高職院校在MOOC教學模式下的“單片機原理及應用”課程的教改研究

黃瀚 楊琴 問思童

摘?要：MOOC因其知識化、富媒體化、學習流程控制等特點廣泛應用于教育教學領域，將MOOC引入課程的教學中已經成為當前高職院校教學的流行趨勢。高職學生數理基礎相對薄弱，而“單片機原理及應用”課程理論知識雜、實踐要求高，傳統教學模式下學生學習效果不理想。為此研究“單片機原理及應用”課程在MOOC模式下的教學改革，提出了基于MOOC模式的三位一體教學體系、從“零”到“整”的實踐教學方法以及改良的課程考核辦法，改進的教學模式提高了學生學習理論知識的積極性，同時也加強了單片機相關實踐技能的提升。

關鍵詞：MOOC；單片機；實踐教學；課程評價

中圖分類號：G642

Abstract：MOOC?is?widely?used?in?the?field?of?education?and?teaching?because?of?its?characteristics?of?knowledge，rich?media，and?learning?process?control.The?introduction?of?MOOC?into?curriculum?teaching?has?become?a?popular?trend?in?higher?vocational?colleges.Higher?vocational?students?have?relatively?weak?mathematical?and?physical?foundations，while?the?course?"Principle?and?Application?of?Single?Chip?Microcomputer"?has?miscellaneous?theoretical?knowledge?and?high?practical?requirements，and?students'?learning?effect?is?not?ideal?under?the?traditional?teaching?mode.Therefore，the?teaching?reform?of?the?course?"Principle?and?Application?of?Single?Chip?Microcomputer"?under?MOOC?mode?is?studied，and?a?trinity?teaching?system?based?on?MOOC?mode，a?practical?teaching?method?from?"zero"?to?"whole"?and?an?improved?course?assessment?method?are?proposed.The?improved?teaching?mode?not?only?improves?the?enthusiasm?of?students?to?learn?theoretical?knowledge，but?also?strengthens?the?promotion?of?relevant?practical?skills?of?SCM.

Keywords：MOOC；Single?chip?microcomputer?principle；Process?evaluation；Summative?evaluation

1?概述

2022年，教育部高等教育司《關于實施新時代高等教育育人質量工程的意見》中提出貫穿“十四五”高質量高等教育體系建設全過程，切實發揮“質量工程”基礎性、綜合性、引領性、全局性作用，建設高質量人才培養體系，提高人才供給自主可控能力。高職院校紛紛響應并加強實施“中國金課行動”，建設“一流課程網”［1］。MOOC（massive?open?online?courses）教學模式近年來在高等教育教學中有著顯著而廣泛的應用［2］。采用MOOC教學模式為打造金課、建設一流線上線下混合課程提供了一條切實可行的改革之路。結合線上課程學習和教師線下教學的混合教學模式相比傳統教學模式，學生接受程度高，教師課堂教學便捷和靈活。

“單片機原理及應用”作為高職院校電子信息類、通信類、自動化類專業的專業核心課程，其應用的領域有工業控制、智慧小區、航空航天、智能家居等，涵蓋了社會生活方方面面。內容既包含了單片機的內部結構、工作原理等復雜的原理性知識，又包含了單片機的指令系統、接口技術、編程技術等實際應用技術，這使得“單片機原理及應用”課程具有理論深、應用技術多的特點［3］。如何在有限的授課學時內使學生能夠將單片機技術學以致用是擺在當前的首要問題。所以，為了適應新形勢下高等教育育人工程和進一步增加職業教育服務能力，單片機課程的教學改革已勢在必行。

2?傳統教學模式的思考

目前大多數高校開設的“單片機原理及應用”課程標準包括理論課程36學時、實踐課程12學時，總學分3分。傳統的單片機課程的主要任務是圍繞51單片機，介紹其內部結構、工作原理、軟硬件的設計方法及接口技術應用。采用“以教師為中心”的教學方式，圍繞教師課堂講授的知識要點、目標，布置課堂作業和實踐任務，以課程內容各環節設置課程子任務。該教學模式存在學生入門困難、實踐效率低、課堂缺乏互動、教學資源少等缺點，學生普遍反映理論聽不懂、學完就忘、實踐感興趣卻無從入手、一看就會一做就錯等問題，這是因為當前單片機課程教學主流還是采取“以教師為中心”的傳統模式，多數學生在學習完本課程之后，仍然處于入門的階段，真實開發應用環節把握不準，解決實際問題的能力較弱，實踐能力和創新能力存在不足［4］。總結來看，傳統教學模式存在以下四點不足：

