“遞進式四四融合”模式下“單片機類”課程教學改革探索

田素玲

摘 要：通過對“單片機類”課程的課程模式、教學方式、團隊建設、評價機制進行“遞進式四四融合”教學改革，使得“硬件知識+編程語言”“理論知識+課內實驗”“理論知識+實訓”“理論知識+課程設計”進行融合，從而實現“理論知識”與“實際項目”相融合、“理論教學”與“實踐教學”相融合、“校”與“企”相融合、“測”與“評”相融合，增強學生的工程實踐意識，培養學生4種工程能力，滿足應用型本科院校課程的人才培養要求。

關鍵詞：“遞進式四四融合”;融合;工程實踐

0 引言

隨著“工業4.0”“中國制造2025”發展戰略的提出，“互聯網”“機器人”等產業高速發展，推動著科技革命的新一輪變革。高等教育經歷“復旦共識”“天大行動”和“北京指南”等探索后，明確了我國工科教育需要持續培養新型工程科技人才，以支撐國家實施創新驅動的發展模式，提出了“新工科”教育的新模式。2019年國家教育部啟動“雙萬計劃”，對于一流本科、一流學科的建設將本科教育與新工科建設的融合推進到了一個新的高度[1-2]。

新工科建設，在工程教育理念的推動下快速發展。一方面，主要培養學生動手技能和解決實際工程問題的能力;另一方面要求學生具有多學科交叉背景下的團隊協作能力。

隨著工業機器人行業的快速發展，以微控制器為核心的應用系統得到普遍使用，單片機作為入門級的微處理技術，對初學者來說是學習應用的理想平臺，并對繼續學習DSP、ARM、嵌入式系統等相近技術打下基礎。從近年來機電專業各種學科競賽和用人單位的需求看，單片機的應用能力都占了很大比重，“單片機類”課程在應用型人才培養過程中具有重要作用。傳統的教學模式特別是實踐教學已經不能滿足需要，教學的創新改革成為核心問題[3]。

1 ? 傳統“單片機類”教學模式存在的具體問題

在傳統的教學中，多數“單片機類”課程沿用先理論后實驗的教學模式，即完成一定量的理論教學之后，在針對所學知識開設若干實驗。只有部分學生能真正掌握單片機應用系統設計的一般步驟和方法，大部分學生對硬件電路設計和軟件編程概念理解不透，學生解決實際問題的能力欠缺、創新能力不足。

近些年，全國各地的高等教育機構正積極進行專業認證和推動新工科建設，推動理論與實踐相結合、知識與能力相結合，課堂與崗位相結合。同類本科院校，一直在摸索“單片機類”課程的教學改革模式，已經取得了一些成績，但大部分的改革仍然沿用老框架，同時受到實驗設備的限制、考核方法的制約，使得單片機類課程的教學改革成效一直不明顯[4]。仍然存在著以下幾方面的問題。

（1）教學模式老舊，不能滿足培養新型工程人才的需要。

先理論后實驗的傳統教學模式，強調知識體系的完整性和邏輯關系。按照系統原理與結構、指令系統、程序設計、外部中斷系統、定時器/計數器、串行口、I/O口、應用系統設計等架構式、分章節、按順序講授。沒有從學生接受知識的視角出發，課程內容抽象而瑣碎，學生學習囫圇吞棗，容易失去興趣，對后期課程的學習望而卻步。

（2）驗證性實驗比重高，工程背景實驗項目少，學生解決實際問題能力弱。

實驗項目基本都是針對理論教學的一個具體知識點設定，以習題化小實驗為主，很難與實際開發項目銜接起來。同時，學生在有限的時間內完成設計性和綜合性實驗也存在較大困難。

（3）軟件與硬件知識銜接不好，學生創新能力不足。

單片機的學習需要軟件和硬件的支持，學生大三學習單片機課程，大一學習的C語言，遺忘嚴重，到實驗課實踐過程中只能對著單片機這個“黑匣子”發呆，無法完成課程軟硬件匹配需求。

（4）考核方式單一，不能全面考核學生知識掌握和運用情況。

考試主要以閉卷理論考核為主，僅注重基礎知識的考核，雖然實驗考核納入平時成績，但由于沒有成型的具體考核辦法，導致學生實驗課積極性不高。

2 ? “單片機類”課程教學改革內容

針對“單片機類”這類實踐性很強的課程，通過對上述存在的具體問題進行分析，對傳統的教學模式進行創新和升級，進行新的“遞進式四四融合”，改革教學手段、教學方法、加大實驗室開放力度、完善考核方法等進行多方面的分析與探討[5]，具體通過以下幾方面。

