基于跨校修讀的單片機(jī)工程實(shí)踐能力提升研究

曹一鵬　毛艷娥　吳昊

摘? 要：針對(duì)跨校修讀模式存在的不足及單片機(jī)課程具有強(qiáng)實(shí)踐性的特征，對(duì)如何提升學(xué)生的工程實(shí)踐能力進(jìn)行研究。該文闡述如何改革以彌補(bǔ)單片機(jī)課程跨校修讀的不足，提出“四提升”，即提升課程對(duì)學(xué)生的吸引力、提升學(xué)生對(duì)單片機(jī)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的感性認(rèn)識(shí)、提升學(xué)生的動(dòng)手及分析能力、提升學(xué)生的愛(ài)國(guó)精神與航空?qǐng)?bào)國(guó)的使命感。最后，通過(guò)對(duì)比說(shuō)明以提升學(xué)生工程實(shí)踐能力為導(dǎo)向的跨校修讀模式具有較好的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：跨校修讀；單片機(jī)課程；工程實(shí)踐能力；實(shí)踐效果；課程改革

中圖分類號(hào)：G640? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ? 文章編號(hào)：2096-000X（2023）26-0001-04

Abstract： In view of the shortcomings of cross school teaching mode and the strong practicality of microcontroller course， this paper studies how to improve students' engineering practice ability. The paper expounds how to reform to make up for the deficiency of cross school teaching of microcontroller course， and puts forward "four improvements"， namely， improving the attraction of the course to students， improving students' perceptual knowledge of the development of single chip microcomputer system， improving students' practical and analytical ability， and improving students'patriotic spirit and sense of mission of serving the country by aviation. Finally， through comparison， it shows that cross-school teaching mode guided by improving students' engineering practice ability has a good teaching effect.

Keywords： cross-school teaching; microcontroller course; engineering practice ability; practical effect; course reform

在互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)飛速發(fā)展和新冠感染疫情仍在持續(xù)的今天，傳統(tǒng)的教學(xué)方式已不適應(yīng)時(shí)代發(fā)展的需要，在線跨校修讀制度打破了傳統(tǒng)課堂教學(xué)的諸多限制，加速了高等教育課程的開(kāi)放化、公平化、國(guó)際化和自主化發(fā)展進(jìn)程[1]。而推進(jìn)教育信息化是實(shí)現(xiàn)高等教育發(fā)展的有效途徑之一，早在還未出現(xiàn)新冠感染疫情的2014年9月，根據(jù)教育部相關(guān)要求，遼寧省教育廳結(jié)合省內(nèi)高校實(shí)際情況，大力推進(jìn)線上、線下跨校修讀工作，探索校際協(xié)同育人新模式[2]。2018年4月13日，為加快教育現(xiàn)代化和教育強(qiáng)國(guó)建設(shè)，教育部制定并印發(fā)《教育信息化2.0行動(dòng)計(jì)劃》，積極推進(jìn)“互聯(lián)網(wǎng)+教育”，開(kāi)展數(shù)字資源服務(wù)普及行動(dòng)，提出建成國(guó)家教育資源公共服務(wù)體系，數(shù)字教育資源實(shí)現(xiàn)開(kāi)放共享[3]。截至2022年7月，“酷學(xué)遼寧”平臺(tái)上遼寧開(kāi)課高校有40多所，視頻課程有1 506個(gè)。

一? 單片機(jī)課程進(jìn)行跨校修讀的意義

隨著智能控制技術(shù)的飛速發(fā)展，單片機(jī)得到了廣泛應(yīng)用，這也要求從業(yè)人員具備較高的單片機(jī)應(yīng)用技能。當(dāng)前，大多數(shù)工科高校都開(kāi)設(shè)了單片機(jī)相關(guān)課程，筆者所在的沈陽(yáng)航空航天大學(xué)（以下簡(jiǎn)稱“沈航”）正在大力發(fā)展通航特色，開(kāi)設(shè)單片微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用課程。該課程是遼寧省一流課程，是沈航為數(shù)不多的校級(jí)平臺(tái)課，沈航大多數(shù)工科專業(yè)，尤其是與通用航空相關(guān)的專業(yè)，均修讀該門課程。

