單片機原理與應用課程教學模式改革研究

摘要：單片機原理與應用課程作為一門兼具專業性和實踐性的課程，在教學實施過程中面臨著課程內容更新滯后、理論與實踐脫節、考核評價方式單一等問題。針對這些問題，通過引入項目化案例、口袋實驗室和線上資源等創新元素，構建了基于項目化驅動的線上線下混合式教學模式。實踐證明，該教學模式不僅有效激發了學生的學習興趣，顯著提升了學生的綜合應用能力，同時也促進了教師教學水平的整體提高。

關鍵詞：單片機原理與應用；項目化驅動；混合式教學模式；多元考核評價；教學改革

中圖分類號：G642" " " 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2025）23-0132-03

開放科學（資源服務） 標識碼（OSID）

0 引言

單片機原理與應用是面向高校自動化、計算機、電子類以及測控類等專業開設的一門專業基礎課程。該課程在專業教育體系中具有獨特定位，既作為連接模擬電路、數字電路等基礎課程與計算機控制技術、程序設計等專業核心課程的橋梁，又是學生從理論學習向實踐應用過渡的重要紐帶。在課程學習過程中，學生不僅需要扎實掌握基礎理論知識，還需通過大量實驗操作來提升動手實踐能力。然而，單片機課程涉及的理論知識點繁雜多樣，僅依靠理論講授難以滿足學生的學習需求。此外，由于課堂時間有限，學生用于思考、動手實踐和討論的時間相對不足[1]。

為了適應新時代教育發展需求，高等工程教育改革提倡新理念、新結構、新模式、新質量、新體系[2]，強調以應用為導向，培養具有創新能力和實踐技能的復合型工程人才。為此，許多高校開始探索“新工科”背景下課程教學改革。本文結合當前新工科發展需要，對單片機原理及應用課程的教學模式進行改革探索，以更好地提升課程的教育教學質量和課堂學習效果，激發學生的學習興趣，培養學生的創新思維和工程實踐能力。

1 單片機課程教學現狀

單片機作為一種集成電路芯片，其涵蓋數學、物理、電路及計算機等思想和理念。隨著電子技術的飛速發展，新理論、新硬件、新軟件、新算法層出不窮。國內絕大數高校都在計算機類、電類以及機械等工科專業培養計劃中設置了該課程，然而，在實際開展過程中常常存在以下問題。

1.1 課程內容設計滯后，學生課堂參與度低

目前，國內多數高校的單片機課程內容設置相對滯后，尚未充分納入嵌入式系統、物聯網、智能硬件等新興領域的相關知識。課程教學中理論講授比重過大，對實踐環節重視不足，導致學生課堂參與度較低。由于課堂時間有限，學生用于思考、動手實踐和討論的時間較為緊張。此外，單片機課程涉及多學科交叉知識，理論知識點繁雜且抽象程度較高。大量專業術語和復雜理論內容容易使學生感到枯燥乏味，進而影響其學習主動性和積極性。

1.2 對實驗條件要求高，理論與實踐相分離

在單片機課程教學中，理論知識的講授往往占據主導地位，而實踐教學環節則相對薄弱。作為一門實踐性突出的專業課程，單片機教學需要依托硬件設備和軟件工具的支持。然而，單片機實驗的準備工作較為煩瑣，不僅涉及電路板、試驗箱、電源、計算機等硬件設備的準備，還需要配置編譯開發環境，并完成編碼、調試等一系列操作流程。受限于實驗設備和場地條件，多數高校難以在常規課堂教學中開展完整的實驗演示。同時，單片機實驗箱的采購和維護成本較高，導致設備更新周期延長，難以及時跟進技術發展步伐。理論教學與實驗操作之間的銜接不暢，也在一定程度上限制了學生的自主探索與創新空間。

1.3 重結果、輕過程，考核評價指標較為單一

目前，高校單片機課程的考核評價體系普遍存在指標單一的問題，難以全面評估學生的綜合應用能力。現行的課程成績評定通常由平時成績和期末成績兩部分構成，其中，期末考核主要采用實驗報告或閉卷考試的形式。這種考核機制過于側重理論知識的掌握程度，導致部分學生傾向于通過考前突擊來獲取高分。這種重結果、輕過程的評價方式，未能有效考查學生的思維能力和實踐應用技能。

2 基于項目化驅動的混合式教學模式

針對單片機課程開展中存在的一系列問題，提出了一種基于項目化驅動的線上線下混合式教學模式。以引導學生“開展實驗項目”為教學方法，引入線上資源豐富學習資源，通過任務的引導激發學生學習興趣[3]。

2.1 優化課程內容，構建項目化教學體系

結合技術應用背景，以項目和任務為導向，將單片機課程內容涉及的重要知識點綜合為三個項目案例，每個項目拆解為主要任務和次要任務并分別在課堂和課下完成。主要任務用于輔助理論知識教學的開展，子任務推進理論知識向實際應用的轉換，提高學生高階實踐技能。項目案例設置遵循“由簡單到復雜”原則，難度設置逐級遞增，涉及的知識點也更加全面。項目化教學實施案例設計如表1所示，共包含3個項目，每個項目包含主任務和子任務。

引入基于“口袋實驗室”的實踐教學模式，即將傳統實驗室濃縮至小巧設備中，有效解決實驗室場地、設備和時間限制問題[4]。本課程采用AHL-MSPM0L1306嵌入式開發套件，配合LED、溫度傳感器、模數轉換器等多種外圍設備和元器件。小巧的尺寸使得儀器的重量大幅減少，便于攜帶到課堂使用。此外，學生可通過擴展板或外接模塊開發新功能，DIY屬于自己的核心板。“口袋式”實踐模式旨在將實驗設備微型化和便攜化，從而更好地推動理論與實踐的深度融合。

