單片機原理與應用教學模式與課程思政改革研究

姜忠愛 蔡衛國 牛春亮

摘 ?要：單片機原理與應用課程是工科類學生重要的專業課，伴隨工科類專業向應用型培養模式轉型以及國家智能制造2025發展需求，該課程在人才培養中的作用也在變化。文章結合當前專業轉型建設需求，本著以學生為中心的教育教學理念，充分利用現代化教學方法與手段，從課程教學模式、網絡課程建設、課程思政內容融合等多方面進行改革研究。實踐表明，學生綜合評定成績提升10%，學生評教分提升2%，課程教學效果得到提升，學生在后續課程學習及實踐應用能力上均有明顯提升，課程教學更適應應用型專業培養需求。

關鍵詞：單片機;應用型;課程建設;教學改革

中圖分類號：G642 文獻標志碼：A ? ? ? ? 文章編號：2096-000X（2020）09-0129-03

Abstract： The principle and application of single-chip computer is an important professional course for engineering students. With the transformation of engineering major to application-oriented training mode and the development demand of national intelligent manufacturing 2025， the role of this course in personnel training is also changing. This paper combines the current needs of major training transformation， in line with the concept of student-centered education and teaching， makes full use of modern teaching methods， and carries out including the aspects of curriculum teaching mode， network curriculum construction， curriculum politics， etc. Practice shows that students' comprehensive assessment scores are improved by 10%， students' teaching evaluation scores are improved by 2%， and the teaching effect is improved. Students' learning and practical application abilities in the follow-up courses are improved significantly. The teaching of courses is more suitable for applied majors.

Keywords： single chip computer; applied majors; course construction; teaching reform

前言

“單片機原理與應用”課程綜合了“計算機基礎”、“C語言程序設計”、“模擬電路”、“數字電路”等多門課程知識點，是一門實踐性、應用性很強的課程，學習本課程不僅需要學生掌握與單片機相關的理論知識，還需要培養學生動手實踐能力、綜合設計能力和創新能力，對學生后續專業課學習、畢業設計、各類競賽等提供知識支持，為其繼續深造和提升就業能力都大有裨益。

由于該課程概念多、知識點多、內容抽象、邏輯性強，并具有理論與實踐、硬件與軟件相結合等特點，近些年常規課堂講授方式已顯露出諸多不足[1-3]。表現在課程理論教學過程枯燥，學生學習無動力;實踐教學形式單一，實驗過程無收獲;缺乏課前準備和課后實踐環節;考核方式單一，不能客觀反映學生的綜合能力提升等情況。以上問題造成該課程的教學已無法滿足當前工科類專業應用性人才培養需求。特別是國家智能制造2025發展規劃，對基礎芯片應用能力的培養尤顯重要[4]，因此為了提升教學效果，實現相應的培養目標，勢必進行課程建設與改革，堅持以培養學生應用能力為主線，從課程教學模式改革、網絡課程建設、課程思政內容融合等多方面進行深入地研究探索，以適應專業及社會對人才培養的需求。

一、課程教學模式改革

常規的課程教學是以課堂講授理論知識點為主，而對于單片機原理與應用屬于實踐性很強的課程，尤其是單片機的內部結構、編程語言指令及功能調制等內容，采用常規學知識點融入項目實例中，理論教學過程中教學模式很容易使學生感覺枯燥和乏味，學生很難融入課程教學，無法實現知識和應用能力的提升。伴隨著對現代教育教學理念的認同，以及現代化教學手段的普及應用，特別是為適應應用型人才培養需求，對課程的教學模式進行改革[5]，讓學生在學習中體驗到知識應用于實踐的效果，建立明確的學習目標和學習興趣，打造良性課程教學生態。

