以学为中心的“微控制器原理及应用” 课程教学创新研究

黄耀群 张春晶 王娟

摘    要：文章分析了黑龙江科技大学“微控制器原理及应用”课程存在的问题，开展了多元化教学创新探索，提出了以“微控制器原理及应用”课程为核心的“区块链”课程体系建设思想，同时，深化实践教学和“一体化”人才培养模式改革，实现学生工程素质、实践能力、创新能力的整合提高。从课程创新教学取得的效果可以看出，“微控制器原理及应用”课程的教学创新对提高课堂教学质量和学生实践创新能力具有重要的意义和参考价值。

关键词：教学创新;多元化教学;课程“区块链”

中图分类号：G642      文献标识码：A      文章编号：1002-4107（2022）03-0075-03

随着科技的发展，社会需求的不断转变，高等教育人才培养理念和模式也在不断地完善和革新，从产教融合、卓越工程师计划、CDIO人才培养模式，到新工科、国际工程教育认证，全国各高校为培养具有开拓意识、创新能力的应用型人才不断努力探索。“微控制器原理及应用”课程作为电子信息类、电气类等专业的一门重要的专业基础课程，是嵌入式开发人才培养中的重要环节，它是数/模电路、高频电子线路与传感器设计、嵌入式开发课程之间的纽带和桥梁。在新时代、新理念、新社会需求的工科人才培养背景下，传统“微控制器原理及应用”课程的教学已经无法满足当前社会对创新型、应用型人才培养的需求，教学创新改革势在必行。如何切实提高教学质量，如何根据社会需求、技术发展更新教学内容，如何培养学生的设计开发能力和创新能力等一系列问题，要求教师在教育教学过程中持续不断地思考、创新和实践。

一、“微控制器原理及应用”课程的主体地位

和存在的问题

（一）课程的地位和作用

“微控制器原理及应用”是电子信息类、电气类等专业的一门重要的专业基础课，该课程以经典的89C51单片机为核心，结合目前主流的微控制器元件，主要讲述微控制器的硬件结构、指令系统、定时器/计数器、串行口、中断系统、A/D、D/A以及单片机的接口电路设计。通过该课程的学习可以使学生掌握单片机开发应用技能，熟悉常见的工程案例，了解单片机技术及其在工业控制、经济建设和日常生活中的应用，并结合实验和工程实践训练进一步提高学生的工程应用能力和创新能力，为学生后续嵌入式系统的开发铺平道路，为将来从事电子产品的设计开发、检测和维护等工作奠定坚实的基础[1]。同时，该课程在学生科研项目训练、学科竞赛、专业课程设计、毕业设计等环节也发挥着极其重要的作用。

（二）课程存在的问题

传统的“以教为中心”的教学理念，以教师讲授为主，“微控制器原理及应用”这种以培养学生综合设计能力、实践能力和创新能力为目标的课程已经很难达到其教学要求。这种教学模式无法调动学生的学习兴趣、促进学生学习的自主性，更谈不上创新能力的培养。所以，教学理念要不断地向“以学为中心”转变，突破现有的、刻板的、枯燥的教学模式，加强学生的学习自主性，培养其实践能力和创新能力。

学生学习成绩不高、自主性不强的原因，一方面是课程本身具有一定的专业难度，且教学模式的先进性不足。另一方面是学生对所学专业知识没有融会贯通，没有形成一个良好的知识体系。“微控制器原理及应用”课程与其前导课、后续课的相关知识具有较高的连续性，而对电子电路基础知识掌握较差的学生，在“微控制器原理及应用”课程不断深入学习后，会产生越来越多的问题，导致学习困难，最后失去学习兴趣。所以，教师在教学过程中要打破传统的课程组织形式，根据人才培养目标科学地构建课程体系，形成“区块链”，使专业知识融会贯通。

理论教学与实践教学脱节，理论知识与实践技能无法通过课程融合转化为解决问题的能力[2]。一方面，课程实验内容多为简单的验证性实验，学生只需按照教师的讲解，按部就班地完成，验证所学理论知识的正确性，在这一过程中难以培养学生真正独立思考和解决问题的能力。另一方面，综合实践训练的效果并不理想，虽然教师按照学生的知识水平对实践内容进行了设计，但在分组进行实践的过程中仍会有一部分学生存在“等、靠、要”的依赖思想，遇到难点就直接问教师或等其他学生做出来再进行修改，学生并没有发挥自主性，其实践能力和创新能力并没有通过分析问题、查找资料、讨论方案、反复测试等一系列过程得到实质性的提高。此外，学生参与全国电子设计竞赛等大学生创业创新大赛的比例不高、参与度不够，只有很少一部分学生的实践能力和创新能力得到了提高。