2.2 引入線上資源，采用混合式教學模式

針對單片機課程的教學特點，采用線上線下相混合的教學模式。具體實施如下：

（1） 線上資源建設

為了更好地輔助線下教學，教學團隊依托線上平臺建立了單片機在線開放課堂，為學生提供了豐富的學習資源。線上平臺提供了系統化的學習資料，包括：

學習資源：包含20個課時的課前預習視頻以及課件等內容，幫助學生進行課前預習和課后復習。

拓展資源：提供了開發環境配置與調試、PCB制版以及程序燒錄等微視頻資源，擴展學生對單片機相關技術的理解。

資料下載：提供芯片技術手冊、開發工具資源包及程序示例文檔，便于學生深入學習和實踐。

互動問答：包括常見問題解答、在線答疑和討論區，促進師生互動與學生間的協作學習。

（2） 混合式教學模式實施

該模式以應用需求為導向，課堂、實驗和項目遞階式開展，線上平臺和線下課堂相配合，共同推動教學目標的實現。如表2所示。

線上教學實施：教師可以通過平臺發布在線學習任務、布置討論題，并進行在線答疑，促進師生互動。學生能夠自主安排學習時間，利用線上資源鞏固課堂內容。

線下教學實施：根據線上學習數據，教師可調整線下課堂的教學重點，針對性解決學生疑點。結合線下實驗和項目實踐，教師進行現場指導，確保學生實踐能力的提升。

2.3 破除“唯結果論”，建立多元化考核評價體系

為了體現考核的過程性和綜合性，建立涵蓋“理論+實踐”“線上+線下”“應用+創新”的多元化考核評價體系，貫穿課程“課前-課中-課后”全過程，綜合評測教學效果[5-6]。綜合成績由平時成績和期末成績構成。如圖1所示。

（1） 平時成績由課堂出勤、線上成績、階段性課程設計組成，主要考核學生在課前、課中、課后完成理論學習與實踐應用情況。其中，線上成績通過在線課堂中的視頻學習進度和在線測試進行評定。階段性課程設計主要依據課內講授內容設計相關實驗，考查學生的技能應用能力。

（2） 期末成績由綜合課程設計和期末考試成績組成，主要是對整個學期所學內容進行一次綜合評價。書面考試檢驗學生對課程理論知識的掌握程度；綜合課程設計考察學生運用知識解決實際問題的能力。綜合課程設計通過設置綜合性、開放性課題，考察學生面對新問題時的創新思維和綜合應用能力。

3 教學改革成效

本文提出的基于項目驅動的混合式教學模式以單片機課程為試點，率先在計算機科學與技術專業本科生中實施，首批受益學生達100余人。相較于傳統以課堂為主的教學模式，新方法在教學效果、學生參與度和綜合能力培養等方面均取得顯著提升。具體成效體現在以下三個方面：

（1） 課程內容優化：新模式在課程內容設計上融合了單片機基礎知識與前沿技術應用，構建了系統化、層次化的知識體系。采用項目任務導向的教學方式，每個子任務對應特定技能點或知識模塊，引導學生完成綜合性項目實踐。例如，通過“智能家居控制系統”項目設計，學生不僅掌握單片機基礎功能，還能深入理解物聯網技術的實際應用場景。這種教學設計既豐富了課程內容，提升了教學效果，又培養了學生的創新應用能力，為其職業發展奠定堅實基礎。

（2） 教學資源配置：通過整合優質教學資源，搭建了集在線學習、討論交流與答疑輔導于一體的數字化平臺，有效激發了學生的自主學習意識，改善了學習體驗。學生可根據個人情況靈活安排線上學習進度，教師則能通過后臺數據分析實時掌握學習效果，為教學優化提供數據支持。數據顯示，線上平臺使用率達90%以上，學生平均自主學習時長較傳統模式增加30%。

（3） 考核評價創新：新模式構建了多維度的綜合評價體系，顯著提升了考核的全面性與靈活性，能夠更客觀、準確地評估學生的綜合能力。問卷調查表明，90%的學生對新考核方式表示認可，認為其更能全面反映學習成效。

4 結論

本文針對單片機課程教學中存在的若干問題，創新性地提出了基于項目驅動的混合式教學模式。通過整合線上線下教學資源，并采用“口袋式”實驗教學方式，實現了理論教學與實踐訓練的有機融合。實踐表明，該模式顯著提升了課堂教學質量，有效培養了學生的工程實踐能力和創新思維，為新工科背景下大學生綜合素質培養提供了可借鑒的實施路徑。后續將在教學實踐中持續優化該模式，通過引入更多工程實踐案例，進一步提升教學成效。

參考文獻：

[1] 王創，林宏偉，賈奇才，等.四位一體單片機教學改革實踐探究[J].電腦知識與技術，2024，20（4）：163-166.

[2] 李忠，高波，康燦.新工科背景下卓越工程人才實踐教學改革探索[J].高等工程教育研究，2019（S1）：36-38.

[3] 季康，謝彥南.基于“課賽” 融合的項目化教學模式研究：以單片機原理與應用課程為例[J].電腦知識與技術，2024，20（29）：124-126.

[4] 馬春燕，鄭劍海，王淑紅，等.基于“口袋機” 的“單片機原理與接口技術” 課程開放式教學探索[J].實驗技術與管理，2020，37（4）：16-19，27.

[5] 張強，丁建，尚福魯.單片機原理及應用多維立體化混合式教學模式改革與實踐[J].創新創業理論研究與實踐，2024，7（2）：125-128.

[6] 張愛敏，王桂龍，高學平，孫國勛線上線下項目驅動式實驗教學模式改革與實踐[J].實驗室科學，2024，12（27）：71-76.

【通聯編輯：王 力】