以學為中心的“微控制器原理及應用” 課程教學創新研究

黃耀群 張春晶 王娟

摘? ? 要：文章分析了黑龍江科技大學“微控制器原理及應用”課程存在的問題，開展了多元化教學創新探索，提出了以“微控制器原理及應用”課程為核心的“區塊鏈”課程體系建設思想，同時，深化實踐教學和“一體化”人才培養模式改革，實現學生工程素質、實踐能力、創新能力的整合提高。從課程創新教學取得的效果可以看出，“微控制器原理及應用”課程的教學創新對提高課堂教學質量和學生實踐創新能力具有重要的意義和參考價值。

關鍵詞：教學創新;多元化教學;課程“區塊鏈”

中圖分類號：G642? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? 文章編號：1002-4107（2022）03-0075-03

隨著科技的發展，社會需求的不斷轉變，高等教育人才培養理念和模式也在不斷地完善和革新，從產教融合、卓越工程師計劃、CDIO人才培養模式，到新工科、國際工程教育認證，全國各高校為培養具有開拓意識、創新能力的應用型人才不斷努力探索?！拔⒖刂破髟砑皯谩闭n程作為電子信息類、電氣類等專業的一門重要的專業基礎課程，是嵌入式開發人才培養中的重要環節，它是數/模電路、高頻電子線路與傳感器設計、嵌入式開發課程之間的紐帶和橋梁。在新時代、新理念、新社會需求的工科人才培養背景下，傳統“微控制器原理及應用”課程的教學已經無法滿足當前社會對創新型、應用型人才培養的需求，教學創新改革勢在必行。如何切實提高教學質量，如何根據社會需求、技術發展更新教學內容，如何培養學生的設計開發能力和創新能力等一系列問題，要求教師在教育教學過程中持續不斷地思考、創新和實踐。

一、“微控制器原理及應用”課程的主體地位

和存在的問題

（一）課程的地位和作用

“微控制器原理及應用”是電子信息類、電氣類等專業的一門重要的專業基礎課，該課程以經典的89C51單片機為核心，結合目前主流的微控制器元件，主要講述微控制器的硬件結構、指令系統、定時器/計數器、串行口、中斷系統、A/D、D/A以及單片機的接口電路設計。通過該課程的學習可以使學生掌握單片機開發應用技能，熟悉常見的工程案例，了解單片機技術及其在工業控制、經濟建設和日常生活中的應用，并結合實驗和工程實踐訓練進一步提高學生的工程應用能力和創新能力，為學生后續嵌入式系統的開發鋪平道路，為將來從事電子產品的設計開發、檢測和維護等工作奠定堅實的基礎[1]。同時，該課程在學生科研項目訓練、學科競賽、專業課程設計、畢業設計等環節也發揮著極其重要的作用。

（二）課程存在的問題

傳統的“以教為中心”的教學理念，以教師講授為主，“微控制器原理及應用”這種以培養學生綜合設計能力、實踐能力和創新能力為目標的課程已經很難達到其教學要求。這種教學模式無法調動學生的學習興趣、促進學生學習的自主性，更談不上創新能力的培養。所以，教學理念要不斷地向“以學為中心”轉變，突破現有的、刻板的、枯燥的教學模式，加強學生的學習自主性，培養其實踐能力和創新能力。

學生學習成績不高、自主性不強的原因，一方面是課程本身具有一定的專業難度，且教學模式的先進性不足。另一方面是學生對所學專業知識沒有融會貫通，沒有形成一個良好的知識體系?！拔⒖刂破髟砑皯谩闭n程與其前導課、后續課的相關知識具有較高的連續性，而對電子電路基礎知識掌握較差的學生，在“微控制器原理及應用”課程不斷深入學習后，會產生越來越多的問題，導致學習困難，最后失去學習興趣。所以，教師在教學過程中要打破傳統的課程組織形式，根據人才培養目標科學地構建課程體系，形成“區塊鏈”，使專業知識融會貫通。

理論教學與實踐教學脫節，理論知識與實踐技能無法通過課程融合轉化為解決問題的能力[2]。一方面，課程實驗內容多為簡單的驗證性實驗，學生只需按照教師的講解，按部就班地完成，驗證所學理論知識的正確性，在這一過程中難以培養學生真正獨立思考和解決問題的能力。另一方面，綜合實踐訓練的效果并不理想，雖然教師按照學生的知識水平對實踐內容進行了設計，但在分組進行實踐的過程中仍會有一部分學生存在“等、靠、要”的依賴思想，遇到難點就直接問教師或等其他學生做出來再進行修改，學生并沒有發揮自主性，其實踐能力和創新能力并沒有通過分析問題、查找資料、討論方案、反復測試等一系列過程得到實質性的提高。此外，學生參與全國電子設計競賽等大學生創業創新大賽的比例不高、參與度不夠，只有很少一部分學生的實踐能力和創新能力得到了提高。

