基于跨校修读的单片机工程实践能力提升研究

曹一鹏　毛艳娥　吴昊

摘  要：针对跨校修读模式存在的不足及单片机课程具有强实践性的特征，对如何提升学生的工程实践能力进行研究。该文阐述如何改革以弥补单片机课程跨校修读的不足，提出“四提升”，即提升课程对学生的吸引力、提升学生对单片机系统开发的感性认识、提升学生的动手及分析能力、提升学生的爱国精神与航空报国的使命感。最后，通过对比说明以提升学生工程实践能力为导向的跨校修读模式具有较好的教学效果。

关键词：跨校修读；单片机课程；工程实践能力；实践效果；课程改革

中图分类号：G640        文献标志码：A          文章编号：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

在互联网技术飞速发展和新冠感染疫情仍在持续的今天，传统的教学方式已不适应时代发展的需要，在线跨校修读制度打破了传统课堂教学的诸多限制，加速了高等教育课程的开放化、公平化、国际化和自主化发展进程[1]。而推进教育信息化是实现高等教育发展的有效途径之一，早在还未出现新冠感染疫情的2014年9月，根据教育部相关要求，辽宁省教育厅结合省内高校实际情况，大力推进线上、线下跨校修读工作，探索校际协同育人新模式[2]。2018年4月13日，为加快教育现代化和教育强国建设，教育部制定并印发《教育信息化2.0行动计划》，积极推进“互联网+教育”，开展数字资源服务普及行动，提出建成国家教育资源公共服务体系，数字教育资源实现开放共享[3]。截至2022年7月，“酷学辽宁”平台上辽宁开课高校有40多所，视频课程有1 506个。

一  单片机课程进行跨校修读的意义

随着智能控制技术的飞速发展，单片机得到了广泛应用，这也要求从业人员具备较高的单片机应用技能。当前，大多数工科高校都开设了单片机相关课程，笔者所在的沈阳航空航天大学（以下简称“沈航”）正在大力发展通航特色，开设单片微型计算机原理及应用课程。该课程是辽宁省一流课程，是沈航为数不多的校级平台课，沈航大多数工科专业，尤其是与通用航空相关的专业，均修读该门课程。

跨校修读是“互联网+教育”的一种新型高校教学模式[4]。单片微型计算机原理及应用课程在线跨校修读能够满足学生个性化学习单片机课程的需求、培养学生对于单片机课程的自主学习能力，还能够促进高校间优质教学资源的共享，减小教育水平间差距，促使教育公平，且不同院校均有各自特色，因此，学生进行在线跨校修读，有如下几个优势。

第一，有助于激发学生对于单片机课程的学习兴趣。

第二，培养学生自主学习及独立思考的能力，有利于培养学生单片机系统整体开发能力。

第三，教师对学生学习的评价模式更加多样化和灵活化。

第四，學生可通过“酷学辽宁”在线学习平台领略其他院校教师的授课风格，免费使用线上优质课程资源，推进高校间的交流合作及单片机课程教学资源的共建共享。

通过跨校修读的教学模式，教学团队以单片机行业人才需求为指引，坚持成果导向教育的理念，探索及构建以学生工程能力培养为导向的线上、线下混合单片机教学体系，这是培养创新思维和知识-能力-素养为一体的优秀单片机行业人才的教学体系的重要途径。

二  存在的主要问题

尽管在线跨校修读单片机课程具有很大的优势，但也暴露出一些亟待解决的问题，主要集中在以下几个方面。

第一，学生执行力欠缺。不同学生之间的自觉性和自主学习能力有很大差别，部分学生未按照教学要求观看视频，个别学生不能按时完成任务点，影响课程整体进度，同时存在一定的作业抄袭现象。

第二，在线跨校修读主要是通过观看视频的方式进行理论学习，但这种方式却使学生对单片机系统开发的直观认识不够，对单片机系统的整体开发掌握得不够深入。

第三，学生的动手实践能力、系统分析能力得不到锻炼与提高。

第四，在线跨校修读更多重视的是学生理论知识的培养，在育人方面关注不足，尤其是在航空报国方面上更为缺失。

因此，要想在跨校修读的单片机教学改革中取得成果，教学团队必须对整个教学环节进行一系列的改革。

三  课程改革的探索与实践

大连海洋大学的黄璐等[5]对翻转课堂与传统面授的混合教学进行了研究，东北财经大学的汪旭晖等[6]针对“互联网+”跨校修读学分课程混合式翻转教学模式进行了研究，辽宁工业大学的何兰等[7]对跨校修读与课程思政建设进行了研究，沈阳师范大学的付亮等[8]从班级规模对跨校修读授课效果的影响上进行了研究，沈阳农业大学的姜凤利等[9]对课程基于“互联网+”的创新模式改革进行了实践。许多教师都从各自不同的课程在跨校修读下对课程教学质量的提高进行了研究与探索，但鲜有教师对单片机课程跨校修读的影响进行分析，尤其是在跨校修读模式下如何提升学生工程实践能力的研究更是缺失，本文就以“四提升”对该方面的教学进行研究与探索。