（一）理論教學模式改革

為充分體現“以學生為中心”的教學理念，采用以“任務驅動”為主的理論授課教學方法，構建任務驅動式教學組織模式[6，7]。

主要實現方法是建設單片機工程項目庫，將課程配合實物演示教學法，如圖1所示在逐步完成項目設計的過程中，將理論授課內容講授清楚。例如：在對單片機中斷系統內容講解過程中，設計單片機系統與光電開關結合（圖1所示），測試通過閘門的人數的應用實例，在講授本實例過程中進行單片機外部中斷設置與應用知識點解析，從而將理論課授課內容融入任務實例中，增強學生學習興趣，提升學習效果。

另外在理論課教學中引入虛擬仿真軟件，增強現代化教學手段應用[8]。以往教師授課過程或實驗中采用的傳統單片機試驗箱的功能相對固定，教師進行授課講解時參照廠家提供的使用指導書，一步一步進行操作，最終得到一個事先預知的結果，學生很難將理論知識與實際應用聯系起來。應用單片機仿真軟件Proteus及Keil對所講解的實例進行現場大屏幕仿真演示，學生可以察看每一步存儲器和外設所產生的變化，有利于學生理解所學知識點，非常適合課堂授課，學生可以安裝在自己的電腦中自行進行練習和產品開發，為學生課前預習、課后鞏固，以及任務驅動式教學方法和翻轉課堂的開展提供了有力的支撐。

（二）實驗課教學模式改革

實驗課教學也采用相應的設計任務進行，并充分體現學以致用，因材施教，對有創新設計思想、能力較強的學生，例如針對從事大學生創新創業項目的同學，可根據項目需求進行實驗開發。從而發揮實驗、實踐教學對學生能力提升的作用。對于參與性不強的學生，為避免其單純抄寫實驗指導書程序代碼完成實驗內容，在實驗過程中將部分參數稍作修改，學生分組討論實驗設計，并隨機進行實驗結果分析提問，將現場回答結果作為重要的考核依據，從而實現學生參與度大大提高，學生從課程教學中學到了知識，感受到能力的提升，建立了對專業知識應用的能力和信心，對任務式教學方式給予了積極評價。

（三）構建網絡課程平臺

單靠課堂的學時只能保證學生學懂知識點，要實現學生學透、會用還需要強化課后練習和輔導。課程網絡平臺會提供設計所需的素材并配有交流和解答模塊，改善了傳統教學形式單一和課后自學與復習環節欠缺的問題，大大提高學生的創造性和應用能力，并為“翻轉課堂”提供了支持。通過數字課程建設，學習不再拘泥于固定時間在課堂和實驗室中，實現了時域和空間域的多維交叉進行，學生總能找到一個適合于自身習慣的個性化學習方式，從而實現了課程教學由普惠教育向普惠+個性化培養結合的，以學生為主體的現代化教學生態轉變。通過在網絡課程平臺中分享資料，給學生布置相應的設計任務，學生利用課外時間完成設計，并在實驗課上進行演示，實驗課轉變為小組交流和老師指導，將再現式教學轉變為探究式學習，學生將成為實驗課上的主體，實現“翻轉課堂”。研究發現通過網絡課程輔助教學，學生的自學能力得到提升，學習潛能得到發掘，學習興趣顯著提升，實現應用型人才培養目標。

（四）進行課程考核模式改革

單片機課程是以培養學生的實踐和應用能力為目的的，傳統的筆試以記憶性內容為主，不能客觀全面的反映學生對本課程的學習情況[9]。因此在成績認定方面，采取筆試、實驗及日常作業三方面綜合評定的辦法，其中筆試占總成績的60%，實驗占總成績的20%，日常作業占總成績的20%。在實驗成績評定中，不單單依據學生遞交的實驗報告進行評分，而是根據學生在實驗課上的參與度、對項目的解析答辯效果等過程性表現，綜合評定學生實驗成績。考核方式的改革，重視學生全程學習過程中知識和能力的提升情況，規范學生全程參與課程學習，使課程評分更公正更合理，更有利于提高學習效果和適應應用型人才培養需求。從表1中的數據對比可明顯看出改革前后學生綜合評定成績提升情況（2015-2016學年為改革前）。

