高职院校在MOOC教学模式下的“单片机原理及应用”课程的教改研究

黄瀚 杨琴 问思童

摘 要：MOOC因其知识化、富媒体化、学习流程控制等特点广泛应用于教育教学领域，将MOOC引入课程的教学中已经成为当前高职院校教学的流行趋势。高职学生数理基础相对薄弱，而“单片机原理及应用”课程理论知识杂、实践要求高，传统教学模式下学生学习效果不理想。为此研究“单片机原理及应用”课程在MOOC模式下的教学改革，提出了基于MOOC模式的三位一体教学体系、从“零”到“整”的实践教学方法以及改良的课程考核办法，改进的教学模式提高了学生学习理论知识的积极性，同时也加强了单片机相关实践技能的提升。

关键词：MOOC；单片机；实践教学；课程评价

中图分类号：G642

Abstract：MOOC is widely used in the field of education and teaching because of its characteristics of knowledge，rich media，and learning process control.The introduction of MOOC into curriculum teaching has become a popular trend in higher vocational colleges.Higher vocational students have relatively weak mathematical and physical foundations，while the course "Principle and Application of Single Chip Microcomputer" has miscellaneous theoretical knowledge and high practical requirements，and students' learning effect is not ideal under the traditional teaching mode.Therefore，the teaching reform of the course "Principle and Application of Single Chip Microcomputer" under MOOC mode is studied，and a trinity teaching system based on MOOC mode，a practical teaching method from "zero" to "whole" and an improved course assessment method are proposed.The improved teaching mode not only improves the enthusiasm of students to learn theoretical knowledge，but also strengthens the promotion of relevant practical skills of SCM.

Keywords：MOOC；Single chip microcomputer principle；Process evaluation；Summative evaluation

1 概述

2022年，教育部高等教育司《關于实施新时代高等教育育人质量工程的意见》中提出贯穿“十四五”高质量高等教育体系建设全过程，切实发挥“质量工程”基础性、综合性、引领性、全局性作用，建设高质量人才培养体系，提高人才供给自主可控能力。高职院校纷纷响应并加强实施“中国金课行动”，建设“一流课程网”［1］。MOOC（massive open online courses）教学模式近年来在高等教育教学中有着显著而广泛的应用［2］。采用MOOC教学模式为打造金课、建设一流线上线下混合课程提供了一条切实可行的改革之路。结合线上课程学习和教师线下教学的混合教学模式相比传统教学模式，学生接受程度高，教师课堂教学便捷和灵活。

“单片机原理及应用”作为高职院校电子信息类、通信类、自动化类专业的专业核心课程，其应用的领域有工业控制、智慧小区、航空航天、智能家居等，涵盖了社会生活方方面面。内容既包含了单片机的内部结构、工作原理等复杂的原理性知识，又包含了单片机的指令系统、接口技术、编程技术等实际应用技术，这使得“单片机原理及应用”课程具有理论深、应用技术多的特点［3］。如何在有限的授课学时内使学生能够将单片机技术学以致用是摆在当前的首要问题。所以，为了适应新形势下高等教育育人工程和进一步增加职业教育服务能力，单片机课程的教学改革已势在必行。

2 传统教学模式的思考

目前大多数高校开设的“单片机原理及应用”课程标准包括理论课程36学时、实践课程12学时，总学分3分。传统的单片机课程的主要任务是围绕51单片机，介绍其内部结构、工作原理、软硬件的设计方法及接口技术应用。采用“以教师为中心”的教学方式，围绕教师课堂讲授的知识要点、目标，布置课堂作业和实践任务，以课程内容各环节设置课程子任务。该教学模式存在学生入门困难、实践效率低、课堂缺乏互动、教学资源少等缺点，学生普遍反映理论听不懂、学完就忘、实践感兴趣却无从入手、一看就会一做就错等问题，这是因为当前单片机课程教学主流还是采取“以教师为中心”的传统模式，多数学生在学习完本课程之后，仍然处于入门的阶段，真实开发应用环节把握不准，解决实际问题的能力较弱，实践能力和创新能力存在不足［4］。总结来看，传统教学模式存在以下四点不足：