（一）  修订教学大纲，丰富教学内容，提升课程对学生的吸引力

课程建设方与使用方教师组成联合教学团队，综合各自学校和专业的特点，共同拟定教学大纲。原则上，在理论知识的讲授上，建课方教师讲授时要有所侧重；在实践能力的培养上，用课方教师则要花费更多的学时与精力。

笔者及教学团队教师坚持OBE教育理念，以学生发展为中心，着力培养学生的硬件设计能力、软件设计能力、仿真能力、电路设计能力及综合设计能力等多项工程实践能力。创新实验教学题目及内容，优化单片机实践教学知识体系，为改变课内实验多為验证性实验的情况，笔者重新制定实验项目及指导书，增加综合性、工程性、创新性的内容。

建课方教师在线上授课中，除注重理论知识的讲授外，还要布置一定难度的题目要求学生在虚拟仿真平台Proteus上仿真运行。采用Proteus虚拟仿真实验平台可有效解决学习单片机必须使用实体单片机实验板（箱）的问题，有利于全方位提升学生的系统设计和开发能力，提高教学质量。

在制定实验项目时，采用层次递进方法，学习能力弱和学习能力强的同学都能恰当地匹配到适合自己的实验题目，可以做到因材施教，提高学生的获得感，提升学生主动学习的积极性。

除层次递进式的课内实验外，为培养学生自主创新能力，根据整个课程的知识点和体系结构，设计了四层阶梯型的选做题目，供学生在课余时间选做。选做实验阶梯任务分解图如图1所示。

通过虚拟仿真平台Proteus的使用、制定层次递进的课内实验题目和阶梯型选做题目，可使学生根据自己的能力随时随地学习单片机系统开发，增强学生对单片机课程的兴趣。

（二）  改善教学手段，完善教学方法，提升学生对单片机整体开发的感性认识

教学团队改变传统教学的“满堂灌”方式，由“教师的教为主体”转变为以“学生的学为主体”，坚持以学生发展为中心，以提升学生的工程实践能力为导向，对教学方法、教学手段进行了一系列的改革。

教学团队考虑到单片机课程具有强实践性的特征，在教学中采用如图2所示的以提升学生工程实践能力为导向的三层式混合教学方法。该方法要求学生在课前通过“酷学辽宁”平台对建课方教师教授的知识点进行预习，观看视频、完成思考题并进行拓展阅读及问题整理，建课方教师可要求学生在单片机虚拟仿真平台Proteus上进行开发设计；课中，用课方教师在上课之初从一个应用实例导入本节课内容，并对该实例进行三种方法的分析：理论分析、仿真演示、实际构建，之后组织学生进行分组研讨，对用课方教师提出的问题加以解答，最终师生一起对本节知识进行归纳总结；课后，给学生布置作业，作业要求学生以实操为主，围绕本节知识做个简单的单片机应用，用课方教师给出一些示例题目，学生也可自拟题目，培养学生创新创业的能力，提升学生对单片机系统整体开发的感性认识。

（三）  改革考核方法，增加考核指标，提升学生的动手及分析能力

教学团队改变“一考定终身”的考核模式，采用过程化、精细化的考核方式，增加实验成绩比重，学生总评成绩由学生在“酷学辽宁”平台上观看建课方教师的教学视频的时长、建课方教师线上布置的作业、用课方教师发布的课堂研讨参与度、学生课后实际操作能力、课内实验成绩和期末笔试成绩构成。具体各部分构成比例见表1。

通过增加考核指标与环节，对学生的每个学习阶段进行量化的、精细化的考核，可以起到督促学生认真学习的目的。在成绩构成的占比中，加大了实操成绩和实验成绩的比例，降低了期末笔试的比例，这样更有助于学生从主观上更加重视实践环节，提升学生对单片机系统的分析能力与开发能力。

（四）  优化教学方案，增加育人内容，提升学生的爱国精神与航空报国的使命感

教学团队深入挖掘单片微型计算机原理及应用课程蕴含的思政元素，在授课中增加育人内容，在设计导入实例时，要注重将专业知识中蕴含的精神、思想、价值挖掘出来，结合天和核心舱、问天实验舱等航天器的成功发射，讲解单片机在航空航天器上的应用。用课方教师有意识地将爱国情感、民族自豪感、社会责任感和使命感“润物细无声”地融入课堂教学，培养学生实事求是、积极探索的学习态度，鼓励学生主动学习，克服畏难情绪，注重学生航空报国精神品质的培养[10]。

