué)方式三結(jié)合
將理論與實(shí)踐一體化教學(xué)、線上與線下混合式教學(xué)、課內(nèi)與課外促進(jìn)式教學(xué)相結(jié)合。首先,理論實(shí)踐一體化教學(xué)從知行合一、手腦并用的教育理念出發(fā),打破了理論課與實(shí)踐課的界限,將理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)融為一體。講解單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)時(shí),可以同時(shí)在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行硬件實(shí)物展示和講解,讓學(xué)生更直觀地了解芯片的引腳功能和硬件連接方法。講解編程時(shí),結(jié)合實(shí)際的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,讓學(xué)生邊學(xué)邊練,及時(shí)將理論知識(shí)應(yīng)用到實(shí)踐中,很好地解決了理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)脫節(jié)的問(wèn)題,增強(qiáng)了教學(xué)的直觀性,調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,充分體現(xiàn)了學(xué)生的主體參與作用。其次,線上與線下混合式教學(xué)可以讓學(xué)生根據(jù)自己的學(xué)習(xí)進(jìn)度、時(shí)間安排和學(xué)習(xí)能力等,在線上自主地選擇學(xué)習(xí)內(nèi)容和學(xué)習(xí)時(shí)間,進(jìn)行預(yù)習(xí)、復(fù)習(xí)或拓展學(xué)習(xí),為線下課打基礎(chǔ)、做鋪墊。線下的課堂則變成老師與學(xué)生之間互動(dòng)的場(chǎng)所,老師可以根據(jù)線上學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)精準(zhǔn)地把握學(xué)生的疑惑與不足之處,有針對(duì)性地面授講解與解答疑惑,更多的時(shí)間留給學(xué)生匯報(bào)和討論,可以更好地培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和自我管理能力,可以滿足不同學(xué)生的學(xué)習(xí)需求,從而達(dá)到更好的教學(xué)效果。線上的交流論壇與線下的課堂討論可以相互補(bǔ)充,促進(jìn)學(xué)生之間的思維碰撞,線上完成課后作業(yè)與單元測(cè)驗(yàn),線下組織實(shí)操考核與項(xiàng)目答辯,多元化的考核方式可以全面檢驗(yàn)學(xué)生的知識(shí)掌握與應(yīng)用能力。最后,課內(nèi)與課外促進(jìn)式教學(xué)鼓勵(lì)學(xué)生參加相關(guān)的電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽,學(xué)生可以進(jìn)一步拓展自己的知識(shí)面,嘗試更復(fù)雜的電路設(shè)計(jì)以及創(chuàng)新。在課堂上可以將學(xué)科競(jìng)賽的內(nèi)容與理論課程內(nèi)容相結(jié)合,同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力和調(diào)試能力,使學(xué)生在學(xué)科競(jìng)賽過(guò)程中提高自身的知識(shí)儲(chǔ)備和相關(guān)的技術(shù),優(yōu)化自己的理論知識(shí)結(jié)構(gòu)。在課堂上留出時(shí)間讓學(xué)生展示自己的課外項(xiàng)目成果,分享項(xiàng)目開(kāi)發(fā)過(guò)程中的問(wèn)題和解決方案。這樣可以將課外實(shí)踐與課內(nèi)知識(shí)學(xué)習(xí)更好地融合,同時(shí)也能讓其他同學(xué)從中受益。
2.2 教學(xué)方法四促進(jìn)
