羅其俊 李宗帥

摘? ?要：針對單片機課程教學，借鑒ISO9000質(zhì)量控制體系，文章設計了以過程為基礎的教學質(zhì)量控制方法，提高學生單片機開發(fā)的理論水平和實踐能力。首先分析了基于過程的質(zhì)量控制理論，設計了課程質(zhì)量控制的標準化過程、原則和方法。然后調(diào)查了自動化專業(yè)培養(yǎng)方案，分析了單片機課程的前序、后續(xù)課程，明確了該課程在專業(yè)課程中的地位。結合教學大綱、培訓機構的課程目標，以及企事業(yè)單位對單片機開發(fā)人員的招聘要求，細化了單片機課程教學的目標，并明確了全部知識點組織和重點案例的設計。最后，針對該教學目標，設計了基于學習質(zhì)量的教學進度控制方法、質(zhì)量評估方法和強交互式的在線學習方法，實現(xiàn)了課程教學全過程的質(zhì)量控制。

關鍵詞：教學質(zhì)量控制;單片機課程;強交互式

中圖分類號：G434 文獻標志碼：A 文章編號：1673-8454（2019）23-0084-06

一、引言

單片機應用能力，是硬件工程師的基本技能，單片機課程是自動化和信息相關專業(yè)的必修課程，對于培養(yǎng)學生的計算機相關控制理論和實踐能力具有重要作用。然而，現(xiàn)階段很多大學畢業(yè)生的單片機理論和實踐能力欠缺，根本原因在于此課程在理論和實踐方面的教學質(zhì)量控制未能達到要求。本文主要從該課程教學體系和教學過程中的各個流程，研究了該課程教學的質(zhì)量控制方法。

教育機構和學者針對教學質(zhì)量提升進行了廣泛的研究。在國內(nèi)教育管理層面，為了提高教學質(zhì)量，教育部從疏堵兩個方面入手，即加大教學經(jīng)費投入和完善教學政策和制度，對全面提升教學質(zhì)量有明顯作用。在課程教學和課堂組織實施層面，清華大學于歆杰和北京航空航天大學胡曉光采用“雨課堂”教學實施和管理平臺，與課堂授課進行深度融合，輔助教師完成學生管理和學習效果反饋。另外，關于落實教學責任、以學生為中心、教學過程標準化等方面的研究也很多，解決了教學管理、課堂教學等不同方面的問題。

針對單片機課程教學，本文結合以過程為基礎的課程教學質(zhì)量控制理論和方法，分析了標準化的單片機教學流程，建立了基于過程的質(zhì)量控制方法。通過調(diào)查自動化專業(yè)培養(yǎng)方案、教學課程大綱、培訓機構的課程目標，以及企事業(yè)單位招聘要求，明確并細化了單片機課程教學的目標、知識點組織和重點案例的設計。針對該教學目標，設計基于學習質(zhì)量的教學進度控制方法、質(zhì)量評估方法和強交互式的在線學習方法，實現(xiàn)課程教學全過程的質(zhì)量控制。

二、課程教學質(zhì)量控制理論和方法

教學質(zhì)量控制，是指確保教學活動達到的最低標準和基準，是學校教學管理的核心問題。這也是社會對學校的基本要求，以保證企業(yè)所接收的畢業(yè)生具有必備的基本素質(zhì)。在此基礎上，使不同學生意識到并能發(fā)揮出各自的潛力和創(chuàng)新能力，這也是世界各著名學校所追求的更高的教學質(zhì)量要求。教學質(zhì)量影響公式為：

Q（s，t）=I·E·Mmed（t）

mod? ? ·Tat（t）

pe? ?·Seq（t）

iq? ?（1）

其中，I為教育機制，E為學習環(huán)境，M為教學模式和方法，T表示教師，S表示學生，pe為職業(yè)道德水平，al（t）為學術水平，隨時間變化，mod為教學模式，med（t）為教學方式和方法，eq（t）表示情商，可隨培養(yǎng)時間增長而提高，iq表示智商。

從上述公式可以看出，影響教學質(zhì)量的因素非常多，從教學制度和機制，到學生的個性化差異，都影響了教學質(zhì)量。對于專業(yè)課教學教師而言，應從M、T兩個方面去進行教學改革和改進。具體對于課程教學過程而言，教學模式和方法，是教改的主要方面。

