新工科背景下學科競賽驅(qū)動的單片機課程實踐創(chuàng)新教學模式探索

馮洋

摘要 單片機課程是一門軟、硬件結(jié)合，具有很強實踐性的課程，它涵蓋了電子、計算機、自動化控制等技術(shù)，教學的難點是學生實踐與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。針對單片機課程教學現(xiàn)狀，遵循以成果為導向、學生為中心、持續(xù)改進的（OBE）教育教學理念，文章提出以“項目+思政”為載體，形成專業(yè)教育、思政教育與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育“三課融合”的教學模式。該教學模式依托學科競賽，形成課程設計作品、科技競賽作品、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)作品和畢業(yè)設計作品的成果導向，實現(xiàn)了單片機課程與專業(yè)教育、特色育人、實踐創(chuàng)新緊密聯(lián)系的教學目標。

關(guān)鍵詞 單片機課程；實踐創(chuàng)新；學科競賽；項目教學；思政融入

中圖分類號：G642文獻標識碼：ADOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2023.14.017

近年來，教育部大力推進“新工科”建設，高校作為“新工科”人才培養(yǎng)的主體，要求培養(yǎng)出具備很強的實踐能力和創(chuàng)新能力的高素質(zhì)復合型人才，這對地方應用型本科院校的辦學理念和人才培養(yǎng)模式提出了新的挑戰(zhàn)。特別是對與“新工科”密切相關(guān)的電子信息類、電氣工程類等專業(yè)、課程提出了新的改革要求[1-3]。

單片機是嵌入式系統(tǒng)的核心，因其具有集成度高、抗干擾能力強、控制功能強、性價比高等特性而廣泛應用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、軍事、交通及日常生活中[4]。為了響應國家新工科人才培養(yǎng)機制，培養(yǎng)出更適合相關(guān)企業(yè)需求的嵌入式高素質(zhì)應用型人才，夯實學生就業(yè)競爭力，單片機課程已成為電氣、電信、計算機等工科專業(yè)的核心能力課程。該課程為學生將來進行機電一體化和智能化產(chǎn)品的開發(fā)設計提供技術(shù)準備，讓學生初步具備運用單片機進行設備技術(shù)改造、產(chǎn)品開發(fā)的能力。單片機課程對于后續(xù)嵌入式系統(tǒng)等課程學習具有先導作用，同時也是學生在校期間學科競賽的重要相關(guān)課程，單片機課程實踐創(chuàng)新教學模式對新工科人才培養(yǎng)模式改革具有引領示范作用。

1單片機課程教學現(xiàn)狀分析

1.1實踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)不足

傳統(tǒng)單片機課程教學模式為課堂理論教學+課內(nèi)實驗教學兩部分，理論學時約為48―54學時，實踐學時為20學時左右，配套為8個驗證型基礎實驗和一個綜合設計實驗。傳統(tǒng)的課程教學通常以知識點為引領，逐章節(jié)展開講授，灌輸式教學。實驗教學過程有實踐但學生少有發(fā)揮自主性，創(chuàng)新性培養(yǎng)更是匱乏。學生的工程實踐能力和創(chuàng)新能力在傳統(tǒng)教學模式中沒有很好地體現(xiàn)，學生也就無法探究解決生產(chǎn)生活中的實際問題[5]。

1.2思政元素融入不深

為了更好地對學生進行進行靈魂塑造和價值觀的傳遞，思政元素的融入必不可少。單片機課程教學大綱中，教學目標體現(xiàn)有思政育人目標，但在具體教學內(nèi)容中，單片機課程的思政育人內(nèi)容幾乎沒有。思政教育主要以理論教學為主，由于單片機課程重在傳授專業(yè)技能和單片機技術(shù)開發(fā)應用的專業(yè)知識，具有實踐性強的特點，導致課程思政實施過程中思政元素融入性不強，思政教育難以發(fā)揮應有的作用，德育功能被長期弱化和邊緣化[6]。

1.3教學方式創(chuàng)新不夠

單片機課程教學創(chuàng)新不足。僅采用傳統(tǒng)的課堂教學模式已經(jīng)不能很好地調(diào)動學生的積極性，課程與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育完全無關(guān)聯(lián)，隨著課堂理論教學的結(jié)束，課程內(nèi)容也隨之結(jié)束，缺乏后續(xù)的持續(xù)培養(yǎng)過程。部分教學內(nèi)容采取的翻轉(zhuǎn)課堂缺乏監(jiān)督機制，部分學生劃水嚴重，課程考核方式側(cè)重理論，與“新工科”高素質(zhì)復合型人才培養(yǎng)完全脫節(jié)[7]。