跨校修讀是“互聯(lián)網(wǎng)+教育”的一種新型高校教學(xué)模式[4]。單片微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用課程在線跨校修讀能夠滿足學(xué)生個(gè)性化學(xué)習(xí)單片機(jī)課程的需求、培養(yǎng)學(xué)生對(duì)于單片機(jī)課程的自主學(xué)習(xí)能力，還能夠促進(jìn)高校間優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源的共享，減小教育水平間差距，促使教育公平，且不同院校均有各自特色，因此，學(xué)生進(jìn)行在線跨校修讀，有如下幾個(gè)優(yōu)勢(shì)。

第一，有助于激發(fā)學(xué)生對(duì)于單片機(jī)課程的學(xué)習(xí)興趣。

第二，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)及獨(dú)立思考的能力，有利于培養(yǎng)學(xué)生單片機(jī)系統(tǒng)整體開(kāi)發(fā)能力。

第三，教師對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)的評(píng)價(jià)模式更加多樣化和靈活化。

第四，學(xué)生可通過(guò)“酷學(xué)遼寧”在線學(xué)習(xí)平臺(tái)領(lǐng)略其他院校教師的授課風(fēng)格，免費(fèi)使用線上優(yōu)質(zhì)課程資源，推進(jìn)高校間的交流合作及單片機(jī)課程教學(xué)資源的共建共享。

通過(guò)跨校修讀的教學(xué)模式，教學(xué)團(tuán)隊(duì)以單片機(jī)行業(yè)人才需求為指引，堅(jiān)持成果導(dǎo)向教育的理念，探索及構(gòu)建以學(xué)生工程能力培養(yǎng)為導(dǎo)向的線上、線下混合單片機(jī)教學(xué)體系，這是培養(yǎng)創(chuàng)新思維和知識(shí)-能力-素養(yǎng)為一體的優(yōu)秀單片機(jī)行業(yè)人才的教學(xué)體系的重要途徑。

二? 存在的主要問(wèn)題

盡管在線跨校修讀單片機(jī)課程具有很大的優(yōu)勢(shì)，但也暴露出一些亟待解決的問(wèn)題，主要集中在以下幾個(gè)方面。

第一，學(xué)生執(zhí)行力欠缺。不同學(xué)生之間的自覺(jué)性和自主學(xué)習(xí)能力有很大差別，部分學(xué)生未按照教學(xué)要求觀看視頻，個(gè)別學(xué)生不能按時(shí)完成任務(wù)點(diǎn)，影響課程整體進(jìn)度，同時(shí)存在一定的作業(yè)抄襲現(xiàn)象。

第二，在線跨校修讀主要是通過(guò)觀看視頻的方式進(jìn)行理論學(xué)習(xí)，但這種方式卻使學(xué)生對(duì)單片機(jī)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的直觀認(rèn)識(shí)不夠，對(duì)單片機(jī)系統(tǒng)的整體開(kāi)發(fā)掌握得不夠深入。

第三，學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力、系統(tǒng)分析能力得不到鍛煉與提高。

第四，在線跨校修讀更多重視的是學(xué)生理論知識(shí)的培養(yǎng)，在育人方面關(guān)注不足，尤其是在航空?qǐng)?bào)國(guó)方面上更為缺失。

因此，要想在跨校修讀的單片機(jī)教學(xué)改革中取得成果，教學(xué)團(tuán)隊(duì)必須對(duì)整個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)進(jìn)行一系列的改革。

三? 課程改革的探索與實(shí)踐

大連海洋大學(xué)的黃璐等[5]對(duì)翻轉(zhuǎn)課堂與傳統(tǒng)面授的混合教學(xué)進(jìn)行了研究，東北財(cái)經(jīng)大學(xué)的汪旭暉等[6]針對(duì)“互聯(lián)網(wǎng)+”跨校修讀學(xué)分課程混合式翻轉(zhuǎn)教學(xué)模式進(jìn)行了研究，遼寧工業(yè)大學(xué)的何蘭等[7]對(duì)跨校修讀與課程思政建設(shè)進(jìn)行了研究，沈陽(yáng)師范大學(xué)的付亮等[8]從班級(jí)規(guī)模對(duì)跨校修讀授課效果的影響上進(jìn)行了研究，沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)的姜鳳利等[9]對(duì)課程基于“互聯(lián)網(wǎng)+”的創(chuàng)新模式改革進(jìn)行了實(shí)踐。許多教師都從各自不同的課程在跨校修讀下對(duì)課程教學(xué)質(zhì)量的提高進(jìn)行了研究與探索，但鮮有教師對(duì)單片機(jī)課程跨校修讀的影響進(jìn)行分析，尤其是在跨校修讀模式下如何提升學(xué)生工程實(shí)踐能力的研究更是缺失，本文就以“四提升”對(duì)該方面的教學(xué)進(jìn)行研究與探索。