信息技术在课程教学中应用较少，线上教学平台没有得到充分的利用。自国家教育部大力推行高校教学改革以来，全国各高校开始重视信息技术在课堂中的应用，但在实际的课堂教学中，仍是以PPT讲授为主，并没有真正地运用相应的信息技术，当然这与教学环境和硬件设施的建设有一定的关系。各专业课教师进行线上教学时，仍是以上传授课视频、授课PPT和习题为主，并没有充分利用线上平台实現课程教学内容的讨论与交流，线上和线下的教学并没有结合起来形成优势互补[3]。

二、“以学为中心”课程创新改革思路和措施

在教学创新过程中，传统的教学环境、固定联排的桌椅严重束缚课堂上师生主动性和积极性的发挥，传统的教学空间无法自然形成人性化互动交流与创新智慧碰撞的氛围，无法促进学生创新思维的培养。为配合教学理念从“以教为中心”向“以学为中心”转变，高校不断加强智慧教室建设，为课程教学创新提供了良好的智能化、开放型、互动式的多样性教学环境，以实现教育理念与教学空间、教育模式和教学方法的双向促进[4]。

在教学方法上，“微控制器原理及应用”课程逐步探索有效的教学创新模式，利用思维导图激发学生的学习兴趣，增加学生的思考时间，充分挖掘学生个性潜能。同时，思维导图作为一种开放性的思维工具，利用它进行教学设计和板书教学，不但逻辑思路清晰，便于构建专业知识体系，而且可以训练学生的思维能力，让学生在已掌握知识的基础上，用发散的思维去思考问题，进行知识的融合、迁移及灵活运用，可较好地提高学生学习的自主性和创新思维能力。

科学构建课程体系，将嵌入式开发人才培养的重要课程整合贯通。教学中，教师要注重知识的逻辑关系，前面课程的知识后面要如何应用、如何建立联系，要“敲黑板，画重点”;后续课程需要应用哪些前面课程的知识，需要进行回顾、联结和绑定，突出课程知识内在的逻辑统一，将原有专业课程的相互隔离状态转化为专业知识体系内部的协调衔接和相互补充，形成课程体系的“区块链”。

“微控制器原理及应用”作为一门实践性较强的课程，为实现学生实践创新能力培养，将理论转化为实践创新能力，在试验和实践环节可以开展以各类电子竞赛题目和企业实际工程项目为导向的模块式教学，让实践内容更具有现实意义，而不是简单的理论验证。在实践的过程中，教师要求各学生小组根据实践项目利用思维导图进行分解，通过积极思考、讨论和运用理论知识构建合理的设计方案，逐步实现各项实践要求，提升学生在实践训练中的参与度，提高学生积极性、自主性和团队合作能力。同时，加强实践教学环节的过程管理，加大学生操作能力、项目设计方案的先进性和创新性、最终项目答辩成绩的比重，真正地把理论与实践、设计与创新、能力与素质紧密地结合起来，落到实处，实现学生工程素质、实践能力、创新能力的整合提高[5]。

注重信息、网络技术在教学中的应用。采用“线上”网络教学与“线下”课堂教学相结合、思维导图与翻转课堂相结合、自主学习与任务驱动相结合的多元化教学模式，打破传统课堂教学“以教为中心”学生被动学习的弊端。打造以知识点、重点、难点为核心的微课，共享各类电子设计比赛题目和大学生创业创新项目的优秀案例，通过“微控制器原理及应用”课程线上平台，任课教师发布学习任务，开展线上教学和学生自主学习，师生充分利用网络优势进行学习讨论和交流，加强线上互动。同时，充分利用高校搭建的智慧教室，开展“以学为中心”的翻转课堂，以思维导图教学、讨论式教学、项目式教学等多元化的教学方法，突出学生的学习主体地位。学生根据教师下达的学习任务和实践项目进行讲述、分析、讨论和创新，发挥主动性和创造性，提高分析、解决问题的能力，创新能力和学习的成就感。

