單片機原理及應用課程思政教學改革與實踐

中圖分類號：G641 文獻標志碼：A 文章編號：2096-000X（2025）20-0155-

Abstract：Thispaperaddressesthepainpointsintheintegrationofinterdisciplinaryknowledge，thecultivationofegineeringpracticeabilityandtheconstructionofideologicalandpolicaleucationinthePrinciplesandApplicationsofSingle-Chip Microcomputercourseformechanicalengineringmajors.Itproposesa\"TwoIntegrationsandThreeOrientations\"ideologicaland politicalteachingmodel.Byconstructinga\"softwareandhardwarecoordination\"knowledgesystem，a\"fromdemandtoimplementation\"abilitycultivationpathanda\"aluegudance\"qualityshapigframework，itdeplyintegratesthetrategyofbuilding amanufacturingpowerwiththeteachingof single-chipmicrocomputer technology.Therefomusesengineringsoftwaresuchas KeilandProteusastolsandtakesealcasessuchasinteligentcarcontrolandindustrialrobotjointcontrolersasest design\"embedded\"ideologicalandpoliticalteachingscenarios，achievingtheorganicunityofknowledgeimparting，abilitycultivation，advalueshaping.Practiceshowsthattheexcelentrateofstudents'cousegradeshasnearlydoubled，andthesatisfaction rate of the teaching model has reached 98.59% ，effectively enhancing the \"mechanical-electrical-control\" integration ability andthepatrioticsentimentof servingthecountry through scienceand technologyof mechanical engineering students.

Keywords：curiculum-basedideologicalandpoliticaleducation;strategyforbuildingamanufacturingpower;engieering practiceducation;PrinciplesandAplicationsofSingle-ChipMicrocomputer;ServingtheCountrythrough ScienceandTechology

在制造強國戰略1與新工科建設背景下，機械工程領域對“機-電-控\"復合型人才的需求日益迫切，而課程思政對人才思想的引導也愈加重要4。單片機原理及應用作為機械設計制造及其自動化專業的核心課程，其教學成效直接影響學生在智能裝備控制、工業機器人開發等前沿領域的實踐能力。然而，傳統教學面臨三大核心問題：一是跨學科知識銜接斷層，學生難以將模電、數電以及C語言程序等前序知識與單片機硬件設計、軟件編程有效整合；二是工程實踐導向不足，教學內容偏重原理講解，缺乏“從機械控制需求倒推單片機系統設計\"的全流程訓練，學生軟硬件協同調試能力薄弱；三是課程思政浸潤缺位，對國產單片機技術突破等思政元素挖掘不足，未能有效激發學生科技自立的家國情懷

為破解上述難題，本文提出“兩融三為\"課程思政創新模式，通過重構課程內容體系、創新實踐教學方法、構建思政評價機制，探索一條兼具專業性與思想性的工科課程育人路徑，為機械工程領域培養既掌握核心技術、又具使命擔當的新時代工程師提供實踐參考。

一 課程定位與目標

（一） 課程定位

單片機原理及應用將機械工程與電子信息技術相結合，以機械系統中單片機控制的理論與應用作為抽象、歸納與研究的對象，研究其硬件架構、軟件編程及系統集成的原理和方法。課程以電路原理、電子技術、C語言編程等專業知識為理論基礎，通過對單片機硬件結構、程序設計、接口技術及系統調試等重點內容的介紹，通過對單片機的基本結構、存儲器組織、輸入輸出端口、中斷系統、定時器/計數器和串行通信等重點內容的學習，深入淺出地展現了機械工程中單片機技術賦能自動化控制的基本路徑，并從中提煉出硬件驅動、軟件邏輯、系統協同等核心概念，使學生對機械系統控制從單片機原理認知到軟硬件協同設計，再到完整控制系統搭建形成比較全面的認識，以建立“機-電-控\"融合的工程思維與設計方法。

（二） 課程目標

知識目標：掌握單片機硬件架構核心知識（CPU、存儲器、外設接口等）理解單片機程序設計邏輯（C語言編程、中斷機制、時序控制等）深刻認識單片機系統設計中“低功耗、可靠性、實時性\"三大關鍵要素，掌握單片機與傳感器/執行器的接口原理、控制程序編寫及系統調試的方法和原理，為后續嵌入式系統開發、機電一體化設計等課程打下堅實的單片機技術基礎。

