以学生为中心从课点出发——《单片机原理及应用》课程改革与探索

高淑婷 宋 华 杨翠丽 赵凤伟

齐齐哈尔工程学院，黑龙江 齐齐哈尔 161000

一、研究背景

人工智能到来后，最直接的冲击是什么？人类智能一旦被拆解为已知事件和规则步骤，它就会为人工智能所替代。教育要回归和重塑，坚持“以本为本”，推进“四个回归”，教育理念急需改变，人才观念需要调整，育人过程与教学方式急需重塑。掌握知识只是学习的“手段”，而发展能力、增长智慧才是学习的目的。完善人的核心素养，是当代教育的唯一选择。2017年2月，教育部正式提出加强“新工科（New Engineering）”建设，实现学科导向转向产业需求导向，全校师生树立新的教育观、学生观、教师观、课堂观和教学价值观，学习和贯彻“以学生为中心”的教育理念，从以“课堂、教材、教师”为中心的“老三中心”，转变为“以学生学习为中心，以学习效果为中心，以学生发展为中心”的“新三中心”。本课程的开发本着以培养高素质应用创新型人才为目标，以服务学生为宗旨，紧密对接区域社会发展需求，立足齐齐哈尔工程学院课程改革实际发展现状，以学生为中心，以课程建设为重心，以课点为核心，因材施教，构建特色的“以学生为中心”的FT课程建设模式，助力学生多元化、个性化成长成才。

二、《单片机原理及应用》课程开发

课程是人才培养的核心要素，课程质量直接决定人才培养质量。课程改革是学校永恒的主题，想要促进课程的建设，首先要明确的是如何进行有效课程改革，通过大量的文献查找可以发现，有效的课程改革是以是否调动了学生的学习兴趣、探究兴趣、职业兴趣为标准，是结合学生实际、结合学校文化、结合社会需求，以社会的岗位需求为出发点，突出以学生为中心。

深化教育教学改革，必须把教学改革成果落实到课程建设中，构建以学生为中心的课程开发形式。主要内容包括：各专业从能力结构变化想象未来的人才需求和教育创新，本着以学生发展为中心、以学生学习为中心、以学生学习效果为中心，依据齐齐哈尔工程学院《FT》课程建设模式，本文以《单片机原理及应用》课程为例，以课点作为课程的最小单位，系统科学地进行课程定位、课程设计、课程实施、课程评价，提高课堂教学的有效性[1]。

（一）课程定位

《单片机原理及应用》课程是车辆工程专业的学科基础课，是一门应用性很强的课程，其理论与实践技能是车辆工程专业学生将来学习后续课程及毕业后从事汽车零部件或者整车设计工作不可缺少的。因此，本课程在学习单片机基本原理的基础上，强调实际应用，要做到既重视基本知识的讲解，又注重学生在应用方面的训练，为专业人才培养目标服务的同时更为学生成长服务。因此在进行培养目标的确定时，要充分考虑到本门课程所支撑的专业毕业要求，以及专业的学年实践目标要求，最后从知识、技能、态度三个维度明确本科课程开设的要求。这种确定课程教学目标的方式，更能让开课教师明确本门课程在人才培养方案中的作用，没有脱离专业的要求。

（二）课程设计

在服务地方装备制造企业发展背景下，齐齐哈尔工程学院机电系打造专业集群，车辆工程专业在集群中对接汽车制造产业，分析专业在产业链中的位置和岗位，及专业对本门课程的要求，对传统的章节内容进行重新梳理，结合专业所有必修课程进行分析，提炼出其他专业课程对本门课程的知识需求。这部分内容作为本门课程的核心教学内容，为后续专业课的学习奠定基础，服务专业，同时，本门课程为学科基础课，为了保证学科的系统性和完整性，又补充了单片机人机交互相关的知识，服务学生成长，从而共同构成了本门课程的教学内容。

