“三結合、四促進、五評價”在“單片機原理及應用”課程的探索與實施

摘 要：隨著科技的發(fā)展和產(chǎn)業(yè)升級，傳統(tǒng)的單片機課程在教學內容、教學方法和考核評價等方面與現(xiàn)代教育需求和產(chǎn)業(yè)發(fā)展脫節(jié)。本文針對“教練分離、考核方式不合理、教學手段單一”等教學痛點，提出開展面向新工科的“三結合、四促進、五評價”的課程的探索，通過課程創(chuàng)新改革，不斷激發(fā)學生學習內驅力、提升學生創(chuàng)新實踐能力。通過改革實踐，學生在學科競賽中取得了優(yōu)異的成績，學生的學習積極性和實踐能力得到了顯著提高，教學效果得到了明顯改善。

關鍵詞：單片機；教學改革；實踐教學；創(chuàng)新能力

“單片機原理及應用”是電子信息類、自動化等專業(yè)的核心課程，是一門面向應用、具有較強實踐性和綜合性的課程［12］，但目前民辦高校學生基礎知識比較薄弱，偏科現(xiàn)象嚴重，習慣被動聽講，沒有主動思考的習慣。傳統(tǒng)的“單片機原理及應用”課程教學采用的是先理論課后實踐課的教學模式，在傳統(tǒng)教學過程中，教學以教師為中心，教師是課堂教學的組織者，位于教學活動的主體地位，學生屬于被動的接受者，意味著在該模式下，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，無法體會到主動學習的樂趣，導致學生對理論教學不感興趣，學生又對實踐課程因為缺乏理論知識的支持而無法動手，嚴重影響了教學質量和學生的創(chuàng)新能力培養(yǎng)［34］。因此，本文基于“武漢文理學院2023年校級教（科）研立項項目研究成果”，針對“教練分離、考核方式不合理、教學手段單一”等教學痛點，提出開展面向新工科的“三結合、四促進、五評價”的課程探索。通過課程創(chuàng)新改革，不斷激發(fā)學生的學習內驅力、提升學生創(chuàng)新實踐能力，探索單片機課程的教學改革，提高教學效果，培養(yǎng)適應社會需求的創(chuàng)新型人才。

1 單片機課程教學現(xiàn)狀及存在的問題

目前單片機教學中對于硬件結構的講解，集中在傳統(tǒng)的單片機芯片架構上，教學內容未能及時跟上市場步伐，導致學生對新型單片機硬件特性了解不足；講解單片機的外設接口時，也多側重于傳統(tǒng)的并行接口和簡單的串行接口，對于當前流行的高速串行接口，教學深度和廣度不夠［56］。教學中所使用的應用案例大多是較為簡單和陳舊的項目，在實際生產(chǎn)中，單片機廣泛應用于智能儀表、智能家電、汽車電子等領域，需要實現(xiàn)更加復雜和智能化的功能，學生在學習過程中缺乏對這些實際應用場景和案例的了解，畢業(yè)后難以快速適應工作崗位的要求［78］。傳統(tǒng)的“單片機原理及應用”課程教學中，教師位于教學活動的主體地位，學生被動地接受知識。教學方法上理論課程在先實踐課程在后，這種分離式的教學導致學生在學習理論知識時，缺乏對實際應用的直觀感受［910］。實驗室中的單片機實驗設備可能更新不及時，仍然使用一些老舊的型號和技術，與實際工業(yè)應用中的設備存在較大差距，學生在實驗室中掌握的技能難以直接應用到實際工作中。目前單片機課程考核中，理論考試成績通常占總成績的較大比例，這導致學生過于注重理論知識的記憶，對于學生分析問題、解決問題的能力考查不足，忽視了學生實踐能力的培養(yǎng)。實踐考核部分通常以實驗報告和課程設計為主，學生在完成實驗報告時往往只是按照實驗指導書的步驟完成實驗，然后在報告中簡單描述實驗過程和結果，而對于實驗中遇到的問題及解決方法缺乏深入分析，對學生在實驗過程中的創(chuàng)新思維、問題解決能力以及團隊協(xié)作能力等方面的考查不夠全面。