一是教学设备资源不足，难以满足师生的需求。部分高职院校存在单片机开发板落后、测试仪器、基础设施老旧的问题，导致实践教学效果差、覆盖小等问题。除此以外，教学设备维护不及时也是教学设备资源不足的一个重要因素。学生在实践环节中只能分小组进行，技能训练难以覆盖每一位学生。

二是实践教学设计不合理，多数实验仅是验证书本上的理论知识，难以激发学生的创新性。因为实践环节设计单一，实践学时紧张，无法提升学生对单片机外接电路及系统级应用的认知。

三是教学评价体系不完善，不能全面、客观地评价学生的学习效果。仅依靠教师的主观考评和学习测验，既不能全面地反映学生的学习效果，又激发不了学习积极性。

四是专业教师队伍的教学水平参差不齐。部分教师缺乏实践经验，仍然围绕理论知识进行“填鸭式”的教学。此外，部分教师未能意识到实践教学的重要性，实践中以自身演示为主，学生参照动手，这种方式极大地限制了学生的自主思考和动手能力。

3 MOOC模式下的教学改革

MOOC系统从2007年8月萌芽至今，因其开放性、学习自由性、教学资源混编便捷等特点广泛地应用于线上课程、课程思政、线上线下混合课程。图1MOOC课程统计图充分展示了MOOC系统的特点。“单片机原理及应用”课程既包含了大量理论知识，又有多种应用技术，为了在有限的课时内完成教学任务和培养目标，可以采用MOOC线上线下混合教学的方式提高学习效率与质量。针对传统教学模式存在的困难，本文提出以学生、MOOC线上教学、教师线下教学三方面构成三位一体的教学体系，把传统的“以教师为中心”转变为“以学生为中心”的教学模式改革，重点突出学生实践技能的锻炼，优化学生课堂作业和课内实践［5］。

单片机课程的目标是使学生掌握单片机技术的基本知识、基础理论、基本技能，具备较强的运用单片机基本知识和基本理论解决实际问题的能力，并且为进一步学习“嵌入式技术”等后续课程打下坚实的基础。采用工作过程导向、任务驱动的教学模式，融“知识、技能、素质”培养为一体［6］。学生预先在MOOC系统中学习理论知识，具体的应用技术等知识技能则可以放到课堂上结合相关实践设备讲授。如单片机的概述、51单片机的硬件结构、C51语言编程基础等相关理论知识，整理成视频放到MOOC环节中完成。对于这部分MOOC环节完成的学习，教师在授课时可以利用较少的课时量将其總结讲解或者采用翻转课堂的形式让学生参与其中，采用MOOC方式完成理论知识的学习可以很好地调动学生的积极性。课程中的并行端口编程、中断系统、定时器/计数器、串口、外部存储扩展、输入输出接口等内容在MOOC环节中完成理论学习，在课堂环节，教师利用现有的实践教学资源，结合伺服电机速度控制、数字电子钟、DS18B20温度采集系统等应用实例讲授相关应用技术的知识。

在单片机课程中的实践环节，抛弃传统的利用现有单片机开发板完成诸如流水灯、独立键盘、数码管显示、LCD1602显示、矩阵键盘、中断、串口等实践项目的方式，采用从“零”到“整”的方式完成实践部分。所谓“零”是指不使用现成的开发板，而是从硬件电路设计开始单片机的最小系统，并单独设计流水灯电路、数码管电路等外围电路并完成PCB制版和硬件调试。所谓“整”是指将单片机最小系统和各外围电路整合，以具体的单片机应用实例为依托，编写程序完成相关的实践项目。在这样的实践设计下，学生能够熟练掌握单片机电路的硬件设计与调试，接口连接及程序设计等各个环节。如表1给出了改进后的课程内容设计，在实践环节设计中将伺服电机速度控制、数字电子钟、DS18B20温度温控制三个完整的单片机控制系统拆解组合作为实践技能训练项目。例如，在单片机基础知识、C51语言编程基础、片内并口原理等章节所对应的实践项目均是伺服电机速度控制系统中的某一环节，将完整的电机速度控制系统拆解为不同部分训练且最终融合为一体。从改进后的教学内容来看，将MOOC引入单片机课程教学能够极大地缩减课堂的理论教学学时，而将更多的学时放在实践环节中。改进后的教学实施情况来看，学生接受度较高，MOOC在线课程平台互动效果较好。总而言之，在实践环节的教学中同时穿插一定的理论知识，让学生将学习的单片机知识转化为对于单片机的直观理解。整体教学采用任务驱动型教学法进行教学，学生在获取真知的过程中，必然会提升学生的思维和行为方法、动手能力和技能、习惯和行动标准及直觉经历、需求调节、团队合作等方面的综合素质。