（一）? 修訂教學(xué)大綱，豐富教學(xué)內(nèi)容，提升課程對(duì)學(xué)生的吸引力

課程建設(shè)方與使用方教師組成聯(lián)合教學(xué)團(tuán)隊(duì)，綜合各自學(xué)校和專業(yè)的特點(diǎn)，共同擬定教學(xué)大綱。原則上，在理論知識(shí)的講授上，建課方教師講授時(shí)要有所側(cè)重；在實(shí)踐能力的培養(yǎng)上，用課方教師則要花費(fèi)更多的學(xué)時(shí)與精力。

筆者及教學(xué)團(tuán)隊(duì)教師堅(jiān)持OBE教育理念，以學(xué)生發(fā)展為中心，著力培養(yǎng)學(xué)生的硬件設(shè)計(jì)能力、軟件設(shè)計(jì)能力、仿真能力、電路設(shè)計(jì)能力及綜合設(shè)計(jì)能力等多項(xiàng)工程實(shí)踐能力。創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)題目及內(nèi)容，優(yōu)化單片機(jī)實(shí)踐教學(xué)知識(shí)體系，為改變課內(nèi)實(shí)驗(yàn)多為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的情況，筆者重新制定實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目及指導(dǎo)書(shū)，增加綜合性、工程性、創(chuàng)新性的內(nèi)容。

建課方教師在線上授課中，除注重理論知識(shí)的講授外，還要布置一定難度的題目要求學(xué)生在虛擬仿真平臺(tái)Proteus上仿真運(yùn)行。采用Proteus虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)可有效解決學(xué)習(xí)單片機(jī)必須使用實(shí)體單片機(jī)實(shí)驗(yàn)板（箱）的問(wèn)題，有利于全方位提升學(xué)生的系統(tǒng)設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)能力，提高教學(xué)質(zhì)量。

在制定實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目時(shí)，采用層次遞進(jìn)方法，學(xué)習(xí)能力弱和學(xué)習(xí)能力強(qiáng)的同學(xué)都能恰當(dāng)?shù)仄ヅ涞竭m合自己的實(shí)驗(yàn)題目，可以做到因材施教，提高學(xué)生的獲得感，提升學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的積極性。

除層次遞進(jìn)式的課內(nèi)實(shí)驗(yàn)外，為培養(yǎng)學(xué)生自主創(chuàng)新能力，根據(jù)整個(gè)課程的知識(shí)點(diǎn)和體系結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)了四層階梯型的選做題目，供學(xué)生在課余時(shí)間選做。選做實(shí)驗(yàn)階梯任務(wù)分解圖如圖1所示。

通過(guò)虛擬仿真平臺(tái)Proteus的使用、制定層次遞進(jìn)的課內(nèi)實(shí)驗(yàn)題目和階梯型選做題目，可使學(xué)生根據(jù)自己的能力隨時(shí)隨地學(xué)習(xí)單片機(jī)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)單片機(jī)課程的興趣。

（二）? 改善教學(xué)手段，完善教學(xué)方法，提升學(xué)生對(duì)單片機(jī)整體開(kāi)發(fā)的感性認(rèn)識(shí)

教學(xué)團(tuán)隊(duì)改變傳統(tǒng)教學(xué)的“滿堂灌”方式，由“教師的教為主體”轉(zhuǎn)變?yōu)橐浴皩W(xué)生的學(xué)為主體”，堅(jiān)持以學(xué)生發(fā)展為中心，以提升學(xué)生的工程實(shí)踐能力為導(dǎo)向，對(duì)教學(xué)方法、教學(xué)手段進(jìn)行了一系列的改革。

