新工科背景下獨立學院單片機課程創新教學探索

陳曉全

（江蘇大學京江學院，江蘇 鎮江 212000）

隨著2017年綜合性高校工程育發展戰略研討會的召開，新工科的發展概念開始逐漸滲透到高等教育理念中。近些年來，國家大力倡導改革高等教育教學模式，“產學研”“應用型本科”等新型概念不斷被提出，使得獨立學院改革教學模式刻不容緩[1]。在學校層面上，獨立學院的辦學實力與普通高校有著一定的差距，無論是師資力量還是科研平臺都處于較大的劣勢地位，這就意味著學生在接觸課程知識的廣度與深度上存在不足。在學生層面，獨立學院學生的理論學習能力與創新思考能力與普通高校學生之間存在相應的差距，采用常規的教學方法后學習效果不佳，難以達到復合型人才培養的要求。在課程層面，“單片機嵌入式系統”課程是電氣等專業的一門重要專業課程，該課程需要學生具備電路、模電、數電、匯編語言等相關課程的專業知識，課程涉及面廣，理論知識難度高，是一門綜合性的專業課程。針對各個層面存在的問題，論文將從實際教學經驗出發，分析現有教學模式的弊端，并給出一種基于改進翻轉課堂模式的新型教學方法。從實際教學效果來看，該方法取得了一定的效果，部分學生的自主學習能力和實踐操作能力得到了提升。

1 傳統單片機教學模式存在的問題

1.1 授課模式單一

目前多數學校授課還是延續基本的“教師講，學生聽”模式，而電氣、自動化等專業一般為多班級專業，上課人數偏多，教室一般為階梯教室，如果教師在課堂上缺少互動，不注意班級紀律，很容易造成后排學生的聽課質量下降[2]。“單片機嵌入式系統”這門課本身就帶有極強的專業性，知識點煩瑣，內容枯燥，如果長期保持這樣一成不變的教學方式，會使學生逐漸喪失對該課程的興趣。

1.2 現有翻轉課堂存在的弊端

翻轉課堂是目前針對素質教育衍生出來的全新授課模式。該模式以互聯網為媒介，借用相關APP視頻軟件和中國慕課的資源，將傳統的課堂分割成課上和課下，讓學生自主學習[3]。該模式的本質是打破固有學習思維，轉變學生和教師的課堂角色。可是從實際的教學活動來看，該模式存在以下一些問題：①難以保證每個學生在線下高質量看完相關課程資料。翻轉課堂要獲得成效的基礎是學生們具備高度的自覺性。在如今大環境下，能夠轉移大學生注意力的因素有很多，部分學生在執行教師分配的任務時存在所謂“劃水”的情形，課后并沒有去預習課程，課堂研討的時候對引導問題的響應局限在某幾個人，進而會使其余學生產生懶惰心理，從本質上脫離該課程，與模式初衷背道而馳。②缺少監督機制。在參與課后預習課程的學生中，還有部分學生在預習課程的時候“走馬觀花”，造成學生對課程內容的理解局限于一些基本概念，課堂研討的時候雖然可以一定程度上參與，但是最終對課程理解的深度還有所欠缺，處于一種不上不下的尷尬局面。

2 教學模式創新改革與實踐

2.1 引入項目驅動法

針對授課模式單一這一問題，將項目驅動法作為優化授課模式的方案。“單片機嵌入式”課程作為一門偏向于應用的課程，教師在講解理論知識點時不應該只局限于書本，否則隨著課程進步的不斷推進，學生們的學習興趣會被逐漸消磨，更重要的是不利于培養學生們的動手實踐能力。所以，教師在授課時需要結合當前單片機模塊的特點，將實際生活中單片機應用的項目與本單元的內容相聯系[4-5]。在引入項目時，需要注意以下幾點：①引入項目的目的是激發學生們的學習興趣，開闊學生們的視野，這就需要對項目的難度有所把控，不宜晦澀難懂，也不能過于簡單，具體的難度分布如圖1所示。②授課時要把握好實際項目與理論知識的平衡。在整個教學中，理論知識是基礎，實際項目是目的，一味地強調實踐能力而忽略理論知識的學習，會使學生僅停留在基礎的應用層面。引入項目是為了更好反哺理論教學，通過實際例子中單片機的作用來激發學生們深層次地去思考單片機內部的工作原理，教師們需要把控的就是在合適的時間引入項目并且將對應的理論知識進行講解，使項目與理論有機地串聯在一起[6]。以“單片機嵌入式”課程第六章中斷內容為例，在講述51單片機中斷的理論內容之前以圖2的項目實例展開。