分組教學(xué)促協(xié)作、分級(jí)教學(xué)促平衡、項(xiàng)目教學(xué)促提升、高階教學(xué)促實(shí)踐。開(kāi)課前通過(guò)問(wèn)卷調(diào)查形式對(duì)學(xué)生進(jìn)行摸底,主要考查學(xué)生前置課程電路基礎(chǔ)、數(shù)字電路、微機(jī)原理、C語(yǔ)言編程等掌握的程度和學(xué)習(xí)的情況,根據(jù)學(xué)生的評(píng)估結(jié)果進(jìn)行分組,確保每個(gè)小組都有不同層次的學(xué)生,使小組間的能力相對(duì)均衡,引導(dǎo)學(xué)生明確各自的角色和職責(zé),調(diào)整分工,保證每個(gè)學(xué)生都能積極參與,互相協(xié)作。學(xué)生在小組討論、解決問(wèn)題中,從不同角度進(jìn)行思考,加深對(duì)單片機(jī)知識(shí)的理解和記憶,更好地掌握重難點(diǎn),構(gòu)建完整的知識(shí)體系。課程前期對(duì)學(xué)生課堂表現(xiàn)、線上測(cè)評(píng)、線下作業(yè)三個(gè)維度進(jìn)行考核,將學(xué)生分三個(gè)級(jí)別:優(yōu)、良、中。在后續(xù)課程學(xué)習(xí)時(shí),優(yōu)等生憑借豐富的知識(shí)儲(chǔ)備和較強(qiáng)的創(chuàng)新能力,在小組中擔(dān)任核心角色,負(fù)責(zé)完成有挑戰(zhàn)性的任務(wù),比如復(fù)雜的系統(tǒng)設(shè)計(jì),重點(diǎn)培養(yǎng)他們的創(chuàng)新實(shí)踐能力,并為其他成員提供指導(dǎo)和答疑;良等生鼓勵(lì)探索難點(diǎn)知識(shí),負(fù)責(zé)完成重要模塊的設(shè)計(jì)任務(wù),比如中斷處理、定時(shí)器應(yīng)用等,重點(diǎn)培養(yǎng)他們的創(chuàng)新思維,同時(shí),將一些較難理解的模塊精簡(jiǎn)化,讓中等生能夠跟上操作步驟,促進(jìn)知識(shí)在小組內(nèi)的傳遞;中等生重點(diǎn)關(guān)注書(shū)本知識(shí)的掌握和理解情況,查漏補(bǔ)缺,提升學(xué)習(xí)信心,同時(shí)負(fù)責(zé)完成元件焊接、線路連接等基礎(chǔ)的工作,及時(shí)跟其他成員反饋遇到的問(wèn)題與困難,積極溝通協(xié)作,互相輔助完成對(duì)應(yīng)任務(wù)。針對(duì)單片機(jī)課程趣味性、綜合性和實(shí)踐性,提煉出幾個(gè)綜合項(xiàng)目,激發(fā)學(xué)生興趣,以項(xiàng)目形式開(kāi)展課堂教學(xué)。中等生完成簡(jiǎn)單的、單個(gè)功能實(shí)現(xiàn)的應(yīng)用,良等生完成定時(shí)器、中斷等多種功能的應(yīng)用,優(yōu)等生完成硬件搭建、軟件編程以及測(cè)試和文檔整理。每個(gè)學(xué)生根據(jù)自己的級(jí)別完成對(duì)應(yīng)的部分,互相協(xié)作,共同學(xué)習(xí)、促進(jìn)提升。綜合項(xiàng)目涉及綜合應(yīng)用和實(shí)際場(chǎng)景的復(fù)雜情況,能讓學(xué)生接觸到復(fù)雜的算法、高級(jí)的硬件應(yīng)用,能夠幫助學(xué)生嘗試更復(fù)雜的設(shè)計(jì)和創(chuàng)新,應(yīng)對(duì)復(fù)雜的調(diào)試和故障排除,提升學(xué)生的問(wèn)題解決能力,培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和堅(jiān)韌精神,提高學(xué)生的綜合應(yīng)用能力。
2.3 教學(xué)成果五評(píng)價(jià)
線上自學(xué)測(cè)試性評(píng)價(jià)、線下課堂過(guò)程性評(píng)價(jià)、項(xiàng)目成果階段性評(píng)價(jià)、動(dòng)手能力表現(xiàn)性評(píng)價(jià)、期末成績(jī)綜合性評(píng)價(jià)。為進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣,有效提高教學(xué)質(zhì)量,需要加強(qiáng)教學(xué)過(guò)程中的考核。考核應(yīng)以能力水平為主要指標(biāo),重視專(zhuān)業(yè)素養(yǎng)與專(zhuān)業(yè)技能的考核,改變?cè)械膯我辉u(píng)價(jià)方式,從多個(gè)維度進(jìn)行綜合性考核,綜合評(píng)定學(xué)生能力和水平。