“單片機原理及應用”課程教學改革創新與實踐

摘"要：“單片機原理及應用”是電子信息類和儀器類專業的專業核心課程，是一門面向應用、具有較強實踐性與綜合性的課程。針對學生基礎薄弱、教練分離、實踐教學手段單一、深度學習內驅力不足等教學問題，在現有課程體系的基礎上，提出面向新工科的“三結合、四促進、五評價”的教學改革方案。教學創新改革激發了學生學習內驅力，提升了學生創新實踐能力。單片機教學改革的思路和方法對其他應用型學科教學改革起到了示范和推廣作用。

關鍵詞：單片機；教學改革；實踐能力提升；創新能力培養

中圖分類號：G642.0""文獻標識碼：A

隨著科技的迅速發展，企業對電子類專業技術人才提出了更為嚴格的要求，大學生在畢業前就要具有一定的實踐動手能力和開發設計能力。“單片機原理及應用”是現代電子智能儀器儀表及智能系統的重要組成部分，學習本課程可以使學生掌握一種實現電子產品智能化控制的方法。因此，在學習單片機課程時除了基本理論知識的學習，更要注重實踐創新能力的培養。在現有課程體系的基礎上，有針對性地進行教學改革，是必要也是必須的。

1"教學問題分析

針對學生特點和傳統單片機教學模式，總結出以下教學過程中存在的問題。

1.1"學生基礎薄弱，學習動力不足

學生在學習方式上仍延續傳統的學習模式，在課堂上一味依賴教師的講授，導致學生學習能力弱化，學習內驅力不足。

1.2"教學手段單一，學習缺乏興趣

在傳統教學過程中，以教師為中心，學生屬于被動的接受者，在該模式下，學生只能被動地接受知識，久而久之，就會缺乏學習的主動性，更無法體會到主動學習的樂趣。

1.3"實踐內容單一，項目缺乏創新

隨著教育重心由教向學進行轉變，學生對內容的感知變得越來越重要，選擇什么樣的教學內容就顯得非常重要。傳統的單片機實踐教學內容陳舊，方法單一，手段落后。

1.4"創新思維不足，創新能力欠缺

單片機課程是一門實踐性、設計性和綜合性很強的課程，傳統的單片機教學重視課本知識和課內實驗的教學，忽視了學生創新思維和能力的培養。

2"教學創新理念與思路

吳永軍教授［1］指出創新的實質是對常規的突破，一是對舊有的理論進行突破，以解釋新的現象，指導新的實踐；二是對已有的方法進行突破，尋找新的方法以解決舊有的問題或新出現的矛盾和問題。因此，在單片機教學改革中要打破舊的教學模式和更新教學內容。

2.1"打破理論與實踐學習邊界

理論實踐一體化教學從知行合一、手腦并用的教育理念出發，打破理論課與實踐課的界限，將理論教學與實踐教學融為一體，能很好地解決理論教學和實踐教學脫節的問題，增強教學的直觀性，調動學生的興趣，充分體現學生的主體參與作用。

2.2"利用網上資源豐富線下課堂

當今社會，教育資源泛在化，學校不再是獲取知識的唯一場所；同時，技術賦能化，現在互聯網、人工智能、區塊鏈、大數據等高新技術都在為教育賦能［2］。充分利用網上資源豐富線下課堂是順應時代發展的潮流。

2.3"課內知識與課外學科競賽融合

互聯網時代，信息大爆炸，知識不像過去那樣割裂，所以對知識的整合能力顯得更加重要。在課內將課程內容密切結合學科競賽知識進行實踐教學，在課外鼓勵和指導學生參加學科競賽項目。通過競賽形式將單片機知識與其他學科知識進行整合，培養學生的創新意識和實踐能力。

2.4"改革考核機制，豐富考核維度

為進一步激發學生學習興趣，有效提高教學質量，需要加強教學過程中的考核。考核應以能力水平為主要指標，重視專業素養與專業技能的考核。改變原有單一評價方式，從多個維度進行綜合性評價。

3"創新方法與舉措

3.1"教學方式新變化——“三結合”

（1）理論與實踐一體化教學［3］，理實一體化教學不是將教學過程簡單化，而是對教學過程提出了更高的要求。學校要有與專業和規模相適應的硬件設備和學習環境，要有相應的教材和實踐項目支撐，要有過硬的師資隊伍。

①學習環境的轉變。教學活動由原來的多媒體教室轉移到單片機實驗室，實驗室中配有多媒體教學設備，能夠滿足日常的理論教學活動。在實驗環境的搭建上除了學生端和教師端的計算機硬件設備外，還配有自主研發的單片機學習開發板，不但可以滿足日常的實踐教學，還可以作為校內外學科競賽的實訓平臺。

②實踐項目的提煉。在保留原課程知識體系完整的前提下，打破章節界限，設計貼近日常生活的項目式教學內容。將書本知識與生活應用結合起來，提高學生學習積極性［45］。

③師資隊伍建設。單片機教學團隊除了擔任單片機教學活動，還承擔著單片機類學科競賽的組織、培訓、指導和選拔的工作。通過校外學科競賽指導培訓，提升團隊教師大賽指導經驗，達到以賽促教的教學目的。

（2）線上與線下混合式教學，借助線上資源，幫助學生學習，拓寬學習知識面；幫助教師補充教學資源，豐富課堂教學內容，打破傳統教學模式的局限性［68］。線上與線下混合式教學主要從以下4個方面進行混合。