教學質(zhì)量的控制，在教學模式和方法環(huán)節(jié)，表現(xiàn)為教學過程和成績考核的標準化和規(guī)范化。采用ISO9000族標準構建的產(chǎn)品質(zhì)量管理體系，應用非常廣泛。它強調(diào)過程管理規(guī)范化和持續(xù)改進，對于教學過程的質(zhì)量管理，具有重要的借鑒意義。

1.以過程為基礎的質(zhì)量控制

教學過程管理，是將教學活動中的所有環(huán)節(jié)作為一個系統(tǒng)的過程，確定各環(huán)節(jié)之間的連接關系，并形成標準化的系統(tǒng)處理流程和考核過程。在課程教學中，從大綱的設計、理解和實施，每一堂課、案例的實施、知識點的考核，加上單元化識別和管理，教師均需精心設計和策劃。對于學生而言，這是一個完整的學習過程，任何一個環(huán)節(jié)的缺漏，都需要學生自己花費大量的時間去彌補，這會打擊學生的學習積極性，影響學習效率和質(zhì)量。而ISO9000管理模式非常重視“過程方法”，為了使組織有效運作，必須識別和管理眾多相互關聯(lián)的活動和相互作用的過程。在教學過程中采用“過程方法”的優(yōu)點，是對各過程系統(tǒng)中的單個過程之間的聯(lián)系以及過程的組合和相互作用進行連續(xù)的控制。這樣，每一個教學環(huán)節(jié)都得到了有效的控制，最終必然得到良好的人才培養(yǎng)質(zhì)量。以過程為基礎的教學質(zhì)量管理體系模式如圖1所示，其中教育成果利益相關者指學生、工業(yè)界、大學教師和社會。

2.教學流程標準化

為了保障課程教學質(zhì)量，首先要明確課程的任務和目標，進行課程知識結構分析，形成規(guī)范的教學過程，即課程教學的流程化和規(guī)范化。只有在此基礎上的人才培養(yǎng)，才有根基，才能保證普遍的教學質(zhì)量，進而培養(yǎng)出更多的出類拔萃的人才。

課程流程標準化，是在課程知識分析的基礎上，將現(xiàn)行教學過程的每一個知識點教學環(huán)節(jié)和考核環(huán)節(jié)進行分解，以科學的學習過程和方法為依據(jù)，以學生普遍掌握、兼顧卓越培養(yǎng)為目標，對教學過程進行改善，優(yōu)化教學流程，完成教學任務并培養(yǎng)卓越人才。

流程標準化的作用，主要是把不同教師所積累的教學經(jīng)驗，進行分析整合，并能夠保存下來，使整個教學團隊能夠達到統(tǒng)一的目標，不會因為某一個教師的經(jīng)驗問題，損害一個教學班的教學質(zhì)量。

3.目標明確可量化

當行動有明確的目標，并且能把自己的行動與目標不斷加以對照，清楚地知道自己與目標的距離時，前進的力量就會得到持續(xù)和加強，人就會自覺地克服一切困難，努力達到目標。所以，課程教學教師首先要為學生分解目標并實施管控，做到以下幾點：

（1）梳理大綱，樹立明確的目標，而且這個目標必須是可以具體量化的，不能太空洞。明確的責任意味著學生都知道自己應該學什么、練什么、考核什么，而具體化的目標則能使所有學生都知道應該怎么學。

（2）明確細化目標。確定的教學目標要簡單明了，使學生對其有非常清晰的認識。通過明確學習資料和考核標準，使學生能夠清楚自己的學習任務，避免產(chǎn)生歧義，浪費時間，少走彎路，提高學習能力，同時讓學生獲得高分。

（3）將目標變?yōu)榭闪炕笜?。僅用考試結果來評價學生的學習水平，是不科學的且不負責任的。課程教學在關注考試結果和及格率的同時也應非常注重管控的教學流程，注意將目標分解到知識層面和能力層面，形成可量化的細分指標。

（4）明確學生個性化的目標。學生的能力和基礎，對于目標的實現(xiàn)相當關鍵，讓沒有基礎的學生去學習高階知識，等于浪費時間和精力。因此，教師在進行知識分解和教學實施時，必須進行全面的評估，充分考慮每個學生的知識基礎、能力和特長，只有因材施教才能得到理想的收獲。

