“新工科”背景下“單片機(jī)技術(shù)”課程教學(xué)改革研究

王 蒙,李 菲,汪峰坤,許美玨

（1.安徽機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，安徽 蕪湖 241000；2.安徽商貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，安徽 蕪湖 241000）

1 引言

為了應(yīng)對(duì)新興科學(xué)技術(shù)及新興產(chǎn)業(yè)的快速變革，響應(yīng)“創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展”“互聯(lián)網(wǎng)+”“中國(guó)制造2025”“一帶一路”等國(guó)家戰(zhàn)略，國(guó)家教育部積極推行新工科建設(shè)，先后形成了“復(fù)旦共識(shí)”“天大行動(dòng)”和“北京指南”，并發(fā)布了《關(guān)于開(kāi)展新工科研究與實(shí)踐的通知》《關(guān)于推進(jìn)新工科研究與實(shí)踐項(xiàng)目的通知》，進(jìn)一步研究先進(jìn)的工程類教育的新模式，為高等教育建設(shè)推波助瀾[1]。

所謂新工科指的是面向新經(jīng)濟(jì)和新技術(shù)，以開(kāi)放、融合、創(chuàng)新的理念和方法開(kāi)設(shè)的新型工程學(xué)科專業(yè)，也包括對(duì)傳統(tǒng)工科的改造與提升。以單片機(jī)技術(shù)為核心的嵌入式系統(tǒng)類課程，是推動(dòng)新工科專業(yè)發(fā)展的重要課程之一[2]。“新工科”背景下工程教育專業(yè)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)中要求學(xué)生具備能夠應(yīng)用信息技術(shù)對(duì)復(fù)雜工程問(wèn)題進(jìn)行預(yù)測(cè)、模擬和求解的能力，所以，必須對(duì)“單片機(jī)技術(shù)”課程進(jìn)行改革使學(xué)生能夠具備運(yùn)用單片機(jī)技術(shù)解決復(fù)雜專業(yè)應(yīng)用問(wèn)題的能力[3]。

“新工科”建設(shè)背景下，對(duì)課程建設(shè)提出了更高的要求。因此，針對(duì)“單片機(jī)技術(shù)”課程現(xiàn)存的教學(xué)問(wèn)題，探索新的教學(xué)理念、改革教學(xué)模式、創(chuàng)新教學(xué)方法、完善教學(xué)評(píng)價(jià)是值得研究的一項(xiàng)非常重要的課題。

2 “單片機(jī)技術(shù)”課程教學(xué)存在的問(wèn)題

2.1 教學(xué)內(nèi)容設(shè)置不合理

在高職院校中，物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)專業(yè)生源分為兩種類型，分類招生和普高招生。在現(xiàn)有的人才培養(yǎng)方案中，針對(duì)不同生源類型，課程體系設(shè)置區(qū)別不大。對(duì)于“單片機(jī)技術(shù)”課程，授課基本上都采用相同的教學(xué)大綱，教學(xué)內(nèi)容上也基本一致，都是以教材為主，同時(shí)在授課之前對(duì)學(xué)生的學(xué)情分析不足，對(duì)教學(xué)效果產(chǎn)生了不良的影響[4]。

2.2 教學(xué)過(guò)程形式單一

課堂教學(xué)中對(duì)單片機(jī)的基本知識(shí)進(jìn)行理論講解，往往花費(fèi)的時(shí)間較長(zhǎng)，對(duì)于較難的知識(shí)點(diǎn)，如中斷、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、串行通信等，學(xué)生理解起來(lái)難度較大。一般情況下，理論知識(shí)講解完畢之后，會(huì)安排相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。利用單片機(jī)實(shí)驗(yàn)箱做實(shí)驗(yàn)，由于實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的局限性及學(xué)生操作不規(guī)范等問(wèn)題，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)過(guò)程不夠完備，影響學(xué)生的實(shí)驗(yàn)效果[5]。在當(dāng)前線上線下混合式教學(xué)的趨勢(shì)下，單片機(jī)課程依舊采取傳統(tǒng)的教學(xué)模式是不可取的，因此有必要對(duì)教學(xué)過(guò)程進(jìn)行優(yōu)化。

2.3 教學(xué)評(píng)價(jià)有待進(jìn)一步完善

目前，“單片機(jī)技術(shù)”課程大都采用期末考試和平時(shí)成績(jī)相結(jié)合的評(píng)價(jià)方式，期末考試一般采用閉卷筆試的形式，平時(shí)成績(jī)則包含了考勤、作業(yè)等，按照一定的比例最終給出學(xué)生的成績(jī)。這樣的評(píng)價(jià)方式只能對(duì)學(xué)生掌握知識(shí)的程度及學(xué)習(xí)的對(duì)錯(cuò)作出評(píng)價(jià)，對(duì)于學(xué)生實(shí)際的動(dòng)手操作能力、職業(yè)素養(yǎng)等方面無(wú)法做出客觀合理的評(píng)價(jià)。

