多種教學模式在單片機課程教學改革中的應用和探索

李曉梅　賀明妍

摘要：單片機課程的工程性和實踐性很強，傳統(tǒng)的教學模式已經(jīng)無法滿足新工科工程技術(shù)人員的培養(yǎng)目標，因此單片機相關(guān)課程的教學改革是很必要的。本文介紹雨課堂混合式教學、實踐項目教學和興趣小組輔助教學多種教學模式在單片機課程改革中的綜合應用和探索，通過幾種模式的融合，使學生在課堂上的學習內(nèi)容有了實踐應用背景，從而提高了學生的獨立思考、獨立解決問題和獨立開發(fā)應用能力。

關(guān)鍵詞：單片機課程 雨課堂混合式教學 實踐項目教學 興趣小組輔助教學

The Application and Exploration of Various Teaching Modes in MCU Courses Teaching Reform

LI Xiaomei1 HE Mingyan2

（1.School of Information Engineering， Dalian University， Dalian， Liaoning Province， 116622 China）

Abstract： Due to the characteristic of MCU courses used on engineering and practice， the traditional teaching mode has been unable to meet the training objectives of new engineering technicians. Consequently， the teaching reform of the MCU courses is very necessary. In this paper， the comprehensive exploration and application of multiple teaching modes for the reform of MCU courses are introduced， which include mixed-mode teaching on Rain Classroom platform， practical project teaching and furthermore interest groups as auxiliary teaching tools. Through the combination of the teaching modes as mentioned above， students are expected to gain practical and applied backgrounds of the corresponding theoretical contents learned in class， and sequentially improve the independent abilities on thinking， problem solving and development and application.

Key Words： MCU courses; Mixed-mode teaching on Rain Classroom platform; Practical project teaching; Interest group assisted instruction

隨著電子技術(shù)的發(fā)展，單片機已經(jīng)成為新工科背景下非常重要的專業(yè)必修課程。工科院校中通信、電信類等專業(yè)學生，通過該課程的學習，可以提高對單片機應用系統(tǒng)的綜合開發(fā)能力，培養(yǎng)學生解決問題技能和創(chuàng)新技能，為后續(xù)其他專業(yè)課的學習及畢業(yè)后從事相關(guān)領(lǐng)域的工作打下堅實基礎(chǔ)。

單片機課程知識點繁多且凌亂，而實驗內(nèi)容又過于簡單，在整個過程中學生無法了解實驗的單片機開發(fā)思路，更不能提高學生的編程能力。

因此單片機課程教學不能只按照傳統(tǒng)的教學模式和方法，亟須改革。本人通過近幾年的單片機教學，在過程中不斷摸索，融入了以下幾種教學模式，很好促進了課堂教學的順利進行和質(zhì)量的提高。

1 多種教學模式在單片機課程教學改革中的應用和探索

1.1 將基于“雨課堂”的混合式教學模式引入單片機課程教學

雨課堂是移動互聯(lián)網(wǎng)與大數(shù)據(jù)背景下的一種智慧教學工具。本人利用雨課堂的混合式教學方法，將網(wǎng)絡(luò)教學優(yōu)勢融入到傳統(tǒng)教學模式中，通過課前預習資料的推送、課堂教學效果的實時監(jiān)控、課后數(shù)據(jù)的采集和分析，充分實現(xiàn)教師與學生的雙向互動^[1][2][3]。

學生學習反饋系統(tǒng)

授課前教師通過平臺給學生發(fā)送二維碼，學生們掃描進入課堂后，可以在手機端看到授課PPT，在每頁課件下方都有個“不懂”按鈕，當學生不懂時，可以點擊這個按鈕，教師可以根據(jù)這些標記有針對性地進行講解。學生還可以把問題或者想法隨時通過彈幕或者投稿的方式發(fā)送給老師，在課后可以接收教師發(fā)送的教學內(nèi)容與作業(yè)要求，可以反饋在課程學習過程中遇到的問題，因此雨課堂成為教師與學生的有效溝通路徑^[4][5]。

課堂練習互動系統(tǒng)