能力目標：能以單片機知識為依托，架起機械工程與電子信息、自動化技術聯系的“橋梁”，用綜合和創新的思維設計、開發基于單片機的自動化控制系統；能以單片機應用為實踐導向，完成從硬件選型、軟件編程到系統調試的一整套解決流程和方法，培養解決機械工程領域自動化實際問題的能力，提升學生在機械自動化設計、小型嵌入式控制系統開發等方面的綜合素養。

素質自標：圍繞制造強國戰略需求，通過課程中實際工程案例與思政元素的有機融合，培養學生科技自立自強的家國情懷、嚴謹細致的硬件調試習慣、勇于探索的創新意識以及多學科團隊協作的職業素養，塑造學生精益求精的工匠精神，激發學生將單片機技術服務于高端裝備制造、智能設備研發的使命擔當。

二 教學理念與核心思想

（一） 教學理念

知識維度：以工程需求為導向，構建“軟硬件協同的立體化知識體系。

以學生能力成長為核心，緊密對接智能制造、嵌入式控制等領域的技術前沿，聚焦單片機硬件架構（CPU、存儲器、外設接口）與軟件編程（C語言、中斷機制、串口協議）的深度融合，精選智能小車控制、工業傳感器數據采集等貼近機械工程應用的教學案例，通過“原理講解一電路仿真一代碼調試”的立體化呈現方式，將抽象的寄存器配置、時序邏輯轉化為可操作、可驗證的工程實踐場景，幫助學生建立“硬件是骨架、軟件是靈魂\"的課程知識認知，提升對單片機技術在機械系統中應用原理的理解與遷移能力。

能力維度：以實踐創新為驅動，培養“從需求到實現”的系統設計能力。

以“解決機械工程領域自動化控制問題”為目標，強化教學內容與工業級應用場景的銜接，引入數控機床輔助控制系統設計、機械臂關節控制器開發等真實工程案例，通過“需求分析一硬件選型一程序編寫—聯調優化\"的全流程項目訓練，讓學生在Keil開發環境、Proteus仿真平臺及單片機開發板實操中，掌握傳感器接口設計、電機驅動編程、系統抗干擾調試等核心技能。依托課程實驗、課程設計、學科競賽等多層級實踐體系，重點培養學生將機械控制需求轉化為單片機系統解決方案的工程轉化能力，以及在軟硬件協同調試中發現問題、分析問題、解決問題的創新思維。

素質維度：以價值引領為內核，塑造“機-電-控”融合的工程職業素養。

堅持“知識傳授與價值塑造同頻”，深度挖掘單片機技術中的思政元素：通過國產單片機在高端裝備領域打破國外壟斷的案例，激發學生科技自立自強的家國情懷；在硬件焊接、程序調試等環節強調“千里之堤，潰于蟻穴”的嚴謹性要求，培育精益求精的工匠精神；以小組協作完成智能設備控制系統設計為載體，強化多學科團隊溝通能力與責任意識。引導學生理解單片機技術在機械工程智能化轉型中的社會責任，實現從“技術執行者\"到“價值創造者\"的素養躍升，為制造強國戰略輸送兼具專業能力與家國情懷的復合型人才。

（二） 核心思想

“兩融”：以社會主義核心價值觀為引領，以課程為載體，以工程教育認證思想為指導，將樹立制造強國的理想信念與強化專業知識應用實踐相融合，從而實現專業知識和思政元素的融合。圍繞制造強國戰略，強化課程思政的頂層設計，合理分配兩者占比，做到在專業課中學習思政，在思政中溫顧專業知識。融是有機地融，在將制造強國的理想信念融人單片機原理及應用課程知識的同時，也應該注重課程思政內容和單片機知識應用實踐的流暢銜接。融合的過程應該是潛移默化的，要挖掘既符合專業知識應用，又能體現制造強國理念的工程案例，以潤物細無聲的方式帶給學生正確的價值導向。

“三為”：在\"兩融\"的基礎上，以工程思政案例為抓手，將知識、能力和價值三個維度貫穿融合。在知識維度，合適的工程思政案例可以作為教學導入，讓同學們更好地理解知識點的應用背景和意義，做到“能為專業問題抒己見”；在能力維度，通過對工程案例的解析，鼓勵同學們動手實踐，并提出自己的解決方案，培養同學初步解決工程問題的能力，從而做到“善為工程難題拓新路”;在價值層面，圍繞制造強國戰略，挖掘工程案例中的思政價值點，將思維的鍛煉，工匠精神的培養，科技強國價值觀的樹立，并把愛國情感融入其中，達到價值的升華，鼓勵同學們“敢為制造強國擔重任”。

