行動導向教學模式在《單片機原理與運用》課程中的創新實踐

劉俊峰，楊檸瑞，曾君

（1．華南理工大學 自動化學院，廣東 廣州；2.華南理工大學 電力學院，廣東 廣州)

一 引言

在我國高等教育的理念從精英教育向大眾教育轉化的轉型期，高校的教育質量成為了一個突出的問題[1-3]。在自動化專業中，《單片機原理與運用》是一門實踐性與工具性極強的工科課程[4-5]。課程內容之廣，涉及“自動控制理論”“電路原理”“電機拖動基礎”“電力電子技術”等專業性理論課程，且在工業控制、數據采集、智能儀表、機電一體化、家用電器等企業應用領域中得到了廣泛應用[6-9]。但《單片機原理與運用》不同于理論性課程，不僅需要良好的課堂理論教學，更需要大量的時間進行實際實踐練習才能保證該門課程的教學質量。因此行動導向教學模式非常契合這門課程。本文將聚焦行動導向教學模式下《單片機原理與運用》課程改革的設計與實現。

二 單片機教學的現狀分析

（一）課時較短

單片機課程的學時僅為32學時，課程主要內容僅涉及定時器/計數器、并行接口、串行接口及中斷等內容，關于PCB設計等更深層次的內容介紹較少，向更深層次的內容拓展的難度較大。因學時壓縮，在配以必要的課堂授課之后，實驗所占比重降低，對培養學生的工程實踐能力有所不足，不利于學生將課本知識與實驗實踐有機結合。

（二）授課模式單一

傳統教學中教師過于重視理論而忽略實踐活動，而單片機課程自身的特點，實踐能力與理論知識同等重要，這并不是僅通過幾次實踐活動就能完成對學生實踐能力培養的[10]；同時理論課堂與實驗課堂分開，學生無法將理論和實踐有效結合，將造成理論知識理解不透徹，實踐動手能力得不到有效鍛煉。

（三）考核缺乏全面性

傳統的單片機課程的教學方式僅僅依賴于單片機課本知識本身，而缺少與其他基礎課程知識的有機結合，如模擬電路技術、傳感器原理與自動控制原理等，相應地會導致考核內容設計單一，進一步會帶來課程知識運用深度不足等問題。同時現有考核方式配備統一的實驗指導書，實施方案較為陳舊，忽略了學生的個體差異，缺乏獨立思考、更深層次的研究。

三 單片機課程教學改革實踐

（一）課程改革的目標

改革將以行動導向教學模式為模板，對“單片機原理與應用”課程的教學模式進行探討和摸索。一方面讓教師針對就業市場中對單片機技能的要求對課本知識進行劃分，在理論課中著重突出重要知識點的講解；同時仿照企業項目開發的模式針對課程內容進行研究性項目的設定以提高學生工程實踐能力，培養綜合應用專業知識的能力。具體改革的方向目標如下：

（1）課堂中心從教師變為學生，充分激發學生的主觀能動性；

（2）根據設定的教學目標，以教師為引導，讓學生在主動學習的過程中，不斷分析問題并思考相關知識的關系，建立起扎實的知識網絡；

（3）通過完成完整的課題任務，逐漸培養能夠獨立解決實際問題的能力。

（二）行動導向教學模式運用在單片機課程教學的可行性

行動導向教學模式最先于德國開展運用。其與傳統理論課教學相比，教師不再單純地向學生灌輸知識，而是讓學生自主地學習并構造搭建自己的知識體系。因此學生將不再是被動接受知識的客體，而成為了實踐教學中的主體[11]。

單片機課程與傳統理論課相比，實踐性強是最突出的特點，相應地更適合與在實際操作過程中進行相關知識的學習，在具體的項目里，學生通過查閱相關資料后及時進行實踐操作則能夠將知識及時運用并內化再處理從而形成較為深刻的印象。因此單片機課程非常契合行動導向教學模式。

（三）基于行動導向學習模式的單片機教學改革內容

1.構建學生自主選題的研究性學習模式

依照行動導向的教育思想，放開課程考核標準，由統一的實驗結果考核，轉變為學生自主選題考核。同時依照單片機不同模塊在實際工程應用的協同作用，通過巧妙的教學設計，提煉出一批基于單片機的小型研究課題供學生選擇，讓學生自主動手參與并驗證理論教學的知識點。最終讓學生在單片機課程中培養工程實踐能力、研究并解決問題的能力，有效保障學習質量。具體模式如圖1所示。

