以前向通路主線為核心的供給側(cè)課程改革實(shí)踐*

翟任何，趙永強(qiáng)，施紹寧

以前向通路主線為核心的供給側(cè)課程改革實(shí)踐*

翟任何，趙永強(qiáng)，施紹寧

（陜西理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，陜西 漢中 723000）

隨著國家教學(xué)改革和“雙一流”建設(shè)項(xiàng)目的推進(jìn)，課程改革成為推進(jìn)高等教育改革的源動(dòng)力和重要基石。以車輛工程專業(yè)的單片機(jī)技術(shù)課程教學(xué)為對(duì)象，分析了現(xiàn)有教育教學(xué)的弊端，提出了以前向通路主線為核心的供給側(cè)課程改革的構(gòu)架，以案例的方式重新組織教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法，探索出了課程教學(xué)“一點(diǎn)三原則”，以學(xué)生興趣為著手點(diǎn)，以培養(yǎng)目標(biāo)為紐帶，以課程教學(xué)內(nèi)容為目的實(shí)現(xiàn)課程內(nèi)容與教學(xué)任務(wù)的統(tǒng)一，通過循序漸進(jìn)方式逐步加大學(xué)習(xí)的難度和深度，從而實(shí)現(xiàn)更好的教學(xué)效果。

供給側(cè)改革；前向通路；課程改革；單片機(jī)技術(shù)

1 背景和意義

隨著普通高等教育改革的推進(jìn)，國家推出了“雙一流”、“工程教育質(zhì)量認(rèn)證”和“學(xué)科水平評(píng)估”等一系列重大舉措，旨在推進(jìn)面向高等院校的研究型和應(yīng)用型人才培養(yǎng)的雙向改革。普通高校的教學(xué)承擔(dān)單位，落實(shí)國家教育教學(xué)改革的具體可行的措施就是加速推進(jìn)課程教學(xué)改革。普通高校的專業(yè)教育必須重視課程教學(xué)改革，尤其是專業(yè)性較強(qiáng)的課程改革。以課程改革促進(jìn)專業(yè)教學(xué)質(zhì)量的提升，促進(jìn)專業(yè)培養(yǎng)模式的優(yōu)化，增進(jìn)學(xué)科方向的凝練，落實(shí)學(xué)校內(nèi)涵式發(fā)展的目標(biāo)要求，實(shí)現(xiàn)“一流專業(yè)”和“一流學(xué)科”的跨越。以《單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)》課程為例，針對(duì)機(jī)械工程學(xué)科所屬的各專業(yè)在的教學(xué)改革實(shí)踐，以培養(yǎng)學(xué)生實(shí)戰(zhàn)能力為改革目標(biāo)，以學(xué)生為供給側(cè)組織教學(xué)活動(dòng)，以前向通路為主線組織教學(xué)內(nèi)容，探索提高普通高校機(jī)械工程學(xué)科所屬專業(yè)學(xué)生相關(guān)動(dòng)手能力的方式方法。

供給側(cè)改革是用改革的辦法推進(jìn)結(jié)構(gòu)調(diào)整，減少無效和低端供給，擴(kuò)大有效和中高端供給，增強(qiáng)供給結(jié)構(gòu)對(duì)需求變化的適應(yīng)性和靈活性，提高全要素生產(chǎn)率，使供給體系更好適應(yīng)需求結(jié)構(gòu)變化。在教改過程中變“以教為本”為“以學(xué)為本”，主動(dòng)調(diào)整講課過程的知識(shí)點(diǎn)組織結(jié)構(gòu)，以針對(duì)知識(shí)更新和在校學(xué)生特色變化而主動(dòng)做出的供給側(cè)改革。課堂教學(xué)改革中的結(jié)構(gòu)性調(diào)整若果能夠圍繞一條主線，用主線貫穿所有的基礎(chǔ)知識(shí)和基本技能，就能為結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供保證，從而主線的選擇和實(shí)現(xiàn)也就成為課改的關(guān)鍵問題。