三 課程改革與思政創新

（一） 制造強國戰略引領的“兩融三為”課程思政育人模式構建

結合制造強國的原則理念，圍繞制造強國重點領域，設計與單片機控制相關的案例和活動，強調工程技術的社會責任和可持續發展，培養學生的社會責任感和道德意識，鼓勵學生關注科技發展與人類社會進步的關系，培養對社會問題的關注和思考能力。將思政建設寫入到了課程標準之中，結合時代熱點挖掘思政要素，將黨和國家的教育方針和育人理念根植于學生內心。課程結合時代要求挖掘梳理了近20項思政橋段，使每次課不僅僅是學生學習知識、掌握技能的課堂，更是培養學生愛國情懷、科學精神、職業道德、高尚品質和健全人格的立德樹人的課堂，真正達到“鹽溶于水、潤物無聲\"的效果（圖1）。

（二）融合工程實踐與課程思政的課程內容體系重構

課程目前已經依照“工程教育”“新工科”以及“立德樹人\"等新時代教育思想和理念初步配套建設了一系列教學文件，如教學大綱、教案、課程考核辦法等，并在實際教學中進行了試點，其中既有值得繼續發揚的一面，也有亟待重新改革的地方。課程內容的建設與應用從知識傳授、能力達成、素質培養三個方面著力，每學期都對課程進行教學研討，持續對教學文件進行更新，做到知識與技術的與時俱進。

課程還將課程知識與先進工程軟件Keil、Proteus相結合，布置了一定的學習任務，有效提升了學生的學習興趣和解決問題的能力。此外充分利用國家精品課、MOOC課網資源以及釘釘等輔助教學和管理。課程教學中引入工程軟件于教學之中，將知識學習與工程實際解決手段相結合，同時通過拓展任務等環節培養學生嘗試將所學知識應用于工程與生活實際問題的解決之中，有效地培養了學生聯系實際和解決工程問題的思維和能力，保障了課程知識與工程的結合性。

（三）以\"手腦并用，創造分析\"為指導思想培養學生創新精神

設計激發學生創新意識和創造能力的教學活動，利用倒立擺模型等實際或工程案例，重構課程重整后的內容學習，讓學生不僅理解原本自動控制原理的基本知識和基礎的分析，并能夠建立控制系統的基礎模型和設計方法，引導學生運用機械工程控制技術解決實際問題；鼓勵學生參與創新競賽和科技項目，培養創新創業能力。學生可以進一步自學拓展相關知識，提升設計并實現更復雜的功能系統的能力，通過工程思政案例貫穿教學，培養學生找出問題和分析解決問題的能力，以及創新創業的能力；結合單片機知識，學生可以應用相關能力參加機器人大賽、機械創新設計大賽和挑戰杯等國家級和省級競賽。

單片機原理及應用 未來職業標模不 課 課程實踐性強、難學難 缺乏能素質價 現狀分析制造強國戰略引領的[兩融三為』課程思政創新與實踐 人現狀課程思政頂層設計碎片化，缺乏思政主 課程實踐性強，前序知識缺失，缺 能力與素質的評價手段圓乏，課 擬解決線，未針對《單片機》課程特點開展， 乏案例講解，符合課程特點的內容 程思政教學效果難量化，評估滯 問題沒有形成建設合力 體系待重構 后，缺乏及時合理的評價反饋研究思路 單片機原理及應用“兩融三為”課程思政育人模式構建能為專業問題 善為工程難題 敢為制造強國探索育人策略 抒己見 拓新路 擔重任堅定思政主線 樹立制造強國的理想信念 強化專業知識應用實踐 研究思路與內容融合工程實踐與課程思政的課程內容體系重構案例項目驅動 “案例+項目”驅動圍繞制造強國戰略挖掘思 三為”目標挖掘思政內核 式學習 政內核 達成基于人才培養效果的課程思政教學評估機制建設基于學生課程思政學習效 基于學生思政素養發展實層級結合過程 果設計層級評價 施過程性評價完善思政評價 學 多參 為“兩融三為”模式推廣與單片機原理及應用示范課程打造“兩融三為”新工科課程思政 課程思政示范課申報與建 推廣模式推廣 一流課程”建設 設 與示范制造強國樹理想，機械實踐出真知