圖1 研究性學習模式

2.確定具備特色與完善的研究性項目

目前，單片機技術已經廣泛應用于儀器儀表、家用電器、醫用設備、航空航天的智能化管理及過程控制領域。為了能更好地讓學生通過探究、討論、質疑、小組合作、批判、發現的研究性學習方法來學習“單片機原理與應用”課程并了解單片機技術的各類應用，初步設計的項目如表1所示。

表1 擬定的5項研究性項目

3.搭建教師輔助指導的研究性教學模式

如圖2所示，為使整個研究性學習過程效率最大化，教師需要在適當的時候解決學生們所遇到的問題。因此在給學生最大限度自由的同時，課程將至少安排兩次匯報節點，每個小組需要將當前項目的進展以PPT匯報的形式展示給教師；教師將根據項目進度和學生們所遇到的問題給出建議并鼓勵理論能力較弱的同學進行項目的理論分析，工程能力較弱的同學從事項目工程開發等技術類工作，實現各學生綜合工程素質的全面培養。

圖2 教師參與的學生中心型研究性教學模式

4.完善課程考核機制

單片機作為一門綜合性科目，是無法通過理論課考試這唯一標準來科學評價學生對該門課的掌握程度的，因此構建多元的考核體系對教學質量的提高具有非常重要的作用。據此從課程本身工具性和實用性的角度進行綜合評定，具體如表2所示。

表2 課程成績評定標準

通過上述評定的成績與平時成績（作業、出勤、課堂提問）進行加權平均來得到每位同學的最終成績。這樣既突出課堂學習重要性，又增加了實際操作環節，提升學生綜合能力及實踐應用能力，也兼顧了平時學習成效，為促進培養具有創新精神和實踐能力的高級應用型人才奠定了結實的基礎。課程的時間安排如表3所示。

表3 課程改革的目標與時間安排

四 改革成效與反思

（一）考核情況分析

圖3給出了這次課程改革后學生的部分考核情況統計圖。從圖中可以看出各學生小組基本都完成了項目的大體設計，其中還有16%的學生小組在完成了項目⑤⑥中的基本目標后還進行了拓展功能設計。整體上看，在課程改革后七成以上的學生能夠在實踐中學習并掌握相關的理論知識，因此印證了行動導向教學模式運用在單片機課程中確實能夠將教學的主體由教師轉變為學生，并充分發揮學生的主觀能動性，在教師設計的研究性項目里讓學生主動地分析問題并思考相關知識的關系，建立起扎實的知識網絡體系。但是在各位學生的PPT答辯過程中，依然有四分之一的同學無法完整地針對所做項目進行流程描述并回答教師的提問，目前分析是因為每個項目小組成員人數為4~8人，成員較多的小組難免會出現部分學生缺少項目參與感的情況。因此在往后的課程項目設計中應當對研究性項目選題進一步優化考慮，在保證一定難易度的情況下合理分配各個項目小組的人數以充分保證每位學生的參與度。

圖3 部分考核統計情況

（二）教學反思

這次教學改革以行動導向的思想為核心，將傳統的教師授課、學生聽課的傳統模式轉型為學生自主學習、教師指導的學生主導型的新型教學方式，讓單片機這門課程真正成為一門實踐類課程，切實提升了學生的專業技能。結合擁有專業特色的課程設計，讓學生們親自體驗了實際項目中的運作過程，學生通過主動地探究、討論、質疑、小組合作、批判、發現的研究性學習方法來學習《單片機原理與應用》課程，培養了學生的工程實踐經驗。

改革后的教學極大地提升了學生自主學習積極性，通過課堂上理論知識的講解結合小組的課程項目設計，進一步將學生所學理論同實踐相結合，同時通過小組成員合理的任務分工，使得理論能力較弱的同學完善了單片機知識的理論體系的架構，工程能力較弱的同學則通過從事項目工程開發等技術類工作來增強動手能力，最終實現各學生綜合工程素質的全面培養。