根据本门课程在专业行动体系下人才培养方案的位置，专业要求课程的教学内容在校内完成，没有必须提前下发给学生在校外完成的内容，无法使用校内外翻转课堂的教学形式。面对专业对课程教学场所的要求，教师需要在授课形式上进行积极的探索，如何做到以学生学习为中心，而不是教师针对教学内容进行满堂灌。因此，本门课程在设计的时候较多考虑学生会喜欢什么样的课堂授课方式，以提高学生的学习效果。本课程选择了“课赛结合”的教学模式。为激发学生的学习兴趣，在专业设置的课赛融合机制下，本门课程对和单片机相关的竞赛进行了知识的梳理，以“飞思卡尔杯全国大学生智能车竞赛”“智能车的控制部分”作为一个切入点进行“课赛融合”的教学设计。将课程内容与竞赛项目进行有机地融合，充分利用竞赛项目的高实践性、强竞争性、硬专业性等特点全面提升学生的综合能力。

教师对四个竞赛项目内容进一步进行教学化处理，根据教学需求，形成五个典型项目，分别为最小相位系统设计、自动最小相位系统设计、多功能相位系统设计、扩展相位系统设计、人机交互相位系统设计。这五个项目同时遵循人的认知规律，从简到难，层层递进，形成了本门课程五个项目32个课点的门课矩阵。

课程内容的教学开展紧密依托机电工程系车辆工程专业的汽车大楼创新实验室，该实验室的教学资源可以满足课程的教学需求，通过课前、课中、课后展开相应的教学内容。课前下发学生学习任务书，采取先学后教；在课下完成自学内容的学习，教师通过学习通、QQ群微信等平台进行教学检查；剩下的课点采用先教后学在课上完成，两者有机融合。

在设计本门课程时，也将课程思政融入其中。教师要利用好课堂教学的主渠道，思想政治理论课要坚持，要在改进中加强，提升思想政治教育亲和力，提升它的针对性，满足当代学生成长发展的需求和期待，其他各门课都要像思想政治课一样守好一段渠、种好责任田，使各类课程与思想政治理论课同向同行，形成协同效应。专业课同样要落实好立德树人的根本任务，本门课程深入发掘思政元素，充分挖掘知识点背后的故事，做到有的放矢、精准施策，使课堂教学润物无声。通过企业故事、比赛故事、三学期实习、魔术等一些案例和活动，培养学生的职业精神、创新精神、批判精神和工匠精神，例如在绪论里讲到单片机的语言时，充分思考课点背后的意义，引入一个星座魔术的活动，教师向学生展示，在课堂中与学生互动星座的意义，星座被理解为与人的性格、命运等人们比较在乎的东西都是息息相关的，但是对于魔术师而言，所谓的这些性格等都是可以被创造的。“在课堂上为学生展示一个魔术的表演，表明通过心灵感应就可以知道学生的星座。有些学生可能对星座不是很了解，通过一个表格来向同学们表明，一年当中共计有十二个星座，想要知道自己属于哪一个星座那就要看看我们的出生日期是什么。”但是对于这种算得出生日期的方法不止那一种，我们可以利用魔术师算得星座是什么的办法——二进制。在二进制语言中，10＝1×8＋0×4＋1×2＋0×1，通过这种方式，数位的计算单位由1000、100、10、1可以看成是 8、4、2、1，与此同时出现的数位上的大小也由0到9的十种可能替换成了0与1这两种形式，10我们就用1010来描述了。因此卡片上A、B、C、D这几个数分别描述了从上到下的4个二进制数位，由于10号星座—处女座的二进制所代表的是1019，因此处女座的信息就会在卡片A和C上出现。就可以通过这四张卡片上的信息来确定星座的具体名称，那么星座的信息所对应出现的内容，它的二进制信息就已经被魔术师换算出来，提前知晓，如果在对着卡片的时候你表示有，那么魔术师就可以知道你说的有为二进制语言1，反之，如果没有就为二进制语言0。计算机和所谓的魔术师一样，它不认识0～9的语言，只能识别到0和1的二进制，从而来表示各种数字内容。作为当代大学生要相信科学，明确自己的是非观，最后形成本门课程的思政案例集[2]。