信息技術在課程教學中應用較少，線上教學平臺沒有得到充分的利用。自國家教育部大力推行高校教學改革以來，全國各高校開始重視信息技術在課堂中的應用，但在實際的課堂教學中，仍是以PPT講授為主，并沒有真正地運用相應的信息技術，當然這與教學環境和硬件設施的建設有一定的關系。各專業課教師進行線上教學時，仍是以上傳授課視頻、授課PPT和習題為主，并沒有充分利用線上平臺實現課程教學內容的討論與交流，線上和線下的教學并沒有結合起來形成優勢互補[3]。

二、“以學為中心”課程創新改革思路和措施

在教學創新過程中，傳統的教學環境、固定聯排的桌椅嚴重束縛課堂上師生主動性和積極性的發揮，傳統的教學空間無法自然形成人性化互動交流與創新智慧碰撞的氛圍，無法促進學生創新思維的培養。為配合教學理念從“以教為中心”向“以學為中心”轉變，高校不斷加強智慧教室建設，為課程教學創新提供了良好的智能化、開放型、互動式的多樣性教學環境，以實現教育理念與教學空間、教育模式和教學方法的雙向促進[4]。

在教學方法上，“微控制器原理及應用”課程逐步探索有效的教學創新模式，利用思維導圖激發學生的學習興趣，增加學生的思考時間，充分挖掘學生個性潛能。同時，思維導圖作為一種開放性的思維工具，利用它進行教學設計和板書教學，不但邏輯思路清晰，便于構建專業知識體系，而且可以訓練學生的思維能力，讓學生在已掌握知識的基礎上，用發散的思維去思考問題，進行知識的融合、遷移及靈活運用，可較好地提高學生學習的自主性和創新思維能力。

科學構建課程體系，將嵌入式開發人才培養的重要課程整合貫通。教學中，教師要注重知識的邏輯關系，前面課程的知識后面要如何應用、如何建立聯系，要“敲黑板，畫重點”;后續課程需要應用哪些前面課程的知識，需要進行回顧、聯結和綁定，突出課程知識內在的邏輯統一，將原有專業課程的相互隔離狀態轉化為專業知識體系內部的協調銜接和相互補充，形成課程體系的“區塊鏈”。

“微控制器原理及應用”作為一門實踐性較強的課程，為實現學生實踐創新能力培養，將理論轉化為實踐創新能力，在試驗和實踐環節可以開展以各類電子競賽題目和企業實際工程項目為導向的模塊式教學，讓實踐內容更具有現實意義，而不是簡單的理論驗證。在實踐的過程中，教師要求各學生小組根據實踐項目利用思維導圖進行分解，通過積極思考、討論和運用理論知識構建合理的設計方案，逐步實現各項實踐要求，提升學生在實踐訓練中的參與度，提高學生積極性、自主性和團隊合作能力。同時，加強實踐教學環節的過程管理，加大學生操作能力、項目設計方案的先進性和創新性、最終項目答辯成績的比重，真正地把理論與實踐、設計與創新、能力與素質緊密地結合起來，落到實處，實現學生工程素質、實踐能力、創新能力的整合提高[5]。

注重信息、網絡技術在教學中的應用。采用“線上”網絡教學與“線下”課堂教學相結合、思維導圖與翻轉課堂相結合、自主學習與任務驅動相結合的多元化教學模式，打破傳統課堂教學“以教為中心”學生被動學習的弊端。打造以知識點、重點、難點為核心的微課，共享各類電子設計比賽題目和大學生創業創新項目的優秀案例，通過“微控制器原理及應用”課程線上平臺，任課教師發布學習任務，開展線上教學和學生自主學習，師生充分利用網絡優勢進行學習討論和交流，加強線上互動。同時，充分利用高校搭建的智慧教室，開展“以學為中心”的翻轉課堂，以思維導圖教學、討論式教學、項目式教學等多元化的教學方法，突出學生的學習主體地位。學生根據教師下達的學習任務和實踐項目進行講述、分析、討論和創新，發揮主動性和創造性，提高分析、解決問題的能力，創新能力和學習的成就感。