2 供給側(cè)教改中前向通路的重要性

教學(xué)過程可以看作一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)如圖1所示，既有按照教學(xué)計(jì)劃授課的過程，又有檢測學(xué)生掌握程度并修正授課計(jì)劃的過程。在閉環(huán)控制系統(tǒng)中，信號(hào)從輸入端沿箭頭方向到達(dá)輸出端的傳輸通路稱前向通路；系統(tǒng)輸出量經(jīng)測量元件反饋到輸入端的傳輸通路稱反饋通路。在教學(xué)過程中，教師的備課、講課、布置作業(yè)、指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)和安排考試是前向通路；根據(jù)作業(yè)和實(shí)驗(yàn)報(bào)告分析學(xué)生的疑難并做出教學(xué)計(jì)劃的調(diào)整是反饋通路。

圖1 閉環(huán)系統(tǒng)的前向通道和反饋通道

學(xué)生接受知識(shí)的過程有其特殊性，如果教師在開課之前設(shè)計(jì)的教學(xué)計(jì)劃不合理，那么學(xué)生在學(xué)習(xí)新課程時(shí)會(huì)因?yàn)檎n程學(xué)習(xí)難度大產(chǎn)生厭學(xué)情緒，或者因?yàn)閷?duì)相近概念混淆而形成錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)，此時(shí)通過主反饋通路檢測到問題并糾正，不但糾正的難度大，而且糾正過程會(huì)產(chǎn)生較大的延時(shí)，影響后續(xù)教學(xué)內(nèi)容。所以在教學(xué)過程中，首先要保證前向通路的教學(xué)效果，反饋通路的反饋和調(diào)整則是為了教學(xué)目的已經(jīng)達(dá)到的前提下錦上添花。正如在產(chǎn)品制造過程中，批量生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量要靠制定合理的工藝流程和保證每個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的加工質(zhì)量，而不能依靠對(duì)成品的檢測和返修保證產(chǎn)品質(zhì)量。

以《單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)》課程的教學(xué)過程為例，如果教學(xué)過程的主線設(shè)置不合理，按照從結(jié)構(gòu)和原理到匯編指令再到應(yīng)用的順序講解，雖然體系嚴(yán)謹(jǐn)，單很多學(xué)生會(huì)感覺內(nèi)容抽象、枯燥而影響學(xué)習(xí)興趣。反之，如果能找到一條教學(xué)主線，貫穿所有的教學(xué)內(nèi)容，主線上的每個(gè)點(diǎn)又是具體的實(shí)例，學(xué)習(xí)過程就像在爬緩坡，在教師的引導(dǎo)下逐步登山而不會(huì)掉隊(duì)。

3 單片機(jī)技術(shù)的課程教學(xué)現(xiàn)狀

近年來教學(xué)組對(duì)車輛工程專業(yè)的電類課程做了一系列的改革，包括培養(yǎng)計(jì)劃調(diào)整、翻轉(zhuǎn)課堂、案例教學(xué)和課外活動(dòng)等。例如《單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)》課程改變了以往綱舉目張的教學(xué)順序，把教學(xué)內(nèi)容劃分為若干知識(shí)點(diǎn)并對(duì)每個(gè)知識(shí)點(diǎn)精心選取案例，案例和知識(shí)點(diǎn)對(duì)應(yīng)關(guān)系如表1所示。

