“递进式四四融合”模式下“单片机类”课程教学改革探索

田素玲

摘 要：通过对“单片机类”课程的课程模式、教学方式、团队建设、评价机制进行“递进式四四融合”教学改革，使得“硬件知识+编程语言”“理论知识+课内实验”“理论知识+实训”“理论知识+课程设计”进行融合，从而实现“理论知识”与“实际项目”相融合、“理论教学”与“实践教学”相融合、“校”与“企”相融合、“测”与“评”相融合，增强学生的工程实践意识，培养学生4种工程能力，满足应用型本科院校课程的人才培养要求。

关键词：“递进式四四融合”;融合;工程实践

0 引言

随着“工业4.0”“中国制造2025”发展战略的提出，“互联网”“机器人”等产业高速发展，推动着科技革命的新一轮变革。高等教育经历“复旦共识”“天大行动”和“北京指南”等探索后，明确了我国工科教育需要持续培养新型工程科技人才，以支撑国家实施创新驱动的发展模式，提出了“新工科”教育的新模式。2019年国家教育部启动“双万计划”，对于一流本科、一流学科的建设将本科教育与新工科建设的融合推进到了一个新的高度[1-2]。

新工科建设，在工程教育理念的推动下快速发展。一方面，主要培养学生动手技能和解决实际工程问题的能力;另一方面要求学生具有多学科交叉背景下的团队协作能力。

随着工业机器人行业的快速发展，以微控制器为核心的应用系统得到普遍使用，单片机作为入门级的微处理技术，对初学者来说是学习应用的理想平台，并对继续学习DSP、ARM、嵌入式系统等相近技术打下基础。从近年来机电专业各种学科竞赛和用人单位的需求看，单片机的应用能力都占了很大比重，“单片机类”课程在应用型人才培养过程中具有重要作用。传统的教学模式特别是实践教学已经不能满足需要，教学的创新改革成为核心问题[3]。

1   传统“单片机类”教学模式存在的具体问题

在传统的教学中，多数“单片机类”课程沿用先理论后实验的教学模式，即完成一定量的理论教学之后，在针对所学知识开设若干实验。只有部分学生能真正掌握单片机应用系统设计的一般步骤和方法，大部分学生对硬件电路设计和软件编程概念理解不透，学生解决实际问题的能力欠缺、创新能力不足。

近些年，全国各地的高等教育机构正积极进行专业认证和推动新工科建设，推动理论与实践相结合、知识与能力相结合，课堂与岗位相结合。同类本科院校，一直在摸索“单片机类”课程的教学改革模式，已经取得了一些成绩，但大部分的改革仍然沿用老框架，同时受到实验设备的限制、考核方法的制约，使得单片机类课程的教学改革成效一直不明显[4]。仍然存在著以下几方面的问题。

（1）教学模式老旧，不能满足培养新型工程人才的需要。

先理论后实验的传统教学模式，强调知识体系的完整性和逻辑关系。按照系统原理与结构、指令系统、程序设计、外部中断系统、定时器/计数器、串行口、I/O口、应用系统设计等架构式、分章节、按顺序讲授。没有从学生接受知识的视角出发，课程内容抽象而琐碎，学生学习囫囵吞枣，容易失去兴趣，对后期课程的学习望而却步。

（2）验证性实验比重高，工程背景实验项目少，学生解决实际问题能力弱。

实验项目基本都是针对理论教学的一个具体知识点设定，以习题化小实验为主，很难与实际开发项目衔接起来。同时，学生在有限的时间内完成设计性和综合性实验也存在较大困难。

（3）软件与硬件知识衔接不好，学生创新能力不足。

单片机的学习需要软件和硬件的支持，学生大三学习单片机课程，大一学习的C语言，遗忘严重，到实验课实践过程中只能对着单片机这个“黑匣子”发呆，无法完成课程软硬件匹配需求。

（4）考核方式单一，不能全面考核学生知识掌握和运用情况。

考试主要以闭卷理论考核为主，仅注重基础知识的考核，虽然实验考核纳入平时成绩，但由于没有成型的具体考核办法，导致学生实验课积极性不高。

2   “单片机类”课程教学改革内容

针对“单片机类”这类实践性很强的课程，通过对上述存在的具体问题进行分析，对传统的教学模式进行创新和升级，进行新的“递进式四四融合”，改革教学手段、教学方法、加大实验室开放力度、完善考核方法等进行多方面的分析与探讨[5]，具体通过以下几方面。