課程以“課前思維引導一課中講授點撥一課后鞏固拓展”三個環節為抓手，突出問題式設計，以“問題引導一思考討論一講授點撥一討論總結”的邏輯進行安排，打破傳統教師講授，學生被迫接收的學習模式，并利用課上練習或課堂實踐等形式，將理論與實踐有機結合，引導學生學、思、悟，充分調動學生的學習積極性，挖掘學生的學習潛能，從而實現教學目標的達成。例如，講授中斷系統時，以飛機遇到突發事件為案例進行導入。引導同學們對事情的輕重緩急進行劃分，從而讓同學們理解優先級的概念。進而用生活中的案例，讓同學理解中斷的意義。

（四） 基于人才培養效果的課程思政教學評估機制 建設

立足基于制造強國為主線的課程思政教學內容，基于學生課程思政學習效果設計層級評價，基于學生思政素養發展實施過程性評價，采取目標導向一學情分析—發現問題一提出策略—設計方案一效果反思的邏輯，不斷完善課程思政教學。充分重視學生的知識儲備與實際能力，不僅安排有教材上適合的知識點，更是設置有教材以外的課外學習拓展任務讓學生去主動探索和學習。課業挑戰有效地保障了課程知識的高階性、與工程的結合性以及學習的挑戰度。同時，也完善了對于能力的評價手段。

四 教學成效

課程團隊改革以來，學生的思想風貌得到有效塑造，教學過程得到有效控制，學生上課積極性和學習興趣明顯提升，主動性大大增強，與老師的關系也更為親近，課程成績也有明顯改善，取機械設計制造及自動化19級與機械設計制造及自動化18級改革前后成績對比，優秀比例增加約一倍，良好比例略超教改前，中等和及格比例較教改前下降近1/3，而不及格比例降至教改前的近一半。學生普遍反映學習節奏緊湊，課程信息量大、與工程實際的聯系更加緊密、自主學習的能力得到鍛煉和提高、工程能力得到一定的訓練，同時還提高了個人修養和品質，更加重視學習的過程而不僅是考試的結果。在最近一期的學生調查中，對課程內容的滿意度和非常滿意度達到 19.72% 和78.87% ，對教學模式的滿意度和非常滿意度達到21.13% 和 77.46% ，在學校的學評教反饋中得分為98.303分，說明課程教學確有成效，得到了學生和學校的歡迎和認可。基于“兩融三為”全過程思政育人模式的指導，立足于機械專業人才培養目標和課程標準，單片機原理及應用獲得了貴州省“金課\"線上線下混合一流課程立項支持。

五 結束語

本文針對傳統單片機課程存在的跨學科知識銜接斷層、軟硬件協同思維培養不足、工程實踐挑戰性大等問題，引人Keil編程軟件和Proteus仿真軟件，展開“以學生學習為中心\"的教學設計，以社會主義核心價值觀為引領，響應制造強國戰略，挖掘課程中蘊含的思政元素，提出“兩融三為\"的思政教學模式，以推動課程思政發展為核心導向，課堂中將樹立制造強國的理想信念與強化專業知識應用實踐相融合，以工程案例為載體，融合專業知識和課程思政元素，貫穿知識、能力和價值三個維度，培養學生“能為”專業問題抒己見，“善為”工程難題拓新路，“敢為\"制造強國擔重任。在知識維度，選取工業生產及生活實際中的單片機控制案例導入教學，讓學生理解單片機編程與硬件設計知識的實際應用場景；在能力維度，通過案例解析，培養學生解決單片機實際問題的動手能力，鼓勵創新思維和實踐操作，提升解決復雜工程問題的能力；在價值層面，挖掘案例中的思政價值，如我國單片機技術的發展歷程，培養學生的愛國情懷、工匠精神和團隊合作意識。最后，引導學生進人專業學習與品德修養協同提升的階段。讓學生在掌握專業技能的同時，樹立正確的價值觀和職業道德觀，使學校借助專業課程培養出更多具有綜合素質的人才，為社會和國家的發展作出貢獻，推動行業技術進步與創新。

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