2教學模式創(chuàng)新與實踐

為了適應新工科背景下的創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展需求，團隊教師遵循以學生為中心、成果為導向、持續(xù)創(chuàng)新、三全育人的教育教學理念，提出了新工科背景下學科競賽驅(qū)動的單片機課程實踐創(chuàng)新教學模式。該教學模式首先利用項目式教學法構(gòu)建階梯式創(chuàng)新能力培養(yǎng)機制，同時融入課程思政加強學生德育培養(yǎng)，結(jié)合創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育實現(xiàn)“三課”融合，依托學科競賽平臺，促使課程設計作品、科技競賽作品、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)作品和畢業(yè)設計作品等成果生成鞏固教學成果。該教學模式在注重培養(yǎng)學生專業(yè)技術(shù)的同時，遵循OBE以成果為導向的教育理念，以提升學生的工程實踐能力和創(chuàng)新能力為目的，同時也促進了課程支撐系統(tǒng)的完善，持續(xù)推動課程建設和教學改革。

2.1項目式教學法構(gòu)建階梯式創(chuàng)新能力培養(yǎng)機制

單片機課程的學習培養(yǎng)可劃分為夯實基礎、能力拓展、綜合提升、創(chuàng)新實踐四個階段。課程采用項目化教學方式，根據(jù)實踐項目內(nèi)容，打亂原有的課程內(nèi)容體系，將課程內(nèi)容按項目分為夯實基礎、能力拓展、綜合提升三個階段，三個階段對綜合設計能力的要求逐漸提高，難度逐漸增加，如圖1所示?；A模塊主要涉及相關(guān)基礎理論模塊的實踐應用和相關(guān)人機交互技術(shù)的練習；能力拓展模塊結(jié)合基礎訓練模塊和相關(guān)串行、并行通信技術(shù)實現(xiàn)相關(guān)項目實踐；綜合提升階段主要實踐一些綜合系數(shù)高、有一定難度的項目，同時也是前期基礎訓練階段和提高訓練階段相關(guān)內(nèi)容的綜合應用與提高。創(chuàng)新實踐培養(yǎng)主要體現(xiàn)在后續(xù)的課程設計作品、科技競賽作品、畢業(yè)設計作品和項目研發(fā)作品等持續(xù)培養(yǎng)階段。通過實踐過程的持續(xù)，讓學生以搭積木的形式來靈活運用各模塊知識并實現(xiàn)相關(guān)項目的設計，同時在實踐的過程中找到創(chuàng)新點，為后續(xù)課設作品、學科競賽、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練、畢業(yè)設計打下基礎。學科競賽作為后續(xù)實踐創(chuàng)新的主要手段，以賽促學，以賽促提升。通過學科競賽的實踐鍛煉達到培養(yǎng)學生綜合運用知識能力，正確分析、解決問題能力，逐步培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維，提高學生的創(chuàng)新意識。

2.2思政元素融入途徑

對于單片機課程思政元素的融入，首先教師應該樹立工科專業(yè)“課程思政”教育理念，根據(jù)工科專業(yè)“課程思政”教育模式，不斷提升“課程教育”的能力，培育學生高尚的職業(yè)素養(yǎng)。其次是打造單片機課程第二課堂教育模式，通過學科競賽實踐項目與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練達到對學生綜合能力的培育，引領學生多角度、多視角地分析專業(yè)課程教育，推進課程與市場發(fā)展模式相融合，加強學生職業(yè)素養(yǎng)教育。第三，在單片機課程中，注重文化導向，培育學生的文化自信，融入思政元素，將習近平新時代中國特色社會主義思想融入課程，重視學生社會主義核心價值觀的培育[8]。