線上自學(xué)在完成測(cè)試后通常能較快得到結(jié)果,便于學(xué)生及時(shí)了解自己對(duì)單片機(jī)知識(shí)和技能的掌握情況,有針對(duì)性地進(jìn)行復(fù)習(xí)和強(qiáng)化。同時(shí),方便老師獲取學(xué)生的測(cè)試數(shù)據(jù),包括成績(jī)分布、答題情況等,根據(jù)學(xué)生的得分情況進(jìn)行評(píng)分,將學(xué)生的課堂參與度、作業(yè)完成情況、小組討論等納入考核范圍。課堂參與度可以通過(guò)提問(wèn)、課堂討論發(fā)言等方式進(jìn)行評(píng)分;作業(yè)完成情況可以根據(jù)作業(yè)的完成質(zhì)量、按時(shí)提交情況等進(jìn)行評(píng)分;小組討論可以根據(jù)學(xué)生在小組中的貢獻(xiàn)度、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力等進(jìn)行評(píng)分。項(xiàng)目成果展示可以在課程設(shè)計(jì)結(jié)束后進(jìn)行,要求學(xué)生對(duì)自己完成的課程設(shè)計(jì)項(xiàng)目進(jìn)行匯報(bào)和答辯。答辯內(nèi)容包括項(xiàng)目的設(shè)計(jì)思路、實(shí)現(xiàn)過(guò)程、遇到的問(wèn)題及解決方法等。老師通過(guò)提問(wèn)和學(xué)生的回答情況,對(duì)學(xué)生的項(xiàng)目理解能力、表達(dá)能力、創(chuàng)新能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力等進(jìn)行綜合評(píng)分。不僅關(guān)注實(shí)驗(yàn)結(jié)果和項(xiàng)目完成情況,重點(diǎn)要對(duì)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)過(guò)程中的問(wèn)題解決能力、創(chuàng)新思維、團(tuán)隊(duì)協(xié)作等方面進(jìn)行詳細(xì)記錄和評(píng)分。動(dòng)手能力可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)操作的熟練程度、實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性、實(shí)驗(yàn)報(bào)告的質(zhì)量等進(jìn)行評(píng)分。在理論考試內(nèi)容上,減少單純記憶性知識(shí)點(diǎn)的考查,增加對(duì)理論知識(shí)應(yīng)用和分析問(wèn)題能力的考查。設(shè)置一些綜合性的分析題和設(shè)計(jì)題,讓學(xué)生運(yùn)用所學(xué)的單片機(jī)理論知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題,提高學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力,根據(jù)學(xué)生卷面情況進(jìn)行評(píng)分。從多個(gè)維度進(jìn)行綜合性考核,綜合評(píng)定學(xué)生能力和水平。
3 教學(xué)改革的實(shí)施效果
為了化解學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中的困難,提高教學(xué)的效率,引入了“三結(jié)合、四促進(jìn)、五評(píng)價(jià)”教學(xué)模式,根據(jù)各種單片機(jī)類(lèi)的競(jìng)賽內(nèi)容擴(kuò)充相關(guān)的教學(xué)內(nèi)容,聯(lián)系實(shí)際,增加學(xué)生的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。由擔(dān)任比賽的指導(dǎo)老師講解“單片機(jī)原理及應(yīng)用”這門(mén)課程,更能夠做到賽與學(xué)的融會(huì)貫通,更容易掌握同學(xué)們的學(xué)習(xí)情況,更容易實(shí)施“三結(jié)合、四促進(jìn)、五評(píng)價(jià)”的教學(xué)模式。