教學(xué)團(tuán)隊(duì)考慮到單片機(jī)課程具有強(qiáng)實(shí)踐性的特征，在教學(xué)中采用如圖2所示的以提升學(xué)生工程實(shí)踐能力為導(dǎo)向的三層式混合教學(xué)方法。該方法要求學(xué)生在課前通過(guò)“酷學(xué)遼寧”平臺(tái)對(duì)建課方教師教授的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行預(yù)習(xí)，觀看視頻、完成思考題并進(jìn)行拓展閱讀及問(wèn)題整理，建課方教師可要求學(xué)生在單片機(jī)虛擬仿真平臺(tái)Proteus上進(jìn)行開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)；課中，用課方教師在上課之初從一個(gè)應(yīng)用實(shí)例導(dǎo)入本節(jié)課內(nèi)容，并對(duì)該實(shí)例進(jìn)行三種方法的分析：理論分析、仿真演示、實(shí)際構(gòu)建，之后組織學(xué)生進(jìn)行分組研討，對(duì)用課方教師提出的問(wèn)題加以解答，最終師生一起對(duì)本節(jié)知識(shí)進(jìn)行歸納總結(jié)；課后，給學(xué)生布置作業(yè)，作業(yè)要求學(xué)生以實(shí)操為主，圍繞本節(jié)知識(shí)做個(gè)簡(jiǎn)單的單片機(jī)應(yīng)用，用課方教師給出一些示例題目，學(xué)生也可自擬題目，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的能力，提升學(xué)生對(duì)單片機(jī)系統(tǒng)整體開(kāi)發(fā)的感性認(rèn)識(shí)。

（三）? 改革考核方法，增加考核指標(biāo)，提升學(xué)生的動(dòng)手及分析能力

教學(xué)團(tuán)隊(duì)改變“一考定終身”的考核模式，采用過(guò)程化、精細(xì)化的考核方式，增加實(shí)驗(yàn)成績(jī)比重，學(xué)生總評(píng)成績(jī)由學(xué)生在“酷學(xué)遼寧”平臺(tái)上觀看建課方教師的教學(xué)視頻的時(shí)長(zhǎng)、建課方教師線上布置的作業(yè)、用課方教師發(fā)布的課堂研討參與度、學(xué)生課后實(shí)際操作能力、課內(nèi)實(shí)驗(yàn)成績(jī)和期末筆試成績(jī)構(gòu)成。具體各部分構(gòu)成比例見(jiàn)表1。

通過(guò)增加考核指標(biāo)與環(huán)節(jié)，對(duì)學(xué)生的每個(gè)學(xué)習(xí)階段進(jìn)行量化的、精細(xì)化的考核，可以起到督促學(xué)生認(rèn)真學(xué)習(xí)的目的。在成績(jī)構(gòu)成的占比中，加大了實(shí)操成績(jī)和實(shí)驗(yàn)成績(jī)的比例，降低了期末筆試的比例，這樣更有助于學(xué)生從主觀上更加重視實(shí)踐環(huán)節(jié)，提升學(xué)生對(duì)單片機(jī)系統(tǒng)的分析能力與開(kāi)發(fā)能力。

（四）? 優(yōu)化教學(xué)方案，增加育人內(nèi)容，提升學(xué)生的愛(ài)國(guó)精神與航空?qǐng)?bào)國(guó)的使命感

教學(xué)團(tuán)隊(duì)深入挖掘單片微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用課程蘊(yùn)含的思政元素，在授課中增加育人內(nèi)容，在設(shè)計(jì)導(dǎo)入實(shí)例時(shí)，要注重將專業(yè)知識(shí)中蘊(yùn)含的精神、思想、價(jià)值挖掘出來(lái)，結(jié)合天和核心艙、問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙等航天器的成功發(fā)射，講解單片機(jī)在航空航天器上的應(yīng)用。用課方教師有意識(shí)地將愛(ài)國(guó)情感、民族自豪感、社會(huì)責(zé)任感和使命感“潤(rùn)物細(xì)無(wú)聲”地融入課堂教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)事求是、積極探索的學(xué)習(xí)態(tài)度，鼓勵(lì)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)，克服畏難情緒，注重學(xué)生航空?qǐng)?bào)國(guó)精神品質(zhì)的培養(yǎng)[10]。

四? 單片機(jī)課程跨校修讀的實(shí)踐效果

（一）? 考試成績(jī)對(duì)比

在2021—2022（2）學(xué)期，沈航機(jī)電工程學(xué)院2019級(jí)共有2個(gè)專業(yè)學(xué)生修讀了單片微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用課程，其中車輛工程專業(yè)共3個(gè)班級(jí)，劃分為1個(gè)教學(xué)任務(wù)（命名任務(wù)1），機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化專業(yè)共有10個(gè)班級(jí)，劃分為5個(gè)任務(wù)（命名為任務(wù)2～任務(wù)6），由教學(xué)團(tuán)隊(duì)中的6位教師負(fù)責(zé)教學(xué)。為了獲得較為客觀的數(shù)據(jù)，教學(xué)團(tuán)隊(duì)隨機(jī)抽取2位老師的2個(gè)專業(yè)部分班級(jí)學(xué)生進(jìn)行了跨校修讀，即任務(wù)1和任務(wù)2的學(xué)生，其余教學(xué)任務(wù)仍然按照傳統(tǒng)教學(xué)的方式組織教學(xué)。由于跨校修讀和傳統(tǒng)教學(xué)模式學(xué)生的成績(jī)構(gòu)成不同，因此，本文僅對(duì)最終期末考試進(jìn)行成績(jī)分析。在期末考試試題中，為考查學(xué)生的工程實(shí)踐能力，沒(méi)有考查客觀題，均為主觀編程題。最終期末成績(jī)各分?jǐn)?shù)段人數(shù)占比直方圖如圖3所示。