單片機課程融入思政元素以提升學生家國情懷、科技報國志向為核心，以“項目+思政”為載體，將社會主義核心價值觀、”五愛”、工匠精神等有機融入傳統(tǒng)課堂，第二課堂實踐創(chuàng)新，加強第一課堂與第二課堂的教育銜接，發(fā)揮工科專業(yè)課“課程思政”的教育效度，堅定學生的理想與信念、培養(yǎng)學生的責任與擔當。如定時/計數(shù)器講解過程中，首先讓學生通過在線課程資源主動學習有關(guān)單片機定時器的基礎理論知識，并根據(jù)發(fā)布的任務提前做好項目準備。然后教師在課堂上就定時器定時實現(xiàn)教師過程的重難點知識進行詳細的講解，之后通過1ms的定時案例進行編程實現(xiàn)，然后引導小組討論進行1s的定時設計，同時由神州航天發(fā)射倒計時視頻引出實踐項目任務，同時融入思政元素，回顧我國航天事業(yè)的發(fā)展，了解航天創(chuàng)新精神，激發(fā)學生的愛國熱情，增強學生科技報國的意志和使命感[9]。最后引導學生在項目的基礎上進行一些創(chuàng)新思索，結(jié)合相關(guān)平臺進行設計與實踐。在課程項目實踐過程中實現(xiàn)知識迭代，根據(jù)實踐項目引入相關(guān)“思政”元素，將項目和思政元素融合實現(xiàn)多維育人。

2.3“三課”融合，以學科競賽為平臺，促使“四品”生成鞏固教學成果

根據(jù)地方應用型大學的培養(yǎng)目標，強化創(chuàng)新思維在實踐中的應用，將課程思政、專業(yè)技術(shù)教育與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育相融合，激發(fā)學生的創(chuàng)新思維，提升學生的創(chuàng)新能力。以互聯(lián)網(wǎng)+創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽、挑戰(zhàn)杯大學生課外學術(shù)科技作品等競賽為驅(qū)動，團隊教師結(jié)合實訓基地企業(yè)導師研究專創(chuàng)融合的途徑，將創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)思維融入單片機專業(yè)課，實現(xiàn)“雙課融通”，利用校企合作協(xié)同培養(yǎng)，將創(chuàng)新教育、工匠精神融入課程；通過創(chuàng)新思維、工匠精神、課程思政等育人元素融合校企文化，重塑課堂教學生態(tài)，做到“長技育人”，提升核心競爭力。通過競賽平臺，促使課程設計作品、科技競賽作品、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)作品和畢業(yè)設計作品“四品”生成鞏固?！八钠贰睂嵸|(zhì)為以賽促學，以課程學習激發(fā)創(chuàng)意，創(chuàng)意催生作品，教師又通過相關(guān)作品反過來優(yōu)化課程，整合課程項目，最終提升學習動能，推動課堂教學升級。

2.4以學科競賽為契機，完善課程支撐體系，推動課程持續(xù)建設與改革

將學科競賽融入日常教學活動，打造“賽事常規(guī)化”教學環(huán)境。建設單片機立體化課程資源，以超星學習通等平臺建立線上課程，教學過程實施線上線下混合式教學。通過“電子設計實訓中心”“創(chuàng)新實驗平臺”“嵌入式應用校企聯(lián)合實驗室”“學生第二課堂活動中心”等，為學生提供良好的實踐、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)和科研平臺。建立大學生創(chuàng)新工作室，開辟網(wǎng)上師生交流平臺、討論平臺、疑難問題解決平臺進行互動交流，更好地為單片機課程教學服務。同時將學生的競賽作品發(fā)布到網(wǎng)上，供大家學習、討論、參考。以學科競賽為契機，完善課程支撐系統(tǒng)，課程建設和改革強化了學生的專業(yè)技能培養(yǎng)，整個教學過程體現(xiàn)了“以學生為中心”的教育理念。

3結(jié)語

針對單片機課程教學中存在的問題，課程組進行了以“項目+思政”為載體，以學科競賽為驅(qū)動促使成果導向的新工科培養(yǎng)模式的實踐與探索。該模式為地方院校提高學生創(chuàng)造精神、實踐能力和應用型人才培養(yǎng)轉(zhuǎn)型提供思路。在教學過程中，課程教學模式的轉(zhuǎn)變有效提高了學生的實踐能力和創(chuàng)新能力，形成積極創(chuàng)新氛圍，學生學科競賽成績優(yōu)異，綜合素養(yǎng)全面提高，實踐創(chuàng)新成效證明了該教學模式的可行性與實用性。

基金項目：渭南師范學院校級教育教學改革項目“‘單片機原理及應用課程思政教育資源的挖掘與實施途徑研究”（JG202154）。

參考文獻

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