新工科背景下学科竞赛驱动的单片机课程实践创新教学模式探索

冯洋

摘要 单片机课程是一门软、硬件结合，具有很强实践性的课程，它涵盖了电子、计算机、自动化控制等技术，教学的难点是学生实践与创新能力的培养。针对单片机课程教学现状，遵循以成果为导向、学生为中心、持续改进的（OBE）教育教学理念，文章提出以“项目+思政”为载体，形成专业教育、思政教育与创新创业教育“三課融合”的教学模式。该教学模式依托学科竞赛，形成课程设计作品、科技竞赛作品、创新创业作品和毕业设计作品的成果导向，实现了单片机课程与专业教育、特色育人、实践创新紧密联系的教学目标。

关键词 单片机课程；实践创新；学科竞赛；项目教学；思政融入

中图分类号：G642文献标识码：ADOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2023.14.017

近年来，教育部大力推进“新工科”建设，高校作为“新工科”人才培养的主体，要求培养出具备很强的实践能力和创新能力的高素质复合型人才，这对地方应用型本科院校的办学理念和人才培养模式提出了新的挑战。特别是对与“新工科”密切相关的电子信息类、电气工程类等专业、课程提出了新的改革要求[1-3]。

单片机是嵌入式系统的核心，因其具有集成度高、抗干扰能力强、控制功能强、性价比高等特性而广泛应用于工业、农业、军事、交通及日常生活中[4]。为了响应国家新工科人才培养机制，培养出更适合相关企业需求的嵌入式高素质应用型人才，夯实学生就业竞争力，单片机课程已成为电气、电信、计算机等工科专业的核心能力课程。该课程为学生将来进行机电一体化和智能化产品的开发设计提供技术准备，让学生初步具备运用单片机进行设备技术改造、产品开发的能力。单片机课程对于后续嵌入式系统等课程学习具有先导作用，同时也是学生在校期间学科竞赛的重要相关课程，单片机课程实践创新教学模式对新工科人才培养模式改革具有引领示范作用。

1单片机课程教学现状分析

1.1实践创新能力培养不足

传统单片机课程教学模式为课堂理论教学+课内实验教学两部分，理论学时约为48―54学时，实践学时为20学时左右，配套为8个验证型基础实验和一个综合设计实验。传统的课程教学通常以知识点为引领，逐章节展开讲授，灌输式教学。实验教学过程有实践但学生少有发挥自主性，创新性培养更是匮乏。学生的工程实践能力和创新能力在传统教学模式中没有很好地体现，学生也就无法探究解决生产生活中的实际问题[5]。

1.2思政元素融入不深

为了更好地对学生进行进行灵魂塑造和价值观的传递，思政元素的融入必不可少。单片机课程教学大纲中，教学目标体现有思政育人目标，但在具体教学内容中，单片机课程的思政育人内容几乎没有。思政教育主要以理论教学为主，由于单片机课程重在传授专业技能和单片机技术开发应用的专业知识，具有实践性强的特点，导致课程思政实施过程中思政元素融入性不强，思政教育难以发挥应有的作用，德育功能被长期弱化和边缘化[6]。

1.3教学方式创新不够

单片机课程教学创新不足。仅采用传统的课堂教学模式已经不能很好地调动学生的积极性，课程与创新创业教育完全无关联，随着课堂理论教学的结束，课程内容也随之结束，缺乏后续的持续培养过程。部分教学内容采取的翻转课堂缺乏监督机制，部分学生划水严重，课程考核方式侧重理论，与“新工科”高素质复合型人才培养完全脱节[7]。

2教学模式创新与实践

为了适应新工科背景下的创新驱动发展需求，团队教师遵循以学生为中心、成果为导向、持续创新、三全育人的教育教学理念，提出了新工科背景下学科竞赛驱动的单片机课程实践创新教学模式。该教学模式首先利用项目式教学法构建阶梯式创新能力培养机制，同时融入课程思政加强学生德育培养，结合创新创业教育实现“三课”融合，依托学科竞赛平台，促使课程设计作品、科技竞赛作品、创新创业作品和毕业设计作品等成果生成巩固教学成果。该教学模式在注重培养学生专业技术的同时，遵循OBE以成果为导向的教育理念，以提升学生的工程实践能力和创新能力为目的，同时也促进了课程支撑系统的完善，持续推动课程建设和教学改革。

2.1项目式教学法构建阶梯式创新能力培养机制

单片机课程的学习培养可划分为夯实基础、能力拓展、综合提升、创新实践四个阶段。课程采用项目化教学方式，根据实践项目内容，打乱原有的课程内容体系，将课程内容按项目分为夯实基础、能力拓展、综合提升三个阶段，三个阶段对综合设计能力的要求逐渐提高，难度逐渐增加，如图1所示。基础模块主要涉及相关基础理论模块的实践应用和相关人机交互技术的练习；能力拓展模块结合基础训练模块和相关串行、并行通信技术实现相关项目实践；综合提升阶段主要实践一些综合系数高、有一定难度的项目，同时也是前期基础训练阶段和提高训练阶段相关内容的综合应用与提高。创新实践培养主要体现在后续的课程设计作品、科技竞赛作品、毕业设计作品和项目研发作品等持续培养阶段。通过实践过程的持续，让学生以搭积木的形式来灵活运用各模块知识并实现相关项目的设计，同时在实践的过程中找到创新点，为后续课设作品、学科竞赛、创新创业训练、毕业设计打下基础。学科竞赛作为后续实践创新的主要手段，以赛促学，以赛促提升。通过学科竞赛的实践锻炼达到培养学生综合运用知识能力，正确分析、解决问题能力，逐步培养学生的创新思维，提高学生的创新意识。