圖1 項目層次結構

圖2 三相交流電的故障檢測電路

圖2給出的中斷應用的項目實例為三相交流電的故障檢測，此電路的硬件特點如下：外部中斷INT1由3個交流繼電器的觸點和1個或非門擴展而成，3個220Ⅴ的交流繼電器的線圈ZA、ZB、ZC分別接在A、B、C各相和交流地之間。項目的具體要求為該電路可以檢測出缺相電路，并給出信號標識。當A相缺電時，發光二極管LED A亮；當B相缺電時，發光二極管LED B亮；當C相缺電時，發光二極管LED C亮。

針對獨立學院學生的實際理論水平，引入的項目難度需要酌情考慮。結合前面幾個章節的學習效果，本院該課程選用的項目實例為交流電的故障檢測，該例子的難度處于應用層的水平，囊括了電路知識、單片機結構知識以及匯編語言知識等。在引入項目實例后，首先向學生們講解項目的實際要求，引出中斷的概念，并按梯度提出若干問題。例如中斷的具體含義是什么？單片機如何處理多中斷？如何設置中斷？用匯編語言實現中斷時有哪些注意點？在項目中，實際問題與理論知識如何建立聯系？

在引入項目后，開始介紹理論知識，逐步講解中斷定義、中斷源、中斷優先級、中斷相關寄存器以及匯編語言實現中斷的例子。學習理論知識過程中，教師需引導學生將理論知識映射到項目實例中，找出三相交流電的故障檢測電路中用到了哪些中斷的知識，將實際的項目需求“翻譯”成匯編語言。以該項目要求為例，當A相缺電時，發光二極管LEDA亮；當B相缺電時，發光二極管LED B亮；當C相缺電時，發光二極管LED C亮，這句話轉換成編程的思想就是當有缺相時，INT1端為低電平，在服務子程序里逐步讀取P1.0、P1.2以及P1.4的狀態，若P1.0為高電平，則從P1.1輸出高電平，點亮LEDA，其他端口依次執行。通過研究一個項目實例，學生們對中斷內容的掌握會更加牢固，而不是僅停留在理論層面，學習的熱情會逐步提高。

2.2 改進翻轉課堂模式

前文分析了傳統翻轉課堂的弊端，針對其存在的問題，論文提出一種改進型翻轉課堂的模式，在原有模式的基礎上引入有效的監督機制與評分機制。由于翻轉課堂的特點是將學習的時間分成課堂和課后，而課后的時間又占相當大的比例，這就會給學生很大的空間，如果自控能力不是很好，會極大影響整體的學習效果，具體的改進措施如下[6]。

2.2.1 靈活設計線下課程測驗

傳統模式下，學生們在課下預習完課程后會有相應的試題測驗，而這些題目通常情況都是固定題目，整個教學班都是同樣的試題，這就會造成大面積抄襲的現象。針對這樣的問題，論文給出這樣的方案：將班級分成若干學習小組，每組人數4～6人不等，各設置負責人1位。每次開始新課程前，將相關學習視頻或鏈接以及每組的題目發給各組負責人，盡量保證各組題目不重復或重復比例不超過1/3。題目的內容要以主觀題為主，主要考察學生的知識整合能力和語言組織能力，逐步提升思考能力，再此基礎上適量加入一些客觀題，幫助學生理解新的知識點，避免出現全是主觀題，答案互相抄襲的情況，從課程要求上實現自我監督。

2.2.2 組長責任制

一部分學生由于思想意識淡薄，很難做到自我監督，這就需要發揮組長的監督作用。在課堂學習時，需驗收預習課程的試題測驗，根據驗收的結果設立相應的獎懲措施。對于測驗成績優秀的小組，會給予組長額外的獎勵，比如增加平時分，科研活動優先選擇等；對于測驗成績不好的小組，不僅要對組員進行懲罰，也需要進一步問責組長。這就會形成組長對組員的監督機制，不僅可以激發學生們的團隊榮譽感，還可以培養一部分學生的領導統籌能力[7-8]。

2.2.3 綜合評分制

當前各高校對課程的評分主要為3部分：期末成績占70%、平時成績占20%、實驗成績占10%，這樣的評分機制會限制學生們的學習維度，導致學生只關注期末成績，形成一種“平時不努力，考前搞突擊”的不良現象。在此基礎上，給出一種綜合評分機制，引導學生形成正確的學習觀念。最終的期末總評由常規的考勤率、課程預習測驗成績、課堂研討表現、實驗課成績以及期末總評幾部分組成。具體規則如下：期末成績占40%，其余各占15%，削弱卷面成績的比例，鼓勵學生從多方面參與課程，對于課程預習與課堂研討表現優秀的學生，期末總評可酌情加分。

3 結束語

在如今都在提倡教學改革的大環境中，獨立學院更應該積極響應，尤其對于工科院校，要深刻踐行學以致用的理念，緊緊跟隨“產學研”的指導思想。從單片機課程的實際效果來看，部分學生已經開始轉變原有的學習方法，理論學習能力、實踐動手能力都得到提高，對課程的理解更加深刻。本文提出的這一教學模式目前只針對單片機課程，其余課程可酌情參考。