表1 案例和知識(shí)點(diǎn)對(duì)應(yīng)表

通過對(duì)教學(xué)內(nèi)容的重新組織和案例教學(xué)，學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情顯著提高，畏難情緒明顯下降，部分學(xué)生自發(fā)地設(shè)計(jì)制作基于單片機(jī)的作品，在參加各類賽事中應(yīng)用單片機(jī)的能力顯著提高。但是仍有一系列的遺留問題等待解決，例如：雖然入門案例容易掌握讓初學(xué)的畏難情緒顯著下降，但是隨著課程進(jìn)度的推進(jìn)，后續(xù)的中斷、定時(shí)/計(jì)數(shù)器和串行通信部分的難度和綜合性提高，學(xué)生在掌握了一些簡單的解決方法以后，遇到難題時(shí)懶散情緒開始占上風(fēng)，不愿付出精力學(xué)習(xí)更好的方法。例如：選擇雙音門鈴作為定時(shí)/計(jì)數(shù)器部分的案例，用以掌握定時(shí)器的初始化和定時(shí)中斷程序的使用。學(xué)生在之前學(xué)習(xí)LED閃爍的案例時(shí)，掌握了延時(shí)函數(shù)的使用，所以寧可花不少時(shí)間試、湊延時(shí)函數(shù)的實(shí)參，也不學(xué)習(xí)設(shè)置定時(shí)/計(jì)數(shù)器特殊寄存器的方法。教師反復(fù)強(qiáng)調(diào)延時(shí)函數(shù)定時(shí)精度差、占用CPU，部分學(xué)生仍因懶惰而不愿使用新方法。

這種現(xiàn)象甚至在學(xué)生參賽的過程中都有體現(xiàn)。例如需要設(shè)計(jì)和調(diào)試PID校正環(huán)節(jié)時(shí)，對(duì)系統(tǒng)建模、系統(tǒng)性能分析做得少甚至不做，寧可花費(fèi)大量的時(shí)間，單純的憑經(jīng)驗(yàn)、憑感覺調(diào)整PID的參數(shù)，寧可在反復(fù)試湊的過程中浪費(fèi)很長的時(shí)間，也不花一部分時(shí)間復(fù)習(xí)自動(dòng)控制的相關(guān)理論，最終沒有通過參賽達(dá)到鞏固提高的目的，也背離了參加比賽的初心。把獲獎(jiǎng)本身當(dāng)成目的，功利心理和僥幸心理嚴(yán)重，不但不利于自己的成長，而且會(huì)嚴(yán)重誤導(dǎo)低年級(jí)學(xué)生。

4 實(shí)現(xiàn)課程主線的“一點(diǎn)三原則”

通過探索和實(shí)踐，發(fā)現(xiàn)解決上述遺留問題的關(guān)鍵在于課程主線的選擇和實(shí)現(xiàn)，其中的關(guān)鍵是“一點(diǎn)三原則”，一點(diǎn)是著手點(diǎn)，三原則是紐帶原則、統(tǒng)一原則和漸進(jìn)原則。

（1）著手點(diǎn)是路徑正確的前提

找一個(gè)好的著手點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)主線的首要問題。只有了解學(xué)生們關(guān)心的興趣點(diǎn)，才能有的放矢，找到好的著手點(diǎn)，這正是貫徹以學(xué)為中心的教改思路。以我院車輛工程專業(yè)的學(xué)生為例，因?yàn)槲以航陙韰⒓印叭珖髮W(xué)生智能車競賽”屢獲佳績，所以智能小車的設(shè)計(jì)深受學(xué)生的歡迎和認(rèn)可。以此為契機(jī)，把智能小車的設(shè)計(jì)和制作這個(gè)具體目標(biāo)引入《單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)》課程教學(xué)中，成功地激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

所以選擇好著手點(diǎn)，可以在學(xué)習(xí)過程的起點(diǎn)處翻轉(zhuǎn)整個(gè)學(xué)習(xí)過程，把學(xué)生被動(dòng)學(xué)習(xí)、被動(dòng)接受知識(shí)的過程，翻轉(zhuǎn)為學(xué)生有興趣解決實(shí)際問題的過程。在這個(gè)過程中，教師引導(dǎo)學(xué)生分解問題、分析子問題，再尋找相關(guān)知識(shí)解決，解決以后再總結(jié)。在解決了一系列子問題以后，具體的目標(biāo)得到實(shí)現(xiàn)，相關(guān)的知識(shí)和技能完成傳授，達(dá)到課程的教學(xué)目的。