2.2思政元素融入途径

对于单片机课程思政元素的融入，首先教师应该树立工科专业“课程思政”教育理念，根据工科专业“课程思政”教育模式，不断提升“课程教育”的能力，培育学生高尚的职业素养。其次是打造单片机课程第二课堂教育模式，通过学科竞赛实践项目与创新创业训练达到对学生综合能力的培育，引领学生多角度、多视角地分析专业课程教育，推进课程与市场发展模式相融合，加强学生职业素养教育。第三，在单片机课程中，注重文化导向，培育学生的文化自信，融入思政元素，将习近平新时代中国特色社会主义思想融入课程，重视学生社会主义核心价值观的培育[8]。

单片机课程融入思政元素以提升学生家国情怀、科技报国志向为核心，以“项目+思政”为载体，将社会主义核心价值观、”五爱”、工匠精神等有机融入传统课堂，第二课堂实践创新，加强第一课堂与第二课堂的教育衔接，发挥工科专业课“课程思政”的教育效度，堅定学生的理想与信念、培养学生的责任与担当。如定时/计数器讲解过程中，首先让学生通过在线课程资源主动学习有关单片机定时器的基础理论知识，并根据发布的任务提前做好项目准备。然后教师在课堂上就定时器定时实现教师过程的重难点知识进行详细的讲解，之后通过1ms的定时案例进行编程实现，然后引导小组讨论进行1s的定时设计，同时由神州航天发射倒计时视频引出实践项目任务，同时融入思政元素，回顾我国航天事业的发展，了解航天创新精神，激发学生的爱国热情，增强学生科技报国的意志和使命感[9]。最后引导学生在项目的基础上进行一些创新思索，结合相关平台进行设计与实践。在课程项目实践过程中实现知识迭代，根据实践项目引入相关“思政”元素，将项目和思政元素融合实现多维育人。

2.3“三课”融合，以学科竞赛为平台，促使“四品”生成巩固教学成果

根据地方应用型大学的培养目标，强化创新思维在实践中的应用，将课程思政、专业技术教育与创新创业教育相融合，激发学生的创新思维，提升学生的创新能力。以互联网+创新创业大赛、挑战杯大学生课外学术科技作品等竞赛为驱动，团队教师结合实训基地企业导师研究专创融合的途径，将创新创业思维融入单片机专业课，实现“双课融通”，利用校企合作协同培养，将创新教育、工匠精神融入课程；通过创新思维、工匠精神、课程思政等育人元素融合校企文化，重塑课堂教学生态，做到“长技育人”，提升核心竞争力。通过竞赛平台，促使课程设计作品、科技竞赛作品、创新创业作品和毕业设计作品“四品”生成巩固。“四品”实质为以赛促学，以课程学习激发创意，创意催生作品，教师又通过相关作品反过来优化课程，整合课程项目，最终提升学习动能，推动课堂教学升级。

2.4以学科竞赛为契机，完善课程支撑体系，推动课程持续建设与改革

将学科竞赛融入日常教学活动，打造“赛事常规化”教学环境。建设单片机立体化课程资源，以超星学习通等平台建立线上课程，教学过程实施线上线下混合式教学。通过“电子设计实训中心”“创新实验平台”“嵌入式应用校企联合实验室”“学生第二课堂活动中心”等，为学生提供良好的实践、创新创业和科研平台。建立大学生创新工作室，开辟网上师生交流平台、讨论平台、疑难问题解决平台进行互动交流，更好地为单片机课程教学服务。同时将学生的竞赛作品发布到网上，供大家学习、讨论、参考。以学科竞赛为契机，完善课程支撑系统，课程建设和改革强化了学生的专业技能培养，整个教学过程体现了“以学生为中心”的教育理念。

3结语

针对单片机课程教学中存在的问题，课程组进行了以“项目+思政”为载体，以学科竞赛为驱动促使成果导向的新工科培养模式的实践与探索。该模式为地方院校提高学生创造精神、实践能力和应用型人才培养转型提供思路。在教学过程中，课程教学模式的转变有效提高了学生的实践能力和创新能力，形成积极创新氛围，学生学科竞赛成绩优异，综合素养全面提高，实践创新成效证明了该教学模式的可行性与实用性。

基金项目：渭南师范学院校级教育教学改革项目“‘单片机原理及应用课程思政教育资源的挖掘与实施途径研究”（JG202154）。

参考文献

[1]教育部.“新工科”建设复旦共识[J].复旦教育论坛，2017（2）：27-28.

[2]教育部.教育部高等教育司关于开展新工科研究与实践的通知[EB/OL].（2017-2-20）. http：//www.moe.gov.cn/s78/A08/tongzhi/201702/t20170223_297 158.html.

[3]周玉，周丽娟，朱文球，等.“新工科”背景下单片机课程设计教学的改革研究[J].装备制造技术，2022（9）：186-188，194.

[4]姜忠爱，蔡卫国，牛春亮.单片机原理与应用教学模式与课程思政改革研究[J].高教学刊，2020（9）：129-131.

[5]李佳佳，贺伟，刘晓芳等.新工科背景下单片机课程教学的研究与探索[J].教育现代化，2019，6（24）：80-81，95.

[6]王洋，魏娇.基于项目的《单片机原理及接口技术》课程思政教学探索与实践[J].河北农机，2021（7）：64-65.

[7]陈晓全，新工科背景下独立学院单片机课程创新教学探索[J].科技与创新，2022（12）：135-137.

[8]何文华.思政元素融入工科专业课的研究──以《单片机原理及应用》课程为例[J].湖北农机化，2020（16）：101-102.

[9]王中宝，王云鹤.单片机课程中发光二极管教学与思政融合项目开发研究[J].发明与创新（职业教育），2020（2）：70.