2 單片機課程教學改革的措施

2.1 教學方式三結合

將理論與實踐一體化教學、線上與線下混合式教學、課內與課外促進式教學相結合。首先，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(fā)，打破了理論課與實踐課的界限，將理論教學與實踐教學融為一體。講解單片機的硬件結構時，可以同時在實驗室進行硬件實物展示和講解，讓學生更直觀地了解芯片的引腳功能和硬件連接方法。講解編程時，結合實際的實驗項目，讓學生邊學邊練，及時將理論知識應用到實踐中，很好地解決了理論教學和實踐教學脫節(jié)的問題，增強了教學的直觀性，調動了學生的學習興趣，充分體現(xiàn)了學生的主體參與作用。其次，線上與線下混合式教學可以讓學生根據(jù)自己的學習進度、時間安排和學習能力等，在線上自主地選擇學習內容和學習時間，進行預習、復習或拓展學習，為線下課打基礎、做鋪墊。線下的課堂則變成老師與學生之間互動的場所，老師可以根據(jù)線上學習數(shù)據(jù)精準地把握學生的疑惑與不足之處，有針對性地面授講解與解答疑惑，更多的時間留給學生匯報和討論，可以更好地培養(yǎng)學生的自主學習能力和自我管理能力，可以滿足不同學生的學習需求，從而達到更好的教學效果。線上的交流論壇與線下的課堂討論可以相互補充，促進學生之間的思維碰撞，線上完成課后作業(yè)與單元測驗，線下組織實操考核與項目答辯，多元化的考核方式可以全面檢驗學生的知識掌握與應用能力。最后，課內與課外促進式教學鼓勵學生參加相關的電子設計競賽，學生可以進一步拓展自己的知識面，嘗試更復雜的電路設計以及創(chuàng)新。在課堂上可以將學科競賽的內容與理論課程內容相結合，同時培養(yǎng)學生的動手能力和調試能力，使學生在學科競賽過程中提高自身的知識儲備和相關的技術，優(yōu)化自己的理論知識結構。在課堂上留出時間讓學生展示自己的課外項目成果，分享項目開發(fā)過程中的問題和解決方案。這樣可以將課外實踐與課內知識學習更好地融合，同時也能讓其他同學從中受益。

2.2 教學方法四促進

分組教學促協(xié)作、分級教學促平衡、項目教學促提升、高階教學促實踐。開課前通過問卷調查形式對學生進行摸底，主要考查學生前置課程電路基礎、數(shù)字電路、微機原理、C語言編程等掌握的程度和學習的情況，根據(jù)學生的評估結果進行分組，確保每個小組都有不同層次的學生，使小組間的能力相對均衡，引導學生明確各自的角色和職責，調整分工，保證每個學生都能積極參與，互相協(xié)作。學生在小組討論、解決問題中，從不同角度進行思考，加深對單片機知識的理解和記憶，更好地掌握重難點，構建完整的知識體系。課程前期對學生課堂表現(xiàn)、線上測評、線下作業(yè)三個維度進行考核，將學生分三個級別：優(yōu)、良、中。在后續(xù)課程學習時，優(yōu)等生憑借豐富的知識儲備和較強的創(chuàng)新能力，在小組中擔任核心角色，負責完成有挑戰(zhàn)性的任務，比如復雜的系統(tǒng)設計，重點培養(yǎng)他們的創(chuàng)新實踐能力，并為其他成員提供指導和答疑；良等生鼓勵探索難點知識，負責完成重要模塊的設計任務，比如中斷處理、定時器應用等，重點培養(yǎng)他們的創(chuàng)新思維，同時，將一些較難理解的模塊精簡化，讓中等生能夠跟上操作步驟，促進知識在小組內的傳遞；中等生重點關注書本知識的掌握和理解情況，查漏補缺，提升學習信心，同時負責完成元件焊接、線路連接等基礎的工作，及時跟其他成員反饋遇到的問題與困難，積極溝通協(xié)作，互相輔助完成對應任務。針對單片機課程趣味性、綜合性和實踐性，提煉出幾個綜合項目，激發(fā)學生興趣，以項目形式開展課堂教學。中等生完成簡單的、單個功能實現(xiàn)的應用，良等生完成定時器、中斷等多種功能的應用，優(yōu)等生完成硬件搭建、軟件編程以及測試和文檔整理。每個學生根據(jù)自己的級別完成對應的部分，互相協(xié)作，共同學習、促進提升。綜合項目涉及綜合應用和實際場景的復雜情況，能讓學生接觸到復雜的算法、高級的硬件應用，能夠幫助學生嘗試更復雜的設計和創(chuàng)新，應對復雜的調試和故障排除，提升學生的問題解決能力，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維和堅韌精神，提高學生的綜合應用能力。