授課教師可以提前在課件上設(shè)置一些測試題，規(guī)定答題時間和分值。在課堂上講到該知識點時引出，由學生通過手機作答，并在大屏幕上投影學生的答題詳情，及時反饋出題目答案和學生的對錯比例情況。

教學數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)

授課結(jié)束后，雨課堂平臺系統(tǒng)會自動生成課后小結(jié)，采集授課過程中的相關(guān)數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計，比如出勤率、課堂練習的回答情況、課件中的“不懂”標記情況、投稿和彈幕反饋等教學行為數(shù)據(jù)，教師可以針對這些統(tǒng)計數(shù)據(jù)進行分析和后續(xù)查閱。

綜上所述，將雨課堂的混合式教學模式融入到單片機課堂教學中，一方面可以促使授課教師不斷提升自我知識儲備量和教學組織能力。另一方面可以利用便捷的網(wǎng)絡(luò)化資源，激發(fā)調(diào)動學生主動性和積極性，使其養(yǎng)成良好學習習慣^[6]。

1.2 將實踐項目教學模式引入單片機課堂教學

因為單片機課程的工程性和實踐性較強，所以在授課過程中設(shè)置一些單片機實踐項目課題，將課程的主要知識點融入到一個個具體的項目中，利用proteus、protel、keil等開發(fā)環(huán)境平臺，重點研究實踐項目與書本理論的知識鏈接和知識拓展關(guān)系。

在項目設(shè)計過程中，學生采取分組方式，小組成員根據(jù)各自的能力和優(yōu)勢負責不同工作。小組通過功能分析確定設(shè)計方案，學生以項目教學任務(wù)為對象，利用相關(guān)軟件繪制電路原理圖，編寫程序代碼，仿真調(diào)試并修改，運行出結(jié)果后撰寫設(shè)計總結(jié)報告^[7]。

個別有能力的小組，在軟件仿真調(diào)試成功后，還可以通過采購電子元器件、焊接電路板、下載固化程序、安裝調(diào)試等環(huán)節(jié)，最終完成實際硬件電路的設(shè)計任務(wù)。

將實踐項目教學模式引入單片機技術(shù)課程教學，一方面可以充分發(fā)揮學生主動性，提高資料檢索技能和知識點綜合歸納技能;另一方面也加強了團隊合作精神，通過思考、相互討論和相互幫助來解決實際問題。

1.3 將單片機課后興趣小組引入單片機課程的輔助教學

為了與單片機課堂教學內(nèi)容相輔相成，在課后組建了單片機興趣小組，選擇動手能力比較強，參與過大賽的學生作為小組負責人，在教師的安排下對小組成員進行系統(tǒng)的強化訓練，興趣小組的活動采用單片機知識專題講座、項目實踐和自由分組討論等豐富多樣的學習方式。

通過興趣小組的活動和培訓，一方面把書本上的理論知識應用到實踐中，另一方面又通過實踐加深對理論知識的理解，與課堂教學形成有效的“互補”。

2 教學改革效果

在經(jīng)過幾年的不斷努力和探索后，單片機的教學改革取得了很好的教學效果，分別通過以下幾個方面得到體現(xiàn)。

2.1 理論教學成績的提升

通過教學改革，學生對單片機課程的學習有了很大興趣，很多學生從被動學習變成主動學習。通過下表近年來成績統(tǒng)計可以看出，平均分的提升和不及格率的降低這兩個方面有明顯改善，其中最明顯的是2017級的成績，已經(jīng)有了顯著提高。2018級因為新冠疫情的原因無法返校，線上授課的效果和質(zhì)量無法和線下授課去比較，但是通過測試可以看出，成績也明顯好于前幾年。

2.2 學生在大學生創(chuàng)新項目中的成績

近幾年，因為對單片機課程產(chǎn)生了濃厚興趣，很多學生積極參與到大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)團隊，每年都有學生申請到國家級或者省級的大創(chuàng)項目。