（1）改变原有的课程导向模式，“理论知识”与“实际项目”相融合。

践行工程教育认证的“成果导向教育（OBE）”理念 ，以教学结果为导向，弱化教师主宰作用，以学生为中心，以项目为导向，构建知识体系。课程体系设置上并改变传统的硬件结构、接口电路设计、中断系统、定时器、计数器等的分块的知识架构，变为从项目出发，课程体系，达到“硬件知识+编程语言”相融合，以完成具体的任务为目的，从简单到复杂分层次有侧重点的设计知识架构，设计具体的项目，每个知识点与具体的项目融合，在项目中学生通过完成具体任务达到掌握不同知识点的目的。

（2）引入新的教学模式，改进教学方法，“理论教学”与“实践教学”相融合。

课程设置增加实践教学学时，将传统的理论课和实践分开上的模式，变为小班精品课，配合51单片机开发试验版，在实验室中上课，理论教学和实验教学一体化，“理论知识+课内实验”相融合。做到边讲解边练习，学生在学中练，有助于对理论知识的理解，通过练习既熟悉了单片机的操作，掌握了各个引脚功能的使用;同时，在实践中对所学知识也有了深刻的理解。

利用大学慕课和学习通等平台进行线上线下混合教学，将教学资源和视频资源网络化，使得学生随时看随时学，课前做到提前预习，课上带着问题学习，课后及时上传作业、作品，网络答疑批改一对一，及时有效，不受时间地域限制。

改变教师讲学生听的传统教学方式，每次课设定基本任务点和扩展任务点，提出问题引导学生思考，自主完成学习任务。

强化学生主体作用，以完成具体任务为目标，采取灵活的教学模式，设计教学方法，激发学生学习兴趣与潜能，完成学习任务

（3）增强课程团队建设，“校”与“企”相融合。

加強与企业合作，优化师资队伍，充实课程团队，培养学生的团队协作能力和工程能力，提升学生的职业素养。

增加“实训环节”环节，分小组分项目进行，从电路图的绘制、到元器件的焊接、到程序的编写烧录与实现，整个流程，达到“理论知识”与“实际项目”无缝融合，锻炼学生的团队合作能力。

“课程设计”采取新方式，与相关企业进行合作教学，从企业中获取具体的项目，引入企业导师，学生跟着导师做实际项目，项目从电路图绘制、到器件选用，程序编写、最终现场调试、产品运行等环节全面参与。锻炼学生的实际运用能力和解决问题能力。

（4）改革考核方式，“测”与“评”相融合。

改变原有考核方式，卷面考核+课程设计+实训+答辩多种考核方式，学生和企业参与评分，考试项目多样化和评价方法全面化，全面系统考核学生学习能力和工程应用能力。

3   结语

在“新工科”背景下，基于“CDIO”工程教育理念，以“单片机原理及C程序设计”课程作为试点，通过课程改革，激发学生的学习兴趣，不仅能提升对本课程知识的理解，同时应用到其他课程中，最终贯穿整个课程体系，使得学生知识系统化、网络化，培养学生灵活运用知识分析问题和解决问题的能力;培养学生的职业道德和职业技术能力;培养学生团队协作能力;培养学生创新能力。从而提高毕业生就业率、就专率和岗位竞争力。

[参考文献]

[1]姜超，曹以龙.基于16位单片机的应用实践教学探讨[J].教育教学论坛，2019（19）：220-221.

[2]徐云.基于CDIO工程教育理念的教育教学改革研究—以《单片机原理及应用》为例[J].教育现代化，2019（27）：38-39.

[3]王东霞，温秀兰，黄家才，等.单片机课程教学改革探索[J].中国现代教育装备，2019（4）：42-45.

[4]孙天彦，张小奇，王彬琪.基于引导文教学法的《单片机技术与应用》课程设计探究[J].教育论坛，2019（4）：176.

[5]赵亚妮.逆向教学设计法在“单片机原理及应用”教学中的应用[J].黑龙江工业学报，2019（5）：20-24.

（编辑 何 琳）