2.3 教學成果五評價

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(xiàn)性評價、期末成績綜合性評價。為進一步激發(fā)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(yè)素養(yǎng)與專業(yè)技能的考核，改變原有的單一評價方式，從多個維度進行綜合性考核，綜合評定學生能力和水平。線上自學在完成測試后通常能較快得到結果，便于學生及時了解自己對單片機知識和技能的掌握情況，有針對性地進行復習和強化。同時，方便老師獲取學生的測試數(shù)據(jù)，包括成績分布、答題情況等，根據(jù)學生的得分情況進行評分，將學生的課堂參與度、作業(yè)完成情況、小組討論等納入考核范圍。課堂參與度可以通過提問、課堂討論發(fā)言等方式進行評分；作業(yè)完成情況可以根據(jù)作業(yè)的完成質量、按時提交情況等進行評分；小組討論可以根據(jù)學生在小組中的貢獻度、團隊協(xié)作能力等進行評分。項目成果展示可以在課程設計結束后進行，要求學生對自己完成的課程設計項目進行匯報和答辯。答辯內容包括項目的設計思路、實現(xiàn)過程、遇到的問題及解決方法等。老師通過提問和學生的回答情況，對學生的項目理解能力、表達能力、創(chuàng)新能力和團隊協(xié)作能力等進行綜合評分。不僅關注實驗結果和項目完成情況，重點要對學生在實驗和設計過程中的問題解決能力、創(chuàng)新思維、團隊協(xié)作等方面進行詳細記錄和評分。動手能力可以根據(jù)實驗操作的熟練程度、實驗結果的準確性、實驗報告的質量等進行評分。在理論考試內容上，減少單純記憶性知識點的考查，增加對理論知識應用和分析問題能力的考查。設置一些綜合性的分析題和設計題，讓學生運用所學的單片機理論知識解決實際問題，提高學生分析問題和解決問題的能力，根據(jù)學生卷面情況進行評分。從多個維度進行綜合性考核，綜合評定學生能力和水平。

3 教學改革的實施效果

為了化解學生在學習過程中的困難，提高教學的效率，引入了“三結合、四促進、五評價”教學模式，根據(jù)各種單片機類的競賽內容擴充相關的教學內容，聯(lián)系實際，增加學生的實踐經(jīng)驗。由擔任比賽的指導老師講解“單片機原理及應用”這門課程，更能夠做到賽與學的融會貫通，更容易掌握同學們的學習情況，更容易實施“三結合、四促進、五評價”的教學模式。

改革后的教學方式和教學方法更能吸引學生們的學習興趣。項目式教學，使學生有更多的機會將理論知識應用到實際中，能夠深入理解知識并熟練地掌握實踐技能，動手能力和解決實際問題的能力得到提升；分組教學能夠讓學生在小組中能充分交流、互相輔助、互相啟發(fā)，培養(yǎng)學生的團隊合作意識，提高學生的溝通表達和協(xié)調能力；分級教學使每個學生都能夠挑戰(zhàn)適合自己水平的任務，允許不同水平的學生按自己的節(jié)奏進步，從而激發(fā)學習的興趣和積極性，提高學生的自信心。校內電子設計大賽、藍橋杯大賽個人賽（電子類）和全國大學生智能車競賽是目前學生主要參加的三個單片機類的比賽項目。從武漢文理學院信息與計算機學院近十年的比賽獲獎人數(shù)和獲獎情況來看，參加比賽的學生人數(shù)在逐年增加，獲獎的成績也是越來越好。同時，多名學生參與專業(yè)教師的校級重點科研課題，并發(fā)表學術論文，這對學生產(chǎn)生很大的影響，深受鼓舞，這些成績都是基于“三結合、四促進、五評價”的課程改革模式思考的基礎。

通過以上教學改革措施的實施，單片機課程的教學效果得到了顯著提高，學生的學習積極性和主動性明顯增強，動手能力和解決實際問題的能力得到提升，創(chuàng)新能力得到了有效鍛煉和提高，培養(yǎng)了學生的團隊合作意識、溝通表達和協(xié)調能力。學生實踐和理論水平的提高使他們更符合企業(yè)對單片機開發(fā)相關崗位的要求，在求職過程中更具優(yōu)勢。

結語

單片機課程教學改革是一個長期工程，需要不斷地探索和實踐。通過優(yōu)化教學方式的三結合、教學方法的四促進、教學成果的五評價等一系列改革措施，有效地提高單片機課程的教學質量，為學生打造一個更加豐富、靈活，更貼合實際需求的學習環(huán)境，讓學生們從被動接受知識轉變?yōu)橹鲃犹剿髦R，提升了學生對單片機理論知識的掌握。積極參與項目實踐，無論是硬件設計的精巧構思，還是軟件編程的創(chuàng)新邏輯，都體現(xiàn)了改革措施帶來的積極變化。學生合作意識和責任感的提升，溝通表達和協(xié)調能力的提高，都為其未來在電子信息等相關領域的發(fā)展奠定了堅實基礎，為社會輸送更多高素質的創(chuàng)新型人才。

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項目基金：武漢文理學院2023年校級教（科）研立項項目（項目編號：2023xzk05）

作者簡介：喻語嫣（1995— ），女，漢族，湖北武漢人，碩士研究生，助教，研究方向：嵌入式系統(tǒng)設計。