（2）三個(gè)原則是主線實(shí)施的保障

選擇主線的目的是提高學(xué)生學(xué)習(xí)課程的興趣，提供持之以恒的動(dòng)力，又要符合專業(yè)的培養(yǎng)計(jì)劃。要做到形散而神不散，放得出去收得回來，就應(yīng)該遵循以下三個(gè)原則。

1）紐帶原則

選擇課程主線應(yīng)該以專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)為根據(jù)，符合培養(yǎng)計(jì)劃的課程布局，課程主線應(yīng)服務(wù)于專業(yè)知識(shí)體系的主線。既要保證本門課程的教學(xué)效果，又要在同類課程中鞏固前導(dǎo)課程和服務(wù)后續(xù)課程，還要對(duì)其他類課程起到輔助作用，從而完成本門課程承上啟下、內(nèi)引外聯(lián)的紐帶作用。

以我院車輛工程專業(yè)為例，培養(yǎng)目標(biāo)是現(xiàn)場工程師，培養(yǎng)方向是新能源車方向。選擇智能小車的設(shè)計(jì)作為《單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)》課程主線，能運(yùn)用同類課程中《電工電子技術(shù)》、《C語言程序設(shè)計(jì)》等前導(dǎo)課程的內(nèi)容解決實(shí)際問題，也為同類課程中《控制工程基礎(chǔ)》、《汽車電子控制技術(shù)》等后續(xù)課程的引入提供了好的開端，同時(shí)還能對(duì)車輛設(shè)計(jì)類課程中《新能源車原理》、《新能源車構(gòu)造》和《新能源車設(shè)計(jì)》等課程的內(nèi)容起到良好的促進(jìn)作用。例如：在智能小車的控制系統(tǒng)中，直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊中的H橋電路、循跡模塊中的電壓比較器等內(nèi)容要用到《電工電子技術(shù)》中模擬電路的內(nèi)容；避障模塊中的74HC00要用到《電工電子技術(shù)》中數(shù)字電路的內(nèi)容；單片機(jī)程序設(shè)計(jì)要用到《C語言程序設(shè)計(jì)》的內(nèi)容；小車的速度控制和位置控制要用到《控制工程基礎(chǔ)》中的PID校正；傳感器和執(zhí)行器的選型、調(diào)理電路和驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)都對(duì)理解《汽車電子控制技術(shù)》中的內(nèi)容有較好的引導(dǎo)作用；在實(shí)際調(diào)試過程中，提出了諸如提高抓地能力、應(yīng)對(duì)側(cè)滑的方法、使用懸架的優(yōu)點(diǎn)等問題，對(duì)車輛設(shè)計(jì)類課程的內(nèi)容起到了鞏固和提高的作用。

2）統(tǒng)一原則

選擇課程主線必須以完成本門課程的教學(xué)任務(wù)為目的。教材中的知識(shí)點(diǎn)常以綱舉目張的順序安排知識(shí)點(diǎn)，而課程主線則應(yīng)該像串珍珠一樣把知識(shí)點(diǎn)串在一起。圍繞一個(gè)實(shí)際的目標(biāo)的課程主線統(tǒng)一所有的案例，每個(gè)案例實(shí)現(xiàn)一個(gè)模塊的功能，所有的模塊疊加后組成了實(shí)際的目標(biāo)。這種教學(xué)設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是：始終遵循提出問題、分析問題、尋找知識(shí)、解決問題的順序，符合“實(shí)踐、理論、再實(shí)踐”的認(rèn)知規(guī)律；隨著教學(xué)進(jìn)度的推進(jìn)知識(shí)難度不斷增大，如果提出的是在已經(jīng)攻克的基礎(chǔ)上必須解決的新問題，多數(shù)學(xué)生不愿意以往的心血付之東流，就會(huì)產(chǎn)生為解決新問題而學(xué)習(xí)新知識(shí)、新技能的迫切感。