改革后的教學(xué)方式和教學(xué)方法更能吸引學(xué)生們的學(xué)習(xí)興趣。項(xiàng)目式教學(xué),使學(xué)生有更多的機(jī)會(huì)將理論知識(shí)應(yīng)用到實(shí)際中,能夠深入理解知識(shí)并熟練地掌握實(shí)踐技能,動(dòng)手能力和解決實(shí)際問(wèn)題的能力得到提升;分組教學(xué)能夠讓學(xué)生在小組中能充分交流、互相輔助、互相啟發(fā),培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作意識(shí),提高學(xué)生的溝通表達(dá)和協(xié)調(diào)能力;分級(jí)教學(xué)使每個(gè)學(xué)生都能夠挑戰(zhàn)適合自己水平的任務(wù),允許不同水平的學(xué)生按自己的節(jié)奏進(jìn)步,從而激發(fā)學(xué)習(xí)的興趣和積極性,提高學(xué)生的自信心。校內(nèi)電子設(shè)計(jì)大賽、藍(lán)橋杯大賽個(gè)人賽(電子類(lèi))和全國(guó)大學(xué)生智能車(chē)競(jìng)賽是目前學(xué)生主要參加的三個(gè)單片機(jī)類(lèi)的比賽項(xiàng)目。從武漢文理學(xué)院信息與計(jì)算機(jī)學(xué)院近十年的比賽獲獎(jiǎng)人數(shù)和獲獎(jiǎng)情況來(lái)看,參加比賽的學(xué)生人數(shù)在逐年增加,獲獎(jiǎng)的成績(jī)也是越來(lái)越好。同時(shí),多名學(xué)生參與專(zhuān)業(yè)教師的校級(jí)重點(diǎn)科研課題,并發(fā)表學(xué)術(shù)論文,這對(duì)學(xué)生產(chǎn)生很大的影響,深受鼓舞,這些成績(jī)都是基于“三結(jié)合、四促進(jìn)、五評(píng)價(jià)”的課程改革模式思考的基礎(chǔ)。
通過(guò)以上教學(xué)改革措施的實(shí)施,單片機(jī)課程的教學(xué)效果得到了顯著提高,學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性明顯增強(qiáng),動(dòng)手能力和解決實(shí)際問(wèn)題的能力得到提升,創(chuàng)新能力得到了有效鍛煉和提高,培養(yǎng)了學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)、溝通表達(dá)和協(xié)調(diào)能力。學(xué)生實(shí)踐和理論水平的提高使他們更符合企業(yè)對(duì)單片機(jī)開(kāi)發(fā)相關(guān)崗位的要求,在求職過(guò)程中更具優(yōu)勢(shì)。
結(jié)語(yǔ)
單片機(jī)課程教學(xué)改革是一個(gè)長(zhǎng)期工程,需要不斷地探索和實(shí)踐。通過(guò)優(yōu)化教學(xué)方式的三結(jié)合、教學(xué)方法的四促進(jìn)、教學(xué)成果的五評(píng)價(jià)等一系列改革措施,有效地提高單片機(jī)課程的教學(xué)質(zhì)量,為學(xué)生打造一個(gè)更加豐富、靈活,更貼合實(shí)際需求的學(xué)習(xí)環(huán)境,讓學(xué)生們從被動(dòng)接受知識(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)探索知識(shí),提升了學(xué)生對(duì)單片機(jī)理論知識(shí)的掌握。積極參與項(xiàng)目實(shí)踐,無(wú)論是硬件設(shè)計(jì)的精巧構(gòu)思,還是軟件編程的創(chuàng)新邏輯,都體現(xiàn)了改革措施帶來(lái)的積極變化。學(xué)生合作意識(shí)和責(zé)任感的提升,溝通表達(dá)和協(xié)調(diào)能力的提高,都為其未來(lái)在電子信息等相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ),為社會(huì)輸送更多高素質(zhì)的創(chuàng)新型人才。
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項(xiàng)目基金:武漢文理學(xué)院2023年校級(jí)教(科)研立項(xiàng)項(xiàng)目(項(xiàng)目編號(hào):2023xzk05)
作者簡(jiǎn)介:喻語(yǔ)嫣(1995— ),女,漢族,湖北武漢人,碩士研究生,助教,研究方向:嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)。