一是教學設備資源不足，難以滿足師生的需求。部分高職院校存在單片機開發板落后、測試儀器、基礎設施老舊的問題，導致實踐教學效果差、覆蓋小等問題。除此以外，教學設備維護不及時也是教學設備資源不足的一個重要因素。學生在實踐環節中只能分小組進行，技能訓練難以覆蓋每一位學生。

二是實踐教學設計不合理，多數實驗僅是驗證書本上的理論知識，難以激發學生的創新性。因為實踐環節設計單一，實踐學時緊張，無法提升學生對單片機外接電路及系統級應用的認知。

三是教學評價體系不完善，不能全面、客觀地評價學生的學習效果。僅依靠教師的主觀考評和學習測驗，既不能全面地反映學生的學習效果，又激發不了學習積極性。

四是專業教師隊伍的教學水平參差不齊。部分教師缺乏實踐經驗，仍然圍繞理論知識進行“填鴨式”的教學。此外，部分教師未能意識到實踐教學的重要性，實踐中以自身演示為主，學生參照動手，這種方式極大地限制了學生的自主思考和動手能力。

3?MOOC模式下的教學改革

MOOC系統從2007年8月萌芽至今，因其開放性、學習自由性、教學資源混編便捷等特點廣泛地應用于線上課程、課程思政、線上線下混合課程。圖1MOOC課程統計圖充分展示了MOOC系統的特點。“單片機原理及應用”課程既包含了大量理論知識，又有多種應用技術，為了在有限的課時內完成教學任務和培養目標，可以采用MOOC線上線下混合教學的方式提高學習效率與質量。針對傳統教學模式存在的困難，本文提出以學生、MOOC線上教學、教師線下教學三方面構成三位一體的教學體系，把傳統的“以教師為中心”轉變為“以學生為中心”的教學模式改革，重點突出學生實踐技能的鍛煉，優化學生課堂作業和課內實踐［5］。

單片機課程的目標是使學生掌握單片機技術的基本知識、基礎理論、基本技能，具備較強的運用單片機基本知識和基本理論解決實際問題的能力，并且為進一步學習“嵌入式技術”等后續課程打下堅實的基礎。采用工作過程導向、任務驅動的教學模式，融“知識、技能、素質”培養為一體［6］。學生預先在MOOC系統中學習理論知識，具體的應用技術等知識技能則可以放到課堂上結合相關實踐設備講授。如單片機的概述、51單片機的硬件結構、C51語言編程基礎等相關理論知識，整理成視頻放到MOOC環節中完成。對于這部分MOOC環節完成的學習，教師在授課時可以利用較少的課時量將其總結講解或者采用翻轉課堂的形式讓學生參與其中，采用MOOC方式完成理論知識的學習可以很好地調動學生的積極性。課程中的并行端口編程、中斷系統、定時器/計數器、串口、外部存儲擴展、輸入輸出接口等內容在MOOC環節中完成理論學習，在課堂環節，教師利用現有的實踐教學資源，結合伺服電機速度控制、數字電子鐘、DS18B20溫度采集系統等應用實例講授相關應用技術的知識。

在單片機課程中的實踐環節，拋棄傳統的利用現有單片機開發板完成諸如流水燈、獨立鍵盤、數碼管顯示、LCD1602顯示、矩陣鍵盤、中斷、串口等實踐項目的方式，采用從“零”到“整”的方式完成實踐部分。所謂“零”是指不使用現成的開發板，而是從硬件電路設計開始單片機的最小系統，并單獨設計流水燈電路、數碼管電路等外圍電路并完成PCB制版和硬件調試。所謂“整”是指將單片機最小系統和各外圍電路整合，以具體的單片機應用實例為依托，編寫程序完成相關的實踐項目。在這樣的實踐設計下，學生能夠熟練掌握單片機電路的硬件設計與調試，接口連接及程序設計等各個環節。如表1給出了改進后的課程內容設計，在實踐環節設計中將伺服電機速度控制、數字電子鐘、DS18B20溫度溫控制三個完整的單片機控制系統拆解組合作為實踐技能訓練項目。例如，在單片機基礎知識、C51語言編程基礎、片內并口原理等章節所對應的實踐項目均是伺服電機速度控制系統中的某一環節，將完整的電機速度控制系統拆解為不同部分訓練且最終融合為一體。從改進后的教學內容來看，將MOOC引入單片機課程教學能夠極大地縮減課堂的理論教學學時，而將更多的學時放在實踐環節中。改進后的教學實施情況來看，學生接受度較高，MOOC在線課程平臺互動效果較好。總而言之，在實踐環節的教學中同時穿插一定的理論知識，讓學生將學習的單片機知識轉化為對于單片機的直觀理解。整體教學采用任務驅動型教學法進行教學，學生在獲取真知的過程中，必然會提升學生的思維和行為方法、動手能力和技能、習慣和行動標準及直覺經歷、需求調節、團隊合作等方面的綜合素質。