三、“微控制器原理及應用”課程教學創新改革取得的成效

自2016年以來，“微控制器原理及應用”課程不斷完善思維導圖的教學方法，開展多元化的教學實踐，獲得了顯著的教學成果。學生期末考試平均成績提高了10.9%，得到了專家、同行和學生的廣泛認可和高度評價，甚至部分已就業的學生，在工作中仍在使用思維導圖的方法進行工作任務匯報和項目分析?！拔⒖刂破髟砑皯谩闭n程思維導圖教學模式如圖1所示。

通過“微控制器原理及應用”課程教學和實踐的不斷改革，學生的實踐能力穩步提升，參加各類電子競賽和創新創業大賽的學生數量和獲獎數量明顯增加。近5年來，黑龍江科技大學共計160余名學生在全國電子設計大賽、“挑戰杯”全國大學生系列科技學術競賽、“藍橋杯”全國軟件和信息技術專業人才大賽和全國大學生創新創業大賽等各項比賽中獲獎。

四、持續深化課程創新改革，實現能力培養和就業一體化

在課程教學創新改革的過程中，如何激發學生的興趣和學習的自主性、如何科學地將課程教學內容與創新教育教學方法相結合、如何將理論教學與實踐及技術發展相結合，實現創新型、應用型人才培養是值得教師不斷思索和探究的持續性命題。“微控制器原理及應用”課程教學內容既包括硬件電路設計，又有軟件編程，對學生的基礎知識和實踐能力要求較高。在近年來的思維導圖創新教學過程中，學生逐步形成了積極主動思考、討論交流的良好學習氛圍，思維能力得到了顯著提升，課程也逐步向“以教師為主導，以學生為主體”的教學形式轉變。

在教育教學改革創新不斷深化的過程中，黑龍江科技大學電子信息工程專業將以“微控制器原理及應用”課程為點、嵌入式開發人才培養方向為線，從思維導圖的教學方法入手，采用任務和實踐項目驅動，持續完善校企合作，嘗試構建從課程到實訓、從實習到管培，再到就業的一體化人才培養體系，將學生的理論知識轉化為實踐創新能力，打通教學、實踐、實習和就業環節。在實踐教學中邀請一批在行業內具有一定實力的企業技術人員，發揮企業技術人員和專業課教師的作用，以企業實際項目為實踐內容，培養實踐創新人才。在畢業實習階段，企業可以對在實踐過程中表現優異的學生發出實習邀請，進入項目團隊進行管理培訓，對實習優秀的學生，賦予優先簽約權，真正實現學生能力培養和就業的一體化。

時代在發展，社會需求在轉變，為了培養滿足社會需求的高素質人才，高校需要與“識”俱進、與“需”共進，注重以學生為主體，開展“以學為中心”的教育教學創新。“微控制器原理及應用”課程的課堂教學采用創新性的思維導圖教學模式，結合線上教學平臺和線下翻轉課堂的多元化教學模式，強調對學生的自主學習能力和思維能力的培養。實驗實踐教學采用以各類電子競賽題目和企業實際工程項目為導向的模塊式教學，加強對學生的實踐能力和創新創業能力的培養。通過不斷的探索和努力，“微控制器原理及應用”課程教學質量穩步提升，為嵌入式開發人才培養打下了堅實的基礎。該課程的教育教學創新具有較強的通用性和擴展性，對于注重實踐能力培養的類似課程具有較高的推廣價值，對電子信息工程、電氣類專業學生的實踐能力、創新創業能力的培養具有重要的現實意義。

參考文獻：

[1]? 中國大學MOOC.微控制器原理與應用課程概?述[DB/OL].（2020-03-09）[2021-09-16].https：//www.icourse163.org/course/preview/GYD0451-1450303577.

[2]? 董燕麗，趙曉艷，劉攀，等.“新工科”背景下《單片機原理與應用》的教學改革探索[J].中國設備工程，2020（22）：233.

[3]? 王丹，趙凱，程琤，等.“單片機原理及應用”課程教學改革[J].西部素質教育，2020，6（7）：177.

[4]? “以教為中心”向“以學為中心”轉變[DB/OL].（2019-?06-19）[2021-09-16].https：//www.sohu.com/a/321615967_99941855.

[5]? 施明登，韓清華.基于《單片機原理及應用》課程創新創業能力培養研究[J].高教學刊，2020（25）：43.

■ 編輯∕丁俊玲

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