4.持續(xù)改進方法

CIPP（Context Evaluation、Input Evaluation、Process Evaluation、Product Evaluation）模式是現(xiàn)代主流的教育評估手段，“方案評估最重要的目的不是為了證明，而是為了改進”。對課程教學質(zhì)量管理而言，目的是不斷提高課程教學質(zhì)量的水平。一方面，在每學期一次課程教學周期中，從教學過程和多個考核驗收環(huán)節(jié)中，發(fā)現(xiàn)問題并盡力解決問題， 糾正和預防潛在的問題。另一方面，隨著技術的發(fā)展和社會對技術的需求不斷變化，高校要根據(jù)個人和社會的新要求，持續(xù)地改進教學內(nèi)容和過程、提高教學質(zhì)量。

教學質(zhì)量改進的方式有多種，包括培養(yǎng)目標的改變、大綱的修訂、教學目標的提高、教學內(nèi)容的更新等等，還包括教師和學生的教學和學習實踐方式、考核驗收方式等。教學管理人員和教師要對教學質(zhì)量進行評價和反饋，及時修訂完善教學目標，通過持續(xù)改進來保證教學質(zhì)量的不斷提高。

三、單片機課程的教學目標細化

課程教學的目標，必須與行業(yè)和學校的人才戰(zhàn)略方向吻合，滿足專業(yè)人才培養(yǎng)要求，達到課程大綱的教學目標。

人才培養(yǎng)戰(zhàn)略和目標是大方向，課程大綱規(guī)定了基本要求和最低標準，教師應在此基礎上，在整體上、在局部和各個環(huán)節(jié)中，細化教學目標。同時，還應與時俱進，滿足學生探索欲望，通過課程學習獲得成就感;滿足企業(yè)對相關技能的要求;滿足社會對技術人才的期望。

1.培養(yǎng)方案

《單片機及工業(yè)控制計算機》屬于本校自動化系的專業(yè)基礎課，在自動化專業(yè)培養(yǎng)方案中，與此相關的內(nèi)容概括如下：

“系統(tǒng)地掌握電路、電子技術、計算機軟硬件技術、控制理論、檢測技術、信息處理、自動控制系統(tǒng)等知識和技能;具備良好溝通協(xié)調(diào)能力、嚴謹工作作風和創(chuàng)新精神;能夠在民用機場及其它自動化領域的運動控制、過程控制、信息處理、信息管理、計算機控制、網(wǎng)絡控制、管理與決策等方面，從事系統(tǒng)開發(fā)、運行、維護和管理等工作的復合型高級工程技術人才?！?/p>

其要求的知識脈絡如圖2所示，在電路、數(shù)電課程完成之后，單片機課程是自動化專業(yè)課中的基礎核心課程之一。該課程是后續(xù)7門課程的學習基礎，很好地掌握單片機原理和基本開發(fā)方法，對于理解和應用傳感器、PLC、自動控制系統(tǒng)和計算機控制系統(tǒng)具有重要作用，同時為進一步理解微機原理、建立感性認識和理性認識、深入理解微機原理奠定基礎。

2.課程大綱分析

本校自動化專業(yè)課程《單片機及工業(yè)控制計算機》中，工控機部分內(nèi)容較少，主要內(nèi)容為單片機的原理和應用，其總體要求為：“了解單片機的內(nèi)部結構、各硬件部分的工作原理，著重掌握基于單片機的片上資源和外圍接口的應用設計;掌握單片機的指令功能、編程方法、軟件開發(fā)方法以及開發(fā)流程和常用軟硬件工具;初步了解常用的外圍接口芯片;使學生具有單片機應用系統(tǒng)的研制開發(fā)的基本技能。本課程以目前在我國最為流行的單片機內(nèi)核類型，即Intel公司的MCS-51內(nèi)核單片機為范例，全面介紹單片機的特點、工作原理和應用方法，使學生初步掌握一種單片機產(chǎn)品的應用開發(fā)技術，從而有能力進一步對其它單片機產(chǎn)品的應用系統(tǒng)從事研制和開發(fā)工作。”大綱規(guī)定的教學基本內(nèi)容包括單片機的基本原理、程序設計、接口和外圍電路等，其基本知識體系結構如圖3所示。

