工程教育專業認證背景下單片機原理與應用課程整合優化實踐

關鍵詞：單片機原理與應用；C語言程序設計；教學改革；工程教育專業認證

文章編號：1671-489X（2025）10-0090-04

DOI：10.3969/j.issn.1671-489X.2025.10.090

0 引言

自2006年教育部啟動全國工程教育專業認證試點工作以來[1]，我國高校的傳統教學模式逐漸轉變為以學生為中心、學習成果為導向的教學模式。這種教學模式不僅明確了專業課程的教學目標，還顯著提升了教學質量。工程教育專業認證是國際通行的工程教育質量保證制度，也是實現工程教育國際互認和工程師資格國際互認的重要基礎，已成為高校辦學實力的重要體現[2]。

在2023年之前的人才培養方案中，單片機原理與應用課程一直被列為本科生的專業必修課程，致力于培養學生的機電控制系統設計能力。C語言程序設計作為理工類非計算機專業學生的通識課程，主要培養學生的程序設計技巧和編程能力，具有廣泛的適用性。C語言逐漸成為單片機系統開發的主流語言，如意法半導體公司的STM32、創客廣泛應用的Aduino、ARM系列等。在單片機原理與應用課程教學過程中，筆者發現學生在運用C語言進行單片機設計時往往感到力不從心，C語言程序設計課程內容和單片機原理與應用課程內容之間的契合度不高。主要原因是兩門課程的開設時間不在同一個學期，C語言程序設計課程沒有與專業應用相結合。這種課程設置脫節嚴重影響學生的學習效果，有些學生因為編程困難對單片機原理與應用課程產生畏難情緒，喪失了學習興趣，導致無法滿足工程教育專業認證對畢業生能力的要求。

為了將C語言知識與專業知識緊密結合，激發學生的學習熱情，同時增強學生的實踐應用能力，滿足社會對人才的實際需求，大學積極推進課程改革，對單片機原理與應用和C語言程序設計兩門課程進行有效整合，創新性地開設了新課程一單片機C程序設計。

本文著重討論如何將C語言與單片機知識有效融合，以提升學生的知識遷移和實踐應用能力[3]并從教學方式、教學內容和教學效果評價體系三個維度詳細闡述課程整合教學改革（見圖1）。

1以學習成果為導向，采用多元化教學方式

在教學中筆者所在課程組秉持以學習成果為導向的教學理念，通過多元化的教學方式激發學生的學習主動性和自主性，從而提高課程的教學效果。在整個教學過程中，教師的角色發生了轉變，由原先的知識傳授者轉變為學習組織者、引導者和課程設計者[4]

1.1 啟發式教學[5]

在C語言程序設計和單片機原理與應用課程的整合教學中，課程組并不是簡單地將兩者內容相加，而是以單片機原理與應用課程為核心，在講授單片機原理的同時，根據具體的編程需求，巧妙地融入C語言的知識點，培養學生軟件和硬件綜合調試的能力。通過啟發式教學，鼓勵學生進行協作探究和互動交流，從而將單純的編程能力提升轉變為解決實際工程問題的能力。

1.2 案例式教學

針對電氣工程及其自動化專業的特點，課程組設計了一系列與專業緊密結合的案例。例如：通過動態數碼管顯示程序，教授學生循環語句和switch語句的應用；通過報警器的設計程序，講解函數的定義和調用方法；通過獨立按鍵程序，教授學生循環結構程序設計的技巧；通過LED流水燈程序，讓學生掌握位運算和循環移位的使用。這些案例不僅幫助學生深入理解C語言的語法規則、數據類型和運算符在單片機任務中的實際使用，還培養了學生設計解決方案的能力。

1.3 驅動式教學[6

課程組設計了以自主創新為特色的綜合實驗項目，結合工程實際應用場景，要求學生分組進行自選項目的設計并開發調試控制系統。這種任務驅動式的學習方法強調課程知識點之間的內在聯系和融會貫通，通過硬件設計和軟件編程完成實驗，強化學生對課程知識點的理解和掌握，鍛煉了學生的系統設計和C語言編程能力。另外通過完整的項目實踐，讓學生明確學習目的，知道課程內容與實際應用的聯系，切實理解學以致用，只有現在扎實掌握課程理論，未來才能更好地解決實際問題。

總之，通過在單片機原理與應用的學習過程中滲透C語言程序設計，學生更好地理解了單片機原理和C語言程序編寫的方法，極大地提高了學習興趣和開發設計的效率，提高了課程教學質量。

2以學生為中心，重構與豐富教學內容

當前，課程組秉持以學生為中心的教育理念，積極為學生提供拓展學習資源，深度改革教學內容，幫助學生提升自主學習能力、研究創新能力和解決復雜工程問題的能力。

2.1思政元素融入課程教學內容

課程組深入挖掘專業課程中的思政元素，努力營造專業課程思政育人環境，提升專業課程思政育人效果[7]。例如：在第一節導論課中通過講授芯片發展史，尤其是我國芯片產業在制造和設計等領域取得的突破和成就，培養學生的愛國情懷，增強他們的科技自信心和專業認同感；通過交通燈、電梯控制等日常常見的例子，讓學生知道所學知識可以改變生活，激發學生對本專業的熱愛等。通過將這些思政元素巧妙地融入教學內容，引導學生樹立正確的世界觀、人生觀和價值觀，培養他們的責任感和使命感，從而培養出既具備專業素養又具備高尚思想道德素質的綜合型人才。