以前《單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)》的課改采用的案例之間關(guān)聯(lián)不大，導(dǎo)致學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中，因?yàn)樽陨淼亩栊詫幙墒褂煤唵蔚摹氨哭k法”，也不學(xué)習(xí)新知識(shí)、新技能。如果把所有的案例統(tǒng)一在智能小車上，每次提出的新問題都是在原有功能基礎(chǔ)上的疊加，知識(shí)點(diǎn)和案例的對(duì)應(yīng)關(guān)系如表2所示。

表2 知識(shí)點(diǎn)和案例的對(duì)應(yīng)關(guān)系

雖然每個(gè)知識(shí)點(diǎn)可以選擇不同的案例，但是案例選擇是否得當(dāng)對(duì)教學(xué)效果影響很大。例如開課的第一個(gè)例子，如果選擇點(diǎn)亮LED并在proteus軟件中仿真，能夠取得一定的教學(xué)效果，但如果選用驅(qū)動(dòng)一個(gè)直流電機(jī)帶動(dòng)車輪旋轉(zhuǎn)，在proteus軟件中仿真以后，用智能小車的實(shí)物現(xiàn)場燒寫HEX文件并演示驅(qū)動(dòng)的效果，比點(diǎn)亮LED的觀感強(qiáng)很多，教學(xué)效果會(huì)更好。學(xué)生在學(xué)習(xí)單片機(jī)課程之前，對(duì)智能車有一種神秘的感覺，如果用最少的代碼就能在智能小車上實(shí)現(xiàn)直觀的效果，就容易破除學(xué)生對(duì)編程的畏難情緒，培養(yǎng)學(xué)生掌握本門課程的信心。

解決了第一個(gè)案例的要引發(fā)興趣的問題以后，就要針對(duì)學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的容易因惰性而動(dòng)搖的問題。以外部中斷的知識(shí)點(diǎn)為例，學(xué)生普遍覺得特殊寄存器抽象、難以理解而不愿學(xué)習(xí)和使用。以往采用響應(yīng)急停按鈕的案例，學(xué)生普遍愿意使用簡單的查詢法，不愿意用能實(shí)時(shí)響應(yīng)的中斷法。如果采用智能小車循跡的案例，教師用實(shí)物演示小車在快速前進(jìn)的過程中，循跡線變化沒有規(guī)律，控制器必須高速檢測光電開關(guān)的狀態(tài)，如果仍然使用查詢法，小車必然因?yàn)闆]有實(shí)時(shí)檢測到循跡線的變化而沖出賽道。這個(gè)案例堵死了因?yàn)橥祽卸褂貌樵兎ǖ目赡苄裕寣W(xué)生產(chǎn)生解決問題的迫切感，從而急于知道怎樣才能解決問題。教師趁熱打鐵，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)相關(guān)知識(shí)點(diǎn)并解決該問題，就能夠大幅度提高教學(xué)效果。如表2所示，后續(xù)的每個(gè)案例在設(shè)計(jì)的時(shí)候，都遵循在前面已有的基礎(chǔ)上疊加功能的原則，讓學(xué)生意識(shí)到懈怠只會(huì)讓已經(jīng)完成的小車半途而廢，只有繼續(xù)學(xué)習(xí)新知識(shí)、掌握新技能，才能逐步完善自己的智能小車，從而能夠持之以恒的完成學(xué)習(xí)過程。

3）漸進(jìn)原則

課程主線在實(shí)現(xiàn)的時(shí)候應(yīng)該循序漸進(jìn)，主線上每個(gè)點(diǎn)的難度應(yīng)該逐步增加。學(xué)習(xí)如逆水行舟，在課程教學(xué)的過程中，學(xué)習(xí)難度在增加，疲勞和惰性導(dǎo)致的學(xué)習(xí)興趣在降低，如果再遇到跳一跳也摘不到的果子，就一定會(huì)有學(xué)生選擇放棄。所以改變綱舉目張的教學(xué)順序，就是把一個(gè)個(gè)的險(xiǎn)峰變成一個(gè)較長的緩坡，每上一個(gè)高度帶領(lǐng)學(xué)生看一下不同的風(fēng)景，學(xué)生就一定會(huì)有興趣克服疲憊走向新的高度。