線上自學：線上自學內容包括2個部分：第一，利用慕課資源布置章節學習知識點，通過這種方式為線下課打基礎、做鋪墊；第二，項目的自主學習，學生自主規劃學習內容和學習節奏，可以通過看視頻講座、聽播客、閱讀電子書、與其他同學網上討論等多種形式完成。

課前測試：在開始線下課前，教師通過云班課平臺發布課前測試，主要針對線上自學章節知識點情況進行摸底，掌握學生的學習情況，從而有針對性地指導線下課的講解內容。

翻轉課堂［9］：主要針對線上自學項目情況進行摸底。教師與學生轉換角色，讓學生講解項目設計的編程思路、軟硬件實現過程、項目實施經驗等，教師對學生的項目實現方法給出點評和建議。這種模式延展了課內教學的時間和空間，使教師有更多的時間與學生交流，指導學習情況。

課后思考：根據課堂反饋，布置課后的延展性學習內容，學生可以通過課上所學或利用網上資源進行自主分析和學習，提升實踐能力。

（3）課內與課外促進式教學，以賽促學，以賽促教［1011］。依托“藍橋杯”學科競賽平臺，結合人才培養方案和教學大綱，采用微項目式驅動教學。基本流程是項目任務解讀、項目功能分析、項目功能實現、項目經驗分享及項目成果評比，提升學生的實踐動手能力和設計創新能力。

3.2"教學手段新變化——“四促進”

“四促進”即分組教學促協作、分級教學促平衡、項目教學促提升、競賽教學促實踐。每一種教學手段對應解決不同的教學問題，如圖1所示。

分組教學：在課內，以分組形式組織討論和學習；在課外，以分組形式進行項目學習，通過分組增加團隊成員的協作能力。

分級教學：針對學習目標、內容的多樣性和學習者個體的差異性，實施兩分級教學。大分級：不同專業學習內容分級；小分級：同一專業學生分級。將學生分為3個級別：優、良、中。在課程學習時，重點培養優等生的創新實踐能力和良等生的拔高能力，重點關注中等生對于書本知識的掌握和理解情況。

項目教學：針對單片機課程的綜合性和實踐性，提煉出3個綜合項目，以項目形式開展課堂教學，打破章節界限。項目教學內容如圖2所示。

競賽教學：將學科競賽試題引入課堂教學相關單元，主要是“藍橋杯”單片機設計與開發組別的省賽和國賽試題。

3.3"教學考核新變化——“五評價”

“五評價”：線上自學測試性評價、線下課堂過程性評價、項目成果階段性評價、動手能力表現性評價、期末成績綜合性評價。

4"課程教學改革成效

本課程通過教學改革實踐，取得了階段性成果。

4.1"提升了畢業設計的質量

在2023屆畢業設計中，電子信息類專業學生50%以上選擇了以單片機為控制核心的畢業題目。從畢業設計的完成質量看，從以往的軟件仿真和開發板演示到現在的電路板設計和成品實現，完成了質的飛躍。以單片機為控制核心的畢業設計連續三年被評為校級優秀畢業論文。

4.2"增強了學生的學科競賽能力

目前參加的單片機類競賽項目共有3個，極大地豐富了課外實踐活動，為學生的實踐能力提升奠定了基礎。

“藍橋杯”全國軟件和信息技術專業人才大賽的“單片機設計與開發”組別是直接的個人類比賽項目，三年來我校學生獲獎等級不斷提高，獲獎人數也在不斷增加，

全國大學生智能汽車競賽是一個綜合性強、難度大的團隊比賽，三年來參加的競賽組別和人數在不斷擴大。2023年組建了三支隊伍參賽，獲得了華南賽區一、二、三等獎的好成績，刷新了我校獲獎紀錄。

“挑戰杯”大學生課外學術科技作品競賽是一個科技創新型的比賽。2023年，我校第一次參加該競賽，獲得了2項湖北省團體三等獎的成績。

4.3"為后續課程奠定堅實基礎

作為專業基礎課，單片機課程使學生掌握了嵌入式開發的全部過程，包括功能分析、模塊劃分、系統軟硬件設計、電路板焊接與調試等，為學生后續學習STM32單片機或其他嵌入式系統打下了堅實的基礎。

結語

通過以上多種形式的教學改革，激發了學生學習的內在動力，提升了學生單片機設計能力和創新能力。單片機課程教學改革的思路和方法已在全校進行推廣，為學校其他課程的改革提供了思路和借鑒的經驗。

參考文獻：

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［5］于海嬌.基于“線上+線下”混合式教學模式的電子信息專業課“翻轉課堂”的探索與實踐研究［J］.電腦知識與技術，2022，18（21）：170171.

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［7］陸建榮.翻轉課堂教學法在單片機課程教學改革中的應用［J］.電子測試，2021（17）：129131.

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［9］杜小杰，陳黎明.“以賽促學、賽教融合”混合式教學模式改革研究：以《單片機原理及應用》為例［J］.電腦知識與技術，2021，17（30）：196198.

［10］王春梅，從蘭美.“以賽促學、賽教融合”實踐教學體系構建：以“單片機原理及應用”課程為例［J］.贏未來，2023（3）：115117.

［11］郭慧晶.混合教學模式下單片機應用技術課程評價體系的研究［J］.造紙裝備及材料，2023，52（08）：211213.

基金項目：武漢文理學院2024年校級教（科）研立項項目（2024xzk10）

作者簡介：葉玉杰（1980—"），女，滿族，遼寧開原人，碩士研究生，講師，研究方向：單片機設計與開發；韓彩霞（1974—"），女，漢族，遼寧西豐縣人，碩士研究生，教授，研究方向：單片機學科競賽。