三、“微控制器原理及应用”课程教学创新改革取得的成效

自2016年以来，“微控制器原理及应用”课程不断完善思维导图的教学方法，开展多元化的教学实践，获得了显著的教学成果。学生期末考试平均成绩提高了10.9%，得到了专家、同行和学生的广泛认可和高度评价，甚至部分已就业的学生，在工作中仍在使用思维导图的方法进行工作任务汇报和项目分析。“微控制器原理及应用”课程思维导图教学模式如图1所示。

通过“微控制器原理及应用”课程教学和实践的不断改革，学生的实践能力稳步提升，参加各类电子竞赛和创新创业大赛的学生数量和获奖数量明显增加。近5年来，黑龙江科技大学共计160余名学生在全国电子设计大赛、“挑战杯”全国大学生系列科技学术竞赛、“蓝桥杯”全国软件和信息技术专业人才大赛和全国大学生创新创业大赛等各项比赛中获奖。

四、持续深化课程创新改革，实现能力培养和就业一体化

在课程教学创新改革的过程中，如何激发学生的兴趣和学习的自主性、如何科学地将课程教学内容与创新教育教学方法相结合、如何将理论教学与实践及技术发展相结合，实现创新型、应用型人才培养是值得教师不断思索和探究的持续性命题。“微控制器原理及应用”课程教学内容既包括硬件电路设计，又有软件编程，对学生的基础知识和实践能力要求较高。在近年来的思维导图创新教学过程中，学生逐步形成了积极主动思考、讨论交流的良好学习氛围，思维能力得到了显著提升，课程也逐步向“以教师为主导，以学生为主体”的教学形式转变。

在教育教学改革创新不断深化的过程中，黑龙江科技大学电子信息工程专业将以“微控制器原理及应用”课程为点、嵌入式开发人才培养方向为线，从思维导图的教学方法入手，采用任务和实践项目驱动，持续完善校企合作，尝试构建从课程到实训、从实习到管培，再到就业的一体化人才培养体系，将学生的理论知识转化为实践创新能力，打通教学、实践、实习和就业环节。在实践教学中邀请一批在行业内具有一定实力的企业技术人员，发挥企业技术人员和专业课教师的作用，以企业实际项目为实践内容，培养实践创新人才。在毕业实习阶段，企业可以对在实践过程中表现优异的学生发出实习邀请，进入项目团队进行管理培训，对实习优秀的学生，赋予优先签约权，真正实现学生能力培养和就业的一体化。

时代在发展，社会需求在转变，为了培养满足社会需求的高素质人才，高校需要与“识”俱进、与“需”共进，注重以学生为主体，开展“以学为中心”的教育教学创新。“微控制器原理及应用”课程的课堂教学采用创新性的思维导图教学模式，结合线上教学平台和线下翻转课堂的多元化教学模式，强调对学生的自主学习能力和思维能力的培养。实验实践教学采用以各类电子竞赛题目和企业实际工程项目为导向的模块式教学，加强对学生的实践能力和创新创业能力的培养。通过不断的探索和努力，“微控制器原理及应用”课程教学质量稳步提升，为嵌入式开发人才培养打下了坚实的基础。该课程的教育教学创新具有较强的通用性和扩展性，对于注重实践能力培养的类似课程具有较高的推广价值，对电子信息工程、电气类专业学生的实践能力、创新创业能力的培养具有重要的现实意义。

参考文献：

[1]  中国大学MOOC.微控制器原理与应用课程概 述[DB/OL].（2020-03-09）[2021-09-16].https：//www.icourse163.org/course/preview/GYD0451-1450303577.

[2]  董燕丽，赵晓艳，刘攀，等.“新工科”背景下《单片机原理与应用》的教学改革探索[J].中国设备工程，2020（22）：233.

[3]  王丹，赵凯，程琤，等.“单片机原理及应用”课程教学改革[J].西部素质教育，2020，6（7）：177.

[4]  “以教为中心”向“以学为中心”转变[DB/OL].（2019- 06-19）[2021-09-16].https：//www.sohu.com/a/321615967_99941855.

[5]  施明登，韩清华.基于《單片机原理及应用》课程创新创业能力培养研究[J].高教学刊，2020（25）：43.

■ 编辑∕丁俊玲

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