以中斷、定時(shí)/計(jì)數(shù)器和串行通信這三章為例，如果講解中斷的時(shí)候，列舉所有的中斷源，內(nèi)容龐雜而抽象，不利于學(xué)習(xí)。只抽取外部中斷進(jìn)行講解，配以循跡的案例，所學(xué)的知識(shí)少，寫的代碼少，效果很直觀，學(xué)生學(xué)習(xí)的信心足，教學(xué)效果就有保證。和定時(shí)/計(jì)數(shù)器相關(guān)的中斷內(nèi)容，放在定時(shí)/計(jì)數(shù)器中講解，提出測速的問題，講解測速的必要性，引發(fā)學(xué)生解決問題的興趣。講解定時(shí)/計(jì)數(shù)器的中斷時(shí)類比外部中斷，再講解定時(shí)/計(jì)數(shù)器本身的內(nèi)容，用不多的代碼實(shí)現(xiàn)了測速，在引導(dǎo)學(xué)生回顧外部中斷的程序進(jìn)行對(duì)比異同，既鞏固了已有的知識(shí)，又掌握了新知識(shí)，讓學(xué)生在不知不覺中不斷得到提高。串行通信的內(nèi)容則是在中斷、定時(shí)器的基礎(chǔ)上增加串行通信的內(nèi)容，也可以按照這個(gè)思路處理教學(xué)過程。

5 總結(jié)

通過一個(gè)學(xué)年的試運(yùn)行，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣空前高漲，對(duì)編程的畏難情緒得到了有效地遏制。課外參與單片機(jī)興趣小組的學(xué)生明顯增多，在全體教師的引導(dǎo)下，把小車和各類比賽結(jié)合起來，取得了優(yōu)異的成果。同時(shí)還吸引了低年級(jí)的學(xué)生主動(dòng)參與，完成了從傳統(tǒng)課堂教學(xué)到導(dǎo)師制再到學(xué)長制的教學(xué)形式改革，進(jìn)入了多個(gè)年級(jí)互幫互學(xué)、比學(xué)趕幫超的良性循環(huán)。這就為下一步引導(dǎo)其他相近專業(yè)、引導(dǎo)研究生加入，形成更大的良性循環(huán)提供了可能。所以貫徹以學(xué)為本的教改思想，把握學(xué)生的脈搏，找到好的突破點(diǎn)，結(jié)合專業(yè)特色和課程特點(diǎn)，找到教學(xué)主線并優(yōu)化案例，合理安排知識(shí)點(diǎn)的教學(xué)順序，就一定能達(dá)到更好的教學(xué)效果。

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Curriculum Reform of Supply-side with Forward Access as the Core*

Zhai Renhe, Zhao Yongqiang, Shi Shaoning

( School of Mechanical Engineering, Shaanxi University of Technology, Shaanxi Hanzhong 723000）

With the advancement of national teaching reform and "double first-class" construction projects, curriculum reform has become the source of power and an important cornerstone for promoting higher education reform. Taking the teaching of single-chip technology course in vehicle engineering as the object, this paper analyzes the shortcomings of the existing education and teaching, and proposes the framework of supply-side curriculum reform with the main line of the previous channel as the core, reorganizing the teaching content and teaching methods by case, and exploring The "one point and three principles" of the course teaching is taken out, with the interest of students as the starting point, the training goal as the link, the unit content and the teaching task to be unified for the purpose of the course teaching content, and gradually increase the difficulty and depth of learning through the gradual and progressive approach.

supply-side reform; forward access; curriculum reform; Single-chip technology

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翟任何（1975.11-），男，碩士，講師，就職于陜西理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，主要研究方向：新能源車輛設(shè)計(jì)及控制。

基金項(xiàng)目：陜西理工大學(xué)2018年教學(xué)改革研究項(xiàng)目（XJG1813）。陜西理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教學(xué)改革項(xiàng)目（JXJG201805）。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.18.087