二、積極開展課程思政

高校人才培養要做到德才兼備，人才的德育培養不僅僅是思政課的職責，也應該是每一位一線授課教師的責任，課程教學要實現教書育人，認真做好習近平新時代中國特色社會主義思想以及十九大精神進課堂工作，每門課程都應結合本課程的內容特點，充分發揮本課程的育人功能。《單片機原理與應用》講授單片機芯片的應用與編程，單片機系列芯片屬于高科技芯片產品，中國在芯片研發上與國外還有很大的差距，近期中美貿易爭端，一些企業之所以被動受罰也是因為芯片核心技術受制于人，因此，本課程的思政內容切入點從芯片核心技術入手，伴隨課程內容的深入擴展至操作系統研發、智能制造、版權保護，以及為祖國發展付出的科研工作者事跡等。通過開展課程思政一方面可以增加學生的專業認同感，讓學生明白所學知識的重要性，從而幫助其建立正確的學習目標，提高其學習動力，促進本課程的學習效果;另一方面，激發學生的愛國熱情，提升主人翁意識，自覺形成良好的學習習慣和道德情操，培養團隊協作能力和責任心，建立為國家和民族奮斗的信念。讓“應用型”人才真正能被有價值的“應用”把好方向。

三、編寫特色鮮明適用性強的授課教材

教材是課程教學的依托，教材的選用主要是輔助教學讓學生理解相關知識、培養相應的能力，一本好的教材要清晰闡述課程的核心內容，更要貼合專業特色，體現專業對本知識的需求，單片機原理與應用相關課程教材多種多樣，其主要是單片機芯片結構及功能的介紹與應用。我校自上世紀90年代就有單片機課程的教學，因此多年來課程組積攢很多的貼合我校專業需求的教學實例和實驗器材，但是選用外校編著的教材則無法將具有專業特色的實例從分應用，因此，課題組成員利用前期積累的教學素材，結合本校實際硬件及軟件特色，編著了《單片微型計算機原理及應用》教材，如圖2所示，其理論內容適合于專業培養需求，配圖及習題均采用本校實驗室具備的典型應用實例，使教材更加實用，有利于學生學有參考、學以致用。

四、進行師資隊伍建設

單片機技術的進步勢必要求授課教師要不斷更新自身的綜合能力，包括知識和教學能力的提升，要具備現代教育理念和現代化教學手段，比如任務驅動式教學方法的執行方法、虛擬仿真軟件應用能力和網絡平臺建設與維護能力等，因此在項目進行過程中授課教師先后多次參加進行相應的培訓與外出交流。包括 “數控機床裝調與維修”“教學工作坊培訓”“智能制造研修班”以及雙語教學培訓等。在相關培訓中，課題組教師汲取現代教育教學理念，提升專業技能，逐步形成一個業務能力強、教學理念新穎的教學團隊。

五、結束語

為適應應用型人才培養目標，研究利用現代化教學方法與手段，以學生為中心，以應用型人才培養需求為目標，進行了教學模式、課程思政、教材建設以及師資隊伍建設等多方面的研究與建設，取得了良好的效果，積累了寶貴的經驗。通過兩年多的實施，取得了顯著的成果，學生成績與應用能力明顯提升，學生對課程教學的滿意度也同步提升，隨著成果的深入應用逐步為更多的學生培養與課程建設帶來益處，特別是為應用型轉型的工科專業課程建設提供參考經驗。在后續的研究中將繼續開展多方面探索，深入開展課程網絡平臺建設與應用，實現課程全方面提升，打造“金課”課程。

參考文獻：

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[9]蔡李花，方海峰，袁明新，等.機械類專業單片機原理與應用課程考核方法研究[J].電腦知識與技術，2014，10（31）：7415-7418.