基于新工科的混合模式下單片機課程教學改革探索

曹璐瑩 郭金磊 李雨 朱煜爾 趙奕芳

摘?要：為提高單片機的教學效果和學生應用開發單片機的實踐能力，本文結合“新工科”大背景，對單片機課程的教學內容、教學技術、教學手段和方法以及考核評價的改革進行探索，組織和開展線上學習+線下仿真、虛實結合，項目設計、課賽結合的混合式教學，將互聯網教學資源引入教學中，并結合Keil?μVision開發平臺和Protues虛擬仿真平臺輔助教學，采用興趣與項目相結合完成教學內容，將理論知識應用于實踐中，學生解決實際應用問題的能力進而得到提高，同時學生學習的主動性也增加了，培養學生養成獨立思考的習慣，同步提升學生對單片機的開發應用能力。

關鍵詞：新工科;混合式教學;單片機課程;教學改革

在國家戰略發展新環境下，2017年，教育部高教司提出了為應對新一輪科技、產業革命和經濟環境的“新工科”建設，形成了“復旦共識”“天大行動”“北京指南”。新工科是全力探索形成領跑全球工程教育的將新理念、新結構、新模式與新質量、新體系共同開展的中國工科人才培教育模式，推動學科跨界融合，適應新時代社會經濟發展。單片機課程是新鄉醫學院三全學院生物醫學工程專業的其中一門主要專業課程，學生能通過這門課程的學習達到掌握單片機的基本流程及使用開發方法的程度，具備單片機系統的綜合應用能力。

1?課程現狀及問題

單片機課程的教學存在一些問題，授課過程中面臨著諸多困境，效果不盡如人意。

（1）該課程理論知識枯燥，實踐性、專業性較強，學生難于接受理解，傳統的課程學習是以教師課堂講授為主與學生課下練習為輔的模式，滿足不了學生的個性化需求。

（2）學習過程受時間和空間限制，單片機技術實踐性、綜合性強，需要大量實踐訓練獲得經驗及技能，從而具備實踐創新能力，僅靠課堂上有限時間學習，教學效果難以保證。

（3）首先，理論知識與實踐技能難于融合，課堂理論教學和實踐操作相互脫離。其次，實驗主要是驗證型實驗，學生按照實驗手冊和老師指導步驟進行就可以完成實驗內容，沒有思考開發單片機的應用，做不到真正的學以致用。

（4）教學深度不足，學完單片機后，大部分學生只了解基本的單片機基礎，對單片機有個簡單的認識，并沒有真正懂得掌握單片機使用及設計開發的方法。由于課堂學時受限的問題，很難有充足時間來引導訓練學生學會對較復雜項目的分析與設計。整體的單片機課程主要存在以下問題：教學模式單一，教學過程枯燥，教學效果不佳，實驗實踐內容匱乏，崗位能力培養不足，課程評價不能全面評價。

2?混合式教學模式

混合式教學（Blending?Learning），將傳統課堂教學和網絡化教學相結合，形成“線上”+“線下”的教學模式。混合式教學模式包含：傳統教室課堂學習與網上線上學習相結合的教學形式，傳統的教學形式與多媒體技術相結合的教學手段，教師引導與學生自主學習相結合的教學過程，形成性評價與總結性評價等多種方式相結合的教學評價。混合式教學為學生提供了自主學習的通道和信息傳遞的方式，學生學習的積極欲望被激發出來，教學效率也被提高，適應“新工科”建設需求。

混合式教學是以“學生為中心”，更注重學習者的體驗與感受，引導學習者進行探究式學習，提高了學習者的學習興趣，提升了學習效果。混合式教學培養了學生的知識遷移能力、自學能力和創新能力，提高了學生的團結合作、共同協作能力，表達溝通能力。

3?混合式教學設計

單片機課程利用現在先進技術融合的混合式教學改革模式，依據教學目標、教學手段、教學內容、教學技術和形式，設計不同的教學模式，即線上線下相結合、教師講學生練相結合、虛擬仿真實驗操作結合、學生興趣項目老師分配任務相結合的多種混合式教學改革模式。傳統的課堂教學活動特點是以教師的“教”為主，教師可以根據學情分析情況、授課目標、授課重難點內容選擇混合教學模式進行教學過程設計，線下線上結合方式。教師引導學生課下積極完成自主學習和分組討論學習，然后教師再針對學生課下學習時難以理解和掌握的知識點，在課堂上面對面地進行講解，這樣既激發了學生學習積極性和熱情，提高了學習能力，又提高了教學效率，從而取得良好的教學效果[3]。線上教學是以學生為主，教師為輔的形式，學生課下通過網絡視頻自主學習，教師線上輔導，同時還可以與其他同學借助多種平臺（如在線論壇、貼吧、QQ、微信、雨課堂）進行交流、討論、分享等自由互動的學習，及時解決一些難以理解的知識、問題[3]。混合的教學改革模式，可以滿足不同層次學生的學習需要。單片機課程實踐性強，采用多元化教學方法，自由分組建立學習團隊，進行興趣任務與項目相結合教學方法，在興趣驅動下，自由建立小組，根據教學內容設計分析項目。通過展示實際案例，激發學生對單片機的學習興趣，在正式授課之前，學生根據提前發布的教學任務，自由成立興趣學習小組，分析設計項目，進行PPT匯報比賽。此外，還鼓勵并要求學生積極參加電子單片機類的項目競賽，這樣既激勵學生將課堂所學的理論知識應用到實踐項目中，又可以迅速提升學生的單片機應用開發能力，培養學生的專業興趣，激發學習熱情和主動性、創造性，同時，學生在做項目任務的判斷、分析、設計、實施、解決等過程中也培養了團結協作及實際的實踐操作動手能力，從而獲得學習的成就感。

4?混合式教學實施

單片機課程教學內容既有硬件電路又有軟件編程，教材上知識點內容零散，理論性強。單片機課程教學改革是，以學生為主，整個單片機課程教學設計是以學生為主進行的混合式教學模式改革，混合式教學模式能夠激發學生學習激情，轉變學生學習態度，增強學生學習主動性和積極性，師生、生生間可以隨時進行交流探討學習。

4.1?線上下相結合

單片機課程中首先了熟悉掌握基礎知識，名詞、基本概念和原理理論等部分，例如：AT89C51單片機的引腳功能、內部結構、工作方式、存儲器結構、特殊功能寄存器的基本功能，最小系統等，這些知識比較陌生且抽象，上課時直接講解學生不容易理解，所以這部分用線上線下的教學設計方式，先對學生下達預習任務并布置問題作業，學生帶著問題作業進行網絡學習，教師通過“發布測試”對學生的線上學習內容和課前預習內容進行測試，以了解預習效果。學生通過網絡視頻的學習，對單片機有了基本概念，總體認識，然后再進入課堂，在教室課堂上，教師針對預習效果有針對性地深度講解分析相關內容的重難點，然后與學生進行討論探討，化解學生疑難問題，重點知識的快速理解掌握，引導學生探索課程更深層次知識內涵，為后續單片機各部分功能的學習打下了良好基礎，引起了學生學習該課程的興趣和熱情。網絡學習和教室學習相結合方式，自主學習和監督學習優點被有效發揮，學生不僅掌握了單片機的基礎知識也有學習的熱情。