（1）改變原有的課程導向模式，“理論知識”與“實際項目”相融合。

踐行工程教育認證的“成果導向教育（OBE）”理念 ，以教學結果為導向，弱化教師主宰作用，以學生為中心，以項目為導向，構建知識體系。課程體系設置上并改變傳統的硬件結構、接口電路設計、中斷系統、定時器、計數器等的分塊的知識架構，變為從項目出發，課程體系，達到“硬件知識+編程語言”相融合，以完成具體的任務為目的，從簡單到復雜分層次有側重點的設計知識架構，設計具體的項目，每個知識點與具體的項目融合，在項目中學生通過完成具體任務達到掌握不同知識點的目的。

（2）引入新的教學模式，改進教學方法，“理論教學”與“實踐教學”相融合。

課程設置增加實踐教學學時，將傳統的理論課和實踐分開上的模式，變為小班精品課，配合51單片機開發試驗版，在實驗室中上課，理論教學和實驗教學一體化，“理論知識+課內實驗”相融合。做到邊講解邊練習，學生在學中練，有助于對理論知識的理解，通過練習既熟悉了單片機的操作，掌握了各個引腳功能的使用;同時，在實踐中對所學知識也有了深刻的理解。

利用大學慕課和學習通等平臺進行線上線下混合教學，將教學資源和視頻資源網絡化，使得學生隨時看隨時學，課前做到提前預習，課上帶著問題學習，課后及時上傳作業、作品，網絡答疑批改一對一，及時有效，不受時間地域限制。

改變教師講學生聽的傳統教學方式，每次課設定基本任務點和擴展任務點，提出問題引導學生思考，自主完成學習任務。

強化學生主體作用，以完成具體任務為目標，采取靈活的教學模式，設計教學方法，激發學生學習興趣與潛能，完成學習任務

（3）增強課程團隊建設，“校”與“企”相融合。

加強與企業合作，優化師資隊伍，充實課程團隊，培養學生的團隊協作能力和工程能力，提升學生的職業素養。

增加“實訓環節”環節，分小組分項目進行，從電路圖的繪制、到元器件的焊接、到程序的編寫燒錄與實現，整個流程，達到“理論知識”與“實際項目”無縫融合，鍛煉學生的團隊合作能力。

“課程設計”采取新方式，與相關企業進行合作教學，從企業中獲取具體的項目，引入企業導師，學生跟著導師做實際項目，項目從電路圖繪制、到器件選用，程序編寫、最終現場調試、產品運行等環節全面參與。鍛煉學生的實際運用能力和解決問題能力。

（4）改革考核方式，“測”與“評”相融合。

改變原有考核方式，卷面考核+課程設計+實訓+答辯多種考核方式，學生和企業參與評分，考試項目多樣化和評價方法全面化，全面系統考核學生學習能力和工程應用能力。

3 ? 結語

在“新工科”背景下，基于“CDIO”工程教育理念，以“單片機原理及C程序設計”課程作為試點，通過課程改革，激發學生的學習興趣，不僅能提升對本課程知識的理解，同時應用到其他課程中，最終貫穿整個課程體系，使得學生知識系統化、網絡化，培養學生靈活運用知識分析問題和解決問題的能力;培養學生的職業道德和職業技術能力;培養學生團隊協作能力;培養學生創新能力。從而提高畢業生就業率、就專率和崗位競爭力。

[參考文獻]

[1]姜超，曹以龍.基于16位單片機的應用實踐教學探討[J].教育教學論壇，2019（19）：220-221.

[2]徐云.基于CDIO工程教育理念的教育教學改革研究—以《單片機原理及應用》為例[J].教育現代化，2019（27）：38-39.

[3]王東霞，溫秀蘭，黃家才，等.單片機課程教學改革探索[J].中國現代教育裝備，2019（4）：42-45.

[4]孫天彥，張小奇，王彬琪.基于引導文教學法的《單片機技術與應用》課程設計探究[J].教育論壇，2019（4）：176.

[5]趙亞妮.逆向教學設計法在“單片機原理及應用”教學中的應用[J].黑龍江工業學報，2019（5）：20-24.

（編輯 何 琳）