3 “單片機(jī)技術(shù)”課程教學(xué)改革思路

“新工科”建設(shè)背景下，對(duì)人才的培養(yǎng)更加重視專業(yè)技能及創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，同時(shí)對(duì)課程的教學(xué)理念、教學(xué)模式、教學(xué)方法、教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)評(píng)價(jià)提出了更高的要求[4]，針對(duì)“單片機(jī)技術(shù)”課程教學(xué)所存在的問(wèn)題，提出課程教學(xué)改革思路，如圖1所示。

圖1 “單片機(jī)技術(shù)”課程教學(xué)改革思路

首先，針對(duì)不同的生源類型，結(jié)合前期授課情況，對(duì)學(xué)生的特點(diǎn)、已有知識(shí)和技能、不足之處做學(xué)情分析。結(jié)合職業(yè)技能需求，分析學(xué)習(xí)目標(biāo)，明確教學(xué)重難點(diǎn)，然后，對(duì)課程知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行分解，進(jìn)一步進(jìn)行教學(xué)項(xiàng)目設(shè)計(jì)。

教學(xué)實(shí)施過(guò)程中，采用線上線下混合式教學(xué)模式。線上教學(xué)平臺(tái)使用超星學(xué)習(xí)通，在學(xué)習(xí)通平臺(tái)建立課程，上傳教學(xué)視頻、教學(xué)課件等資料，同時(shí)設(shè)置章節(jié)測(cè)驗(yàn)及課后作業(yè)。學(xué)生能夠在學(xué)習(xí)通平臺(tái)通過(guò)觀看視頻、查看課件、完成測(cè)驗(yàn)來(lái)進(jìn)行課前的預(yù)習(xí)，同時(shí)，可以將所遇到的問(wèn)題以及難點(diǎn)反饋給教師，教師可以在授課前及時(shí)了解到學(xué)生的預(yù)習(xí)情況，掌握學(xué)生所遇到的重難點(diǎn)問(wèn)題，在授課過(guò)程中，可以有針對(duì)性地進(jìn)行知識(shí)點(diǎn)的講解。線下教學(xué)過(guò)程中，不再使用傳統(tǒng)的“老師講、學(xué)生聽(tīng)”的教學(xué)形式，而是通過(guò)小組討論、學(xué)生動(dòng)手操作、翻轉(zhuǎn)課堂等提高學(xué)生的課堂參與度。針對(duì)學(xué)習(xí)項(xiàng)目，通過(guò)小組討論的方式進(jìn)行案例分析，讓學(xué)生自己掌握學(xué)習(xí)的重難點(diǎn)，教師對(duì)重要知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行講解，通過(guò)分組仿真實(shí)驗(yàn)進(jìn)行模擬項(xiàng)目開(kāi)發(fā)，在項(xiàng)目開(kāi)發(fā)過(guò)程中，融入課程思政和操作規(guī)范，進(jìn)一步提升的職業(yè)技能和職業(yè)素養(yǎng)。

教學(xué)評(píng)價(jià)中，通過(guò)過(guò)程性評(píng)價(jià)、學(xué)習(xí)通評(píng)價(jià)、期末考核達(dá)成課程的多維度教學(xué)評(píng)價(jià)。其中，過(guò)程性評(píng)價(jià)重點(diǎn)考核學(xué)生自主學(xué)習(xí)任務(wù)的完成程度、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的操作規(guī)范及完成效果、測(cè)驗(yàn)完成程度等，學(xué)習(xí)通評(píng)價(jià)主要通過(guò)學(xué)習(xí)通平臺(tái)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)功能，對(duì)學(xué)生的考勤、課堂參與度、作業(yè)完成情況進(jìn)行評(píng)價(jià)，期末考核通過(guò)上機(jī)考試完成期末考試。通過(guò)設(shè)置權(quán)重，最終形成學(xué)生的課程成績(jī)。