2.2線上線下混合式教學模式實踐 8

積極搭建網絡交互式教學平臺，進一步豐富完善教學環節：預習環節，通過在平臺發布課前預習公告，幫助學生明確預習內容；授課環節，建立教學資源庫，篩選優秀的契合本課程的網絡教學資源，為學生提供重點章節教學視頻和擴展學習資料等學習資源，如仿真軟件Proteus和Keil軟件的使用教程、錄制比較好的實驗操作示例和經典應用案例分享，幫助學生更好地掌握專業知識；討論環節，課下教師與學生的討論時間比較有限，在平臺設立教學主題討論區，為學生答疑解惑，提高學生對課程的了解程度；測試環節，通過習題作業和在線測試等，幫助學生進一步鞏固學習內容。平臺不僅對傳統課堂教學進行有效的補充，也極大地提升了學生學習的靈活性和自主性。同時，教師可以利用平臺提供的數據分析功能實時掌握學生的學習動態，及時調整教學內容進而實現精準教學。

2.3理論與實踐并重，優化教學內容結構

基于專業需求，課程組對教學內容進行了重新梳理和優化。在單片機開發教學中，基于C語言的基礎知識，增加了與單片機專用數據類型和語法相關的內容。具體而言，將C語言的基礎知識、三種基本結構、函數、數組等作為C語言程序設計的核心內容，而將硬件體系結構、中斷、單片機接口擴展技術（鍵盤、LED等）作為單片機原理與應用課程內容的重點，將串行接口技術、存儲器擴展技術、匯編語言作為輔助教學內容。同時適當刪減單片機編程中較少涉及的知識點，如“文件”操作等內容，并增加單片機的基礎知識，如單片機的基本功能、常用引腳、結構，Kei1開發環境和外部軟件資源的使用。課程內容優化重組后主要包括程序設計基礎、程序設計流程控制、函數及其應用、數組與字符串處理、指針及其應用、擴展數據類型和專業應用等模塊[9]。

在課程內容組織上，以問題為導向，根據任務需求調整知識點的講解順序。例如，課程組將無參自定義函數的講解提前到順序結構部分，結合printf函數和無參自定義函數設計系統主菜單界面顯示程序；將字符數組的基本知識、字符串輸入輸出等函數提前到選擇結構部分講解，結合選擇結構的if語句設計后續分支程序。這種調整有助于學生更好地理解知識的應用，提高學習效果。

3構建多維度教學效果評價體系

在工程教育專業認證“持續改進”理念的引領下，課程組對現有的教學效果評價機制進行優化。在原有的教師評價學生和學生評價教師機制的基礎上，引入學生自評機制和教師互評機制[4]，從而構建一個更為全面的“教師對學生，學生對學生，學生對教師，教師對教師”四維教學效果評價體系。

3.1教師對學生維度

為全面、細致評估學生的學習成效，課程組采用多元過程性考核模式，考核指標包括試卷成績、隨堂測試、實驗報告和討論課作業等。這一模式旨在將單一的知識點應試考核轉變為對學生綜合應用能力的全面檢驗，從而更準確地把握學生的學習情況。

3.2學生對學生維度

在小組討論和實驗協作中，學生間的互動與協作至關重要。為了鼓勵學生進行創新設計，課程組設計了相應的學生互評標準，鼓勵學生從創新深度、實驗表現、團隊貢獻等方面對同伴進行客觀評價，充分調動學生的學習積極性。這種互評方式不僅促進了學生間的相互學習與交流，還提升了他們的團隊協作能力。

3.3學生對教師維度

在教學過程中，學生的反饋是改進教學的重要參考。課程組利用在線問卷調查、實時課堂反饋等多種方式，廣泛收集學生對教師教學內容、教學方法、教學態度的評價與建議，并根據這些評價及時調整教學策略，以確保課程教學能夠更貼近實際應用，更好地滿足學生的實際需求[10]

3.4教師對教師維度

為了不斷提升教學質量，課程組引入教師互評機制。專家組和教研室同行從教學規范性、內容創新性、教學效果等多個角度對授課教師進行評價。這種評價方式有助于教師之間相互學習、取長補短，推動課程教學改革的深入進行與教學質量的持續提升。

多維度教學效果評價體系能夠幫助教師更深入地了解教學過程中的各個環節，為課程教學改革提供有力支撐。

4結束語

教學實踐表明，兩門課程內容的有機融合強化了學生對C語言程序設計基礎知識的理解和應用，提高了學生解決實際問題的能力，更為重要的是通過教學改革強化了學生應對復雜工程問題的能力，通過引導學生深入探索、分析和解決問題，激發了他們的創新意識和創新能力。課程改革后課程內容測試的平均分較課程改革前有明顯提升（見圖2和圖3）。

從工程教育專業認證的角度看，本次課程教學改革完全符合其目標，即培養具備扎實理論基礎、實踐能力和創新精神的工程技術人才。本次改革不僅具有實際的教學意義，也為相關課程的教學改革提供了有價值的參考。

5 參考文獻

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[10］張程，李小民，張延生，等．基于單片機任務導向的C語言課程強化教學改革與實踐［J]．高教學刊，2024，10（11）：125-128.