由圖3可知，學(xué)生期末成績(jī)各分?jǐn)?shù)段人數(shù)趨于正態(tài)分布，進(jìn)行跨校修讀的任務(wù)1和任務(wù)2學(xué)生低分成績(jī)較少，高分成績(jī)較多，教學(xué)效果良好。因此可以得出，以提升學(xué)生工程實(shí)踐能力為導(dǎo)向的跨校修讀教學(xué)模式可以有效提高學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力，能夠滿足學(xué)生個(gè)性化學(xué)習(xí)單片機(jī)課程的需要。

（二）? 創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)計(jì)劃數(shù)量對(duì)比

根據(jù)任課教師初步統(tǒng)計(jì)，在2022—2023學(xué)年獲批的與單片機(jī)相關(guān)的省、校大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)計(jì)劃項(xiàng)目數(shù)量上，采用跨校修讀模式的班級(jí)獲批的項(xiàng)目數(shù)量高于采用傳統(tǒng)教學(xué)模式的班級(jí)獲批的項(xiàng)目數(shù)量。具體各教學(xué)任務(wù)中班均獲批與單片機(jī)相關(guān)的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)計(jì)劃數(shù)量見(jiàn)表2。

由此可以得出，不管是從學(xué)習(xí)成績(jī)上，還是工程實(shí)踐能力的培養(yǎng)上，以學(xué)生工程實(shí)踐能力培養(yǎng)為導(dǎo)向的跨校修讀教學(xué)模式都優(yōu)于傳統(tǒng)的教學(xué)模式。

五? 結(jié)束語(yǔ)

在全國(guó)高校各門課程學(xué)時(shí)減少的大背景下，采用以提升學(xué)生工程實(shí)踐能力為導(dǎo)向的跨校修讀混合式培養(yǎng)符合時(shí)代發(fā)展需要及單片機(jī)強(qiáng)實(shí)踐性的課程特點(diǎn)，能更加激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)單片機(jī)的興趣，提升學(xué)生單片機(jī)系統(tǒng)的實(shí)踐動(dòng)手開(kāi)發(fā)能力，可為行業(yè)培養(yǎng)優(yōu)秀的單片機(jī)人才。

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[9] 姜鳳利，陳春玲，黃蕊，等.基于“互聯(lián)網(wǎng)+”的電工電子類課程創(chuàng)新模式改革與實(shí)踐[J].高等農(nóng)業(yè)教育，2020（6）：85-89.

[10] 曹一鵬，潘琢金，吳昊，等.課程思政視角下的“單片微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用”課程教學(xué)探索與實(shí)踐研究[J].工業(yè)和信息化教育，2022（5）：47-51.

基金項(xiàng)目：2021年第一批教育部產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人項(xiàng)目“基于‘單片微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用課程實(shí)踐教學(xué)條件的改善與提升”（202101335053）；2021年遼寧省普通高等教育本科教學(xué)改革研究項(xiàng)目“基于數(shù)字孿生的《單片微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用》混合教學(xué)模式改革研究”（遼教辦〔2021〕254號(hào)）；2022年遼寧省普通高等教育本科教學(xué)改革研究項(xiàng)目（優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源建設(shè)與共享項(xiàng)目）“以跨校修讀為基礎(chǔ)、以提升工程實(shí)踐能力為導(dǎo)向的‘單片微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用課程改革的探索與實(shí)踐”（遼教辦〔2022〕160號(hào)）；2022年沈陽(yáng)航空航天大學(xué)教學(xué)改革項(xiàng)目“基于提升學(xué)生工程能力的單片機(jī)實(shí)踐教學(xué)體系的改革與實(shí)踐”（JG2022001）

第一作者簡(jiǎn)介：曹一鵬（1981-），男，漢族，吉林大安人，工學(xué)碩士，講師。研究方向?yàn)閱纹瑱C(jī)教學(xué)及嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)。