四  单片机课程跨校修读的实践效果

（一）  考试成绩对比

在2021—2022（2）学期，沈航机电工程学院2019级共有2个专业学生修读了单片微型计算机原理及应用课程，其中车辆工程专业共3个班级，划分为1个教学任务（命名任务1），机械设计制造及自动化专业共有10个班级，划分为5个任务（命名为任务2～任务6），由教学团队中的6位教师负责教学。为了获得较为客观的数据，教学团队随机抽取2位老师的2个专业部分班级学生进行了跨校修读，即任务1和任务2的学生，其余教学任务仍然按照传统教学的方式组织教学。由于跨校修读和传统教学模式学生的成绩构成不同，因此，本文仅对最终期末考试进行成绩分析。在期末考试试题中，为考查学生的工程实践能力，没有考查客观题，均为主观编程题。最终期末成绩各分数段人数占比直方图如图3所示。

由图3可知，学生期末成绩各分数段人数趋于正态分布，进行跨校修读的任务1和任务2学生低分成绩较少，高分成绩较多，教学效果良好。因此可以得出，以提升学生工程实践能力为导向的跨校修读教学模式可以有效提高学生的实践动手能力，能够满足学生个性化学习单片机课程的需要。

（二）  创新创业计划数量对比

根据任课教师初步统计，在2022—2023学年获批的与单片机相关的省、校大学生创新创业计划项目数量上，采用跨校修读模式的班级获批的项目数量高于采用传统教学模式的班级获批的项目数量。具体各教学任务中班均获批与单片机相关的创新创业计划数量见表2。

由此可以得出，不管是从学习成绩上，还是工程实践能力的培养上，以学生工程实践能力培养为导向的跨校修读教学模式都优于传统的教学模式。

五  结束语

在全国高校各门课程学时减少的大背景下，采用以提升学生工程实践能力为导向的跨校修读混合式培养符合时代发展需要及单片机强实践性的课程特点，能更加激发学生自主学习单片机的兴趣，提升学生单片机系统的实践动手开发能力，可为行业培养优秀的单片机人才。

参考文獻：

[1] 苌转，吴净.汽车构造课程跨校修读学分教学模式探索与实践[J].中国现代教育装备，2022（3）：130-132．

[2] 江红霞，段玉玺，袁玲，等.“互联网+”背景下高校大学生在线学习跨校修读学分工作研究与实践：以沈阳农业大学为例[J].中国教育信息化，2017（17）：68-71.

[3] 中华人民共和国教育部.教育部关于印发《教育信息化2.0行动计划》的通知[EB/OL].（2018-4-18）.http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A16/s3342/201804/t20180425_334188.html.

[4] 战松，刘超.“互联网+”背景下跨校修读教学模式的探索与实践[J].沈阳建筑大学学报（社会科学版），2021，23（6）：644-648.

[5] 黄璐，于红，谷军.翻转课堂与传统面授混合教学模式研究[J].计算机教育，2016（9）：167-170.

[6] 汪旭晖，李晶.“互联网+”视域下跨校修读学分课程混合式翻转教学模式创新研究[J].湖北成人教育学院学报，2020，26（2）：54-62.

[7] 何兰，洪春英，奚纯，等.“专业创新创业”课跨校修读与课程思政建设[J].辽宁工业大学学报（社会科学版），2021，23（6）：118-121.

[8] 付亮，王俊伟.班级规模对跨校学分课程授课效果的影响研究[J].辽宁教育行政学院学报，2020（4）：17-20.

[9] 姜凤利，陈春玲，黄蕊，等.基于“互联网+”的电工电子类课程创新模式改革与实践[J].高等农业教育，2020（6）：85-89.

[10] 曹一鹏，潘琢金，吴昊，等.课程思政视角下的“单片微型计算机原理及应用”课程教学探索与实践研究[J].工业和信息化教育，2022（5）：47-51.

基金项目：2021年第一批教育部产学合作协同育人项目“基于‘单片微型计算机原理及应用课程实践教学条件的改善与提升”（202101335053）；2021年辽宁省普通高等教育本科教学改革研究项目“基于数字孪生的《单片微型计算机原理及应用》混合教学模式改革研究”（辽教办〔2021〕254号）；2022年辽宁省普通高等教育本科教学改革研究项目（优质教学资源建设与共享项目）“以跨校修读为基础、以提升工程实践能力为导向的‘单片微型计算机原理及应用课程改革的探索与实践”（辽教办〔2022〕160号）；2022年沈阳航空航天大学教学改革项目“基于提升学生工程能力的单片机实践教学体系的改革与实践”（JG2022001）

第一作者简介：曹一鹏（1981-），男，汉族，吉林大安人，工学硕士，讲师。研究方向为单片机教学及嵌入式系统开发。