4 教學(xué)改革實(shí)施過(guò)程

4.1 教學(xué)準(zhǔn)備

針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)3181班，做學(xué)情分析，該班級(jí)學(xué)生的生源結(jié)構(gòu)為分類招生，通過(guò)前3個(gè)學(xué)期的授課發(fā)現(xiàn)，該班級(jí)學(xué)生整體思維較為活潑，對(duì)新科技新事物有較強(qiáng)的學(xué)習(xí)興趣，愿意開(kāi)展動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，但是在理論內(nèi)容學(xué)習(xí)、職業(yè)素養(yǎng)規(guī)范、實(shí)操步驟歸納總結(jié)等方面較為欠缺。本課程之前已經(jīng)修完“C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)”“物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)導(dǎo)論”“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)”“電路基礎(chǔ)”等專業(yè)基礎(chǔ)課程，已掌握基本的C語(yǔ)言、電路基礎(chǔ)等相關(guān)理論知識(shí)，具備C語(yǔ)言閱讀及開(kāi)發(fā)能力、基本業(yè)務(wù)分析能力。知識(shí)和技能的不足有C語(yǔ)言理論知識(shí)不扎實(shí)、理論與實(shí)踐結(jié)合能力不足、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力不足。

基于此，明確了“單片機(jī)技術(shù)”課程的教學(xué)重點(diǎn)為單片機(jī)基本電路設(shè)計(jì)、C51基本知識(shí)、單片機(jī)應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)、單片機(jī)項(xiàng)目設(shè)計(jì)與實(shí)施，分解知識(shí)點(diǎn)并設(shè)計(jì)教學(xué)項(xiàng)目，如表1所示。

表1 教學(xué)項(xiàng)目設(shè)計(jì)

4.2 教學(xué)實(shí)施

4.2.1 線上教學(xué)

學(xué)習(xí)通建立“單片機(jī)技術(shù)”課程，上傳教學(xué)課件、教案、授課計(jì)劃、教學(xué)視頻等教學(xué)資料，完善章節(jié)資料及作業(yè)。學(xué)生在課前完成教學(xué)視頻觀看及章節(jié)測(cè)驗(yàn)，見(jiàn)圖2所示。

圖2 學(xué)習(xí)通“單片機(jī)技術(shù)”課程

4.2.2 線下教學(xué)

以項(xiàng)目三秒表系統(tǒng)為例，介紹課堂教學(xué)實(shí)施過(guò)程。首先，以10秒挑戰(zhàn)器的案例如圖3所示，引入本項(xiàng)目的學(xué)習(xí)任務(wù)。然后通過(guò)小組討論，分析本項(xiàng)目所需要學(xué)習(xí)的知識(shí)點(diǎn)。經(jīng)過(guò)分析，得出需要掌握獨(dú)立按鍵控制、數(shù)碼管顯示、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、中斷系統(tǒng)四個(gè)方便的知識(shí)。

圖3 10秒挑戰(zhàn)器案例

教師在課堂教學(xué)中對(duì)中斷控制系統(tǒng)和定時(shí)/計(jì)數(shù)器的結(jié)構(gòu)、工作原理進(jìn)行講解。同時(shí)以秒表案例講解中斷和定時(shí)/計(jì)數(shù)器程序編寫(xiě)的流程。學(xué)生使用Proteus軟件繪制電路圖，通過(guò)Keiluvison軟件進(jìn)行程序的編寫(xiě)，實(shí)現(xiàn)秒表案例，最后以實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的形式，完成10秒挑戰(zhàn)器的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)。

4.2.3 教學(xué)評(píng)價(jià)

在學(xué)習(xí)通平臺(tái)設(shè)定成績(jī)權(quán)重，其中考勤10%，課程任務(wù)點(diǎn)學(xué)習(xí)成績(jī)30%，章節(jié)測(cè)驗(yàn)10%，實(shí)驗(yàn)成績(jī)20%，期末考試30%，通過(guò)平臺(tái)提供的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)功能，完成學(xué)生綜合成績(jī)統(tǒng)計(jì)。

圖4 成績(jī)統(tǒng)計(jì)

4.3 教學(xué)改革成效對(duì)比

18級(jí)教學(xué)改革實(shí)施后的成績(jī)與實(shí)施前17級(jí)的成績(jī)進(jìn)行了對(duì)比，如表2所示。從表中數(shù)據(jù)可以看出，教學(xué)改革實(shí)施后，學(xué)生成績(jī)有了很明顯的提升，尤其是取得優(yōu)秀和良好等級(jí)的學(xué)生比例，從之前的32.5%提升到了83.8%。

表2 教學(xué)改革實(shí)施前后成績(jī)對(duì)比

5 結(jié)語(yǔ)

從“單片機(jī)技術(shù)”課程的教學(xué)理念、教學(xué)模式、教學(xué)方法、教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)評(píng)價(jià)等角度出發(fā)，提出課程教學(xué)改革思路，結(jié)合本校課程的教學(xué)實(shí)施，實(shí)踐證明，學(xué)生的應(yīng)用開(kāi)發(fā)能力、職業(yè)素養(yǎng)都得到了明顯的提升，教學(xué)效果良好，也為新“新工科”建設(shè)背景下，物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)專業(yè)課程建設(shè)提供支持。