4?課程考核辦法改革

課程考核辦法作為課程質量管理閉環中重要的一環，能在一定程度上反映課程教學質量和學生學習效果，合理的考核辦法對于課程診斷和改進可以起到積極正面的作用［7］。本課程摒棄傳統的成績考核辦法，依據任務驅動型教學法的“質量控制”要求，采用過程性評價與總結性評價相結合的形式，全面、客觀地評價學生的學習效果。把總結性評價與過程性評價結合起來，全面提高本課程的教學效果。通過課程考核方式的改革激發學生的學習主動性，培養學生的學習習慣，改善學生的學習辦法。

“單片機原理及應用”以定量方式呈現過程性評價與總結性評價結果，總體評價學生的學習效果。在引入MOOC環節后，MOOC系統可以設置出勤率、階段性考查、教師評價和學生互評，所以在傳統的考核基礎上增加MOOC成績這一過程性評價。過程性評價由三個模塊構成，每個模塊占比20%，每個模塊由教師評價和學生互評構成，其中教師評價占比15%，學生互評占比5%，過程性評價表如表2所示。再輔以知識考核和綜合考核作為總結性評價，知識考核占比16%，綜合考試占比24%。

5?改革成效

本校對智能控制技術專業20級教學班（85人）實施基于MOOC的教學模式，發現學生MOOC線上理論內容完成度在95%以上，討論、作業、考試完成度在80%以上，學生學習主動性提升較大。通過線上完成大部分理論教學內容，擠壓出大量學時用于實踐環節的教學，實踐教學效果得到了明顯的改善。學生單片機課程平均分為87.14分，綜合成績分布如圖2所示。學生在單片機系統方面的實踐能力得到了極大的鍛煉，學生積極參與嵌入式相關的“全國大學生智能汽車競賽”“全國大學生電子設計競賽”等競賽。

圖2?2020級智能控制技術專業單片機綜合成績分布圖

結語

本文對“單片機原理及應用”課程提出了基于MOOC教學的新模式，解決了單片機課程理論枯燥、實踐復雜等缺陷，并給出了MOOC模式下的一些教學改革方法。MOOC模式能夠將單片機的理論知識和技能知識在線公開學習，節約學生課堂上學習的學時，給任課教師更多的教學空間，教學變得靈活，學生學習效果也更好。在實際教學中應用MOOC的手段，對于“單片機原理及應用”課程的教學探索提供一條新的方向和思路［8］。

參考文獻：

［1］修南.“雙高計劃”背景下高職院校“金課”建設的價值與維度［J］.職業技術教育，2020，41（32）：3136.

［2］姜燕.MOOC混合式教學模式的構建探微［J］.吉林教育：綜合，2016（29）：8.

［3］胡漢才.單片機原理及其接口技術（第3版）［M］.清華大學出版社，2010.

［4］蘇莉萍.基于混合式教學的高職“單片機原理及應用”課程教學研究［J］.裝備制造技術，2022（7）：209211+215.

［5］范香，杜金陽，杜德甫.以學生為中心的“線上+線下”混合式教學模式探索與實踐［J］.中國寬帶，2020.

［6］路大勇，張洪強.基于工作過程導向的教學改革實踐與探討［J］.職教論壇，2009（14）：5354.

［7］王南蘭，李建奇，秦橋，等.MOOC下的單片機原理及應用翻轉課堂的教學研究與實踐［J］.科技風，2021（16）：2324+34.

［8］郭放.單片機原理及應用課程的教學模式分析［J］.集成電路應用，2021，038（007）：118119.

作者簡介：黃瀚（1990—?），男，漢族，江西吉安人，碩士，講師，研究方向：控制理論與控制工程；楊琴（1988—?），女，漢族，四川蒼溪人，碩士，講師，研究方向：神經網絡算法應用；問思童（1988—?），男，漢族，山西呂梁人，碩士，助教，研究方向：民法學。