其中，國家級大創(chuàng)項目有2018年申請的《基于ARM的自動跟隨旅行箱》項目;2019年申請的《獨立式智能公共衛(wèi)生間設(shè)計》項目。省級大創(chuàng)項目有2020年申請的《智能窗戶系統(tǒng)設(shè)計》項目。并且這些項目都通過軟硬件設(shè)計和發(fā)表科技論文而順利結(jié)題。

通過這些大創(chuàng)項目，學生從尋找項目課題、撰寫項目申請書、查閱文獻、確定實施方案和可行性、尋找創(chuàng)新點等等，真正實現(xiàn)了課堂教學內(nèi)容與實踐項目的深度融合，學生從中獲得了鍛煉和成長，更獲得了自信和成就感。

2.3 學生在電子類相關(guān)大賽中的成績

通過單片機課程的教學改革，很多學生也主動加入到各種比賽當中。通過競賽，培養(yǎng)了學生對各種信息的快速獲取能力、對系統(tǒng)的設(shè)計和分析能力，更重要的是培養(yǎng)堅定意志和團結(jié)合作精神^[8]。

近幾年大賽成績斐然，在中國互聯(lián)網(wǎng)+大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽、TI杯遼寧省高校本科大學生電子設(shè)計大賽、博創(chuàng)杯全國大學生嵌入式大賽等國家級和省級賽事中多次獲得一等到三等獎的好成績。

2.4 學生參與教師團隊科研項目和校企合作項目

通過一系列的訓練，已經(jīng)有部分優(yōu)秀的學生參與到教師的智慧農(nóng)業(yè)科研項目中，從前期制定科研項目技術(shù)方案、芯片模塊選型和采購、硬件電路搭建、到傳感器信號采集、物聯(lián)網(wǎng)通信及云平臺設(shè)計，實現(xiàn)了將所學知識應用到實際科研項目中，對單片機系統(tǒng)開發(fā)能力達到新的高度，目前這些學生正在撰寫科研項目方面的論文準備發(fā)表。

還有部分學生梯隊，加入到校企合作實習實踐基地，通過學習企業(yè)核心產(chǎn)品的研發(fā)技術(shù)，了解產(chǎn)品硬件控制電路、控制邏輯系統(tǒng)、樣板焊接及測試等等，真正參與到單片機實際產(chǎn)品的調(diào)試與測試，也為學生就業(yè)和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)提供了鍛煉機會。

綜上所述，我們以新工科專業(yè)人才培養(yǎng)需求為出發(fā)點，通過探索因材施教、因?qū)I(yè)施教的新教學方法和模式，采用多種教學模式引入到單片機課程教學中，通過掌握單片機開發(fā)技巧，使學生具有獨立思考能力和獨立解決問題能力，反過來又使學生的理論內(nèi)容有了實踐應用平臺，更加引導學生去自主學習、主動探索，為學生的職業(yè)發(fā)展提供質(zhì)量保障。

參考文獻：

[1]燕芳.基于雨課堂的單片機課程混合式教學改革探索[J].教育教學論壇，2019（30）：99-100.

[2]關(guān)心.工程認證背景下基于雨課堂的數(shù)據(jù)庫課程混合式教學改革探究[J].無線互聯(lián)科技，2020，17（14）：149-150.

[3]陳香凝，高迎莉，蔡月鳳，等.基于“雨課堂”的“分子生物學”分段式教學模式探索與實踐[J].科教導刊（下旬），2020（1）：106-108.

[4]陳煒，李莉，趙秀軍，等.基于”雨課堂”的組織學與胚胎學教學改革實踐[J].中國組織化學與細胞化學雜志，2019（6）：82-85.

[5]要宏宇.基于雨課堂的高職院校計算機應用基礎(chǔ)課程教學改革探索[J].科技視界，2020（18）：153-155.

[6]王帥國.雨課堂：移動互聯(lián)網(wǎng)與大數(shù)據(jù)背景下的智慧教學工具[J].現(xiàn)代教育技術(shù)，2017，27（5）：27-33.

[7]王登貴.項目教學法在單片機課程教學中的應用實踐[J].實驗科學與技術(shù)，2014，12（1）：105-107.

[8]李曉梅.單片機課程教學改革的研究與探索[J].大連大學學報，2018，39（3）：130-133.