4 课程考核办法改革

课程考核办法作為课程质量管理闭环中重要的一环，能在一定程度上反映课程教学质量和学生学习效果，合理的考核办法对于课程诊断和改进可以起到积极正面的作用［7］。本课程摒弃传统的成绩考核办法，依据任务驱动型教学法的“质量控制”要求，采用过程性评价与总结性评价相结合的形式，全面、客观地评价学生的学习效果。把总结性评价与过程性评价结合起来，全面提高本课程的教学效果。通过课程考核方式的改革激发学生的学习主动性，培养学生的学习习惯，改善学生的学习办法。

“单片机原理及应用”以定量方式呈现过程性评价与总结性评价结果，总体评价学生的学习效果。在引入MOOC环节后，MOOC系统可以设置出勤率、阶段性考查、教师评价和学生互评，所以在传统的考核基础上增加MOOC成绩这一过程性评价。过程性评价由三个模块构成，每个模块占比20%，每个模块由教师评价和学生互评构成，其中教师评价占比15%，学生互评占比5%，过程性评价表如表2所示。再辅以知识考核和综合考核作为总结性评价，知识考核占比16%，综合考试占比24%。

5 改革成效

本校对智能控制技术专业20级教学班（85人）实施基于MOOC的教学模式，发现学生MOOC线上理论内容完成度在95%以上，讨论、作业、考试完成度在80%以上，学生学习主动性提升较大。通过线上完成大部分理论教学内容，挤压出大量学时用于实践环节的教学，实践教学效果得到了明显的改善。学生单片机课程平均分为87.14分，综合成绩分布如图2所示。学生在单片机系统方面的实践能力得到了极大的锻炼，学生积极参与嵌入式相关的“全国大学生智能汽车竞赛”“全国大学生电子设计竞赛”等竞赛。

图2 2020级智能控制技术专业单片机综合成绩分布图

结语

本文对“单片机原理及应用”课程提出了基于MOOC教学的新模式，解决了单片机课程理论枯燥、实践复杂等缺陷，并给出了MOOC模式下的一些教学改革方法。MOOC模式能够将单片机的理论知识和技能知识在线公开学习，节约学生课堂上学习的学时，给任课教师更多的教学空间，教学变得灵活，学生学习效果也更好。在实际教学中应用MOOC的手段，对于“单片机原理及应用”课程的教学探索提供一条新的方向和思路［8］。

参考文献：

［1］修南.“双高计划”背景下高职院校“金课”建设的价值与维度［J］.职业技术教育，2020，41（32）：3136.

［2］姜燕.MOOC混合式教学模式的构建探微［J］.吉林教育：综合，2016（29）：8.

［3］胡汉才.单片机原理及其接口技术（第3版）［M］.清华大学出版社，2010.

［4］苏莉萍.基于混合式教学的高职“单片机原理及应用”课程教学研究［J］.装备制造技术，2022（7）：209211+215.

［5］范香，杜金阳，杜德甫.以学生为中心的“线上+线下”混合式教学模式探索与实践［J］.中国宽带，2020.

［6］路大勇，张洪强.基于工作过程导向的教学改革实践与探讨［J］.职教论坛，2009（14）：5354.

［7］王南兰，李建奇，秦桥，等.MOOC下的单片机原理及应用翻转课堂的教学研究与实践［J］.科技风，2021（16）：2324+34.

［8］郭放.单片机原理及应用课程的教学模式分析［J］.集成电路应用，2021，038（007）：118119.

作者简介：黄瀚（1990— ），男，汉族，江西吉安人，硕士，讲师，研究方向：控制理论与控制工程；杨琴（1988— ），女，汉族，四川苍溪人，硕士，讲师，研究方向：神经网络算法应用；问思童（1988— ），男，汉族，山西吕梁人，硕士，助教，研究方向：民法学。