（三）课程实施

课程实施是实现预期教育结果的手段。在课程实施部分，最难的就是如何处理好教师和学生的关系。本门课程开发了辅助本门课程的学习手册，手册内容包含学生5个项目的任务书和拓展练习，任务书中明确项目下课点的学习形式和考核形式。每学期开课前将学习手册下发给学生，让学生构建出整门课程的应知应会。课前，是教师对竞赛项目进行教学化处理的过程，在学习手册中以任务书的形式提前让学生了解，之后，学生要完成项目学习团队的组建，3～4人一组，根据教师下发的内容书进行学习，分析选择适合自己的难度。课上，教师也会针对学生提出的问题进行补充，引导学生思考为什么出现此类问题并分析，同时学生也要分析，提出解决措施。课后引导学生多反思，多问为什么，让学生去实验、去验证，在此过程中教师既充当裁判的角色，负责挑出问题，提出质疑，又充当导师的角色，需要设计相关的教学环节，引导学生去分析问题，提出解决的措施，并能进行反思，提高学生发现问题、定义问题、分析问题、解决问题的能力，随着项目的进程提高学生的创新能力。在实施过程中齐齐哈尔工程学院重视对学生“三五能力”的培养，教师组织学生党员和组成的小组组织共同加入课堂的管理中，形成“两级讨论、组长负责、小组帮学”的评价形式。积极分子组长和教师进行一级讨论，组长和组员之间进行二级讨论，积极分子监督小组组长，充分发挥学生党员的模范先锋作用，让当代大学生党员更具有使命感和责任感，协助教师监督课程的实施情况；小组组长帮助教师统筹小组的学习情况，通过师生的相互配合，提高学生沟通协调能力。教师也在教学环节中增加了自己的批判性思维，从而实现了教学相长的目的。

（四）课程评价

课程评价是教学活动中至关重要的部分，也可以直观地反映出学生学得怎么样、教师教得如何。《单片机原理及应用》不仅要应用汇编语言进行编程，而且涉及到应用项目的硬件设计，本课程的评价，突出测量学生的学习效果，依据设计的五个项目的达成情况作为具体考核评价方式，充分展现课点学习形式，让学生方面清楚如何学，而教师方面明白如何教，使得学生明确课上和课下需要学习的内容，并清楚如何才能达标，形成本门课程的三级矩阵，并且设计的过程使得评价的标准可视化、可量化。

首先，教师需要将比赛项目进行教学化处理，“以单片机系统为核心”的赛题类型中的“控制类：悬挂运动控制系统、简易智能电动车等”，结合“全国大学生飞思卡尔杯智能汽车竞赛”的相关规则，设计难易程度不同的项目，根据项目的难易程度不同，所占分值也不同。同时将每个项目任务按照教学进度分解成逐层递进的子项目。

其次，学生组建项目团队，然后根据项目团队的实际，进行选题，作为本学期本门课程的项目作业，团队之间要分工明确，组长负责统筹管理，所选择的竞赛项目作为本学期平时成绩中，项目作业的分数，再根据后面的难度系数，折合出本门课程最后的项目作业技术说明书的成绩。

再次，项目作业的中期验收和学期末的答辩，形成一个技术说明书，附A0电路图和程序附录，小组制作PPT进行汇报答辩，根据技术说明书的成绩和汇报的成绩作为最后的总成绩，如果在此过程中有论文、专利等，教师会酌情进行考虑，给予加分。如果学生最后的项目考核都能达标，说明每个项目下的课点考核及格，每个项目的教学目标达成，本门课程的教学目标达成，从而自下而上地反向推回课程支撑指标点的达标[3]。

三、结语

本课程开发主要应用“以学生为中心”教育教学理念，立足学校应用创新型人才培养定位，以“四真三化”为指导思想，通过以“课点”为最小教学单元进行课程建设，课程教学符合应用型、复合型、创新型人才培养要求，强化知识的广度和深度，增加研究性、创新性、综合性内容，通过不断探索和优化课程建设形式，使枯燥、繁琐的教学内容在实践过程中得以掌握，不但使学生得到充分的锻炼，将所学的知识在实践中得以应用，同时也使学生的职业素养在实践中逐渐养成，为学生参加全国光电大赛、全国电子设计大赛和“全国大学生飞思卡尔杯智能汽车竞赛”的比赛奠定一定的基础，守好一段渠、种好责任田，进而达到专业人才培养目标的要求。