3.培訓機構的課程目標

目前，社會培訓機構專門針對單片機的培訓項目較少，一般為硬件工程師的綜合培訓，以及嵌入式系統(tǒng)的培訓，具體內(nèi)容如表1所示。

4.企業(yè)單位對單片機開發(fā)人員的基本要求

為了研究企業(yè)對單片機開發(fā)人員的技能要求，從各大招聘網(wǎng)站隨機選擇了一些單片機工程師招聘啟事，摘取其中與單片機課程相關的技術要求如表2所示。從表2中可以看出，其中幾個關鍵知識、技能或開發(fā)經(jīng)驗包括：①單片機系統(tǒng)開發(fā)經(jīng)驗;②Protel PCB設計;③STM32單片機;④外圍接口電路;⑤C語言或單片機軟件開發(fā);⑥ucos操作系統(tǒng);⑦團隊協(xié)作精神;⑧電路設計和分析。

大多數(shù)高校的單片機課程目標可滿足①④⑧，并不能滿足②③⑤⑥⑦，為了滿足企業(yè)對單片機開發(fā)人員的要求，不少高校通過增加有關“嵌入式系統(tǒng)”的課程，以強化和補充上述內(nèi)容。

綜上，單片機課程教學的目標可細化表示為以下幾點。①理解單片機系統(tǒng)的基本原理，可進行單片機應用系統(tǒng)的設計，能分析和解決單片機應用系統(tǒng)中出現(xiàn)的問題;②具有單片機應用系統(tǒng)的實際開發(fā)經(jīng)驗;③熟悉基本硬件開發(fā)工具：Proteus仿真、Keil軟件開發(fā)、 Protel PCB設計;④常用接口和外圍電路：串口、SPI、鍵盤、數(shù)碼管等;⑤單片機軟件開發(fā)：掌握匯編語言程序設計;⑥具有團隊精神，能夠與多人協(xié)作高效完成一個項目;⑦能夠計算和分析單片機應用系統(tǒng)中的電路參量。

5.單片機課程的知識組織

根據(jù)第3節(jié)教學目標的分析，單片機課程教學核心內(nèi)容包括三個方面，如表3所示：①單片機的原理;②單片機的匯編語言程序設計;③接口和外圍電路。

對于單片機原理部分的學習過程，以網(wǎng)絡課程、閱讀材料和講授為主，通過寫作業(yè)和簡單的實驗仿真進行學習成果的驗收。

第②部分內(nèi)容，以講授、實驗演示和實驗練習為主要教學手段，強調(diào)學生的動手編程練習，激發(fā)學生動手編程的興趣。核心在于，引導學生入門，使之“敢動手、能調(diào)試、不怕難”。

第③部分，教師在課上以案例為主，實驗演示每個片上資源的使用方式和接口原理。學生閱讀參考資料，完成課后實驗設計，得到預期實驗結果，進而通過該知識點的考核。該部分內(nèi)容強調(diào)案例簡單明了，參考資料豐富，使學生能夠借鑒成功的單片機應用案例，使之經(jīng)驗豐富、分析能力提高。重點在于，培養(yǎng)學生的軟硬件調(diào)試能力，幫助學生掌握解決軟硬件問題的通用方法。

6.單片機課程教學中的案例設計

在單片機課程教學中，針對重要的和難度大的知識點，進行了案例設計，包括端口操作、中斷、定時器、串口、SPI接口、并行擴展、按鍵、數(shù)碼管和AD轉(zhuǎn)換等多個內(nèi)容。每個案例教學中，需明確如下幾項內(nèi)容：

（1）案例教學目標;

（2）案例教學過程，包括講授基本原理、基本實驗演示、設計原則和方法、提出設計要求（最低要求和開放式要求）;

（3）學生思考、設計和實現(xiàn)的過程;

（4）演示和解釋;

（5）指導完善和改進;

（6）最終演示。

四、單片機課程的教學流程和質(zhì)量管理

1.基于學習質(zhì)量的教學進度控制方法

現(xiàn)階段高校教學中存在的一個普遍問題，就是每個學生的學習進度不一致，與教師的教學進度不一致。由于教師講解不透徹、學生預習不到位或者課后作業(yè)完成不及時，導致某次課程中有些學生沒有“跟上”，而這些學生又沒有及時自行補習，隨著教學的不斷深入，“掉隊”的學生越來越多。最糟糕的是，接近教學結束的時候，整個教學班能聽懂教師講解的學生寥寥無幾。其中最根本的原因，就是教學過程中缺少基于質(zhì)量的進度控制。

為了解決這一問題，設計了基于學習質(zhì)量的教學進度控制方法。先建立一種教學知識學習狀態(tài)圖，在該狀態(tài)圖中，每個學生處于知識點學習狀態(tài)，通過考核后轉(zhuǎn)入新的知識點狀態(tài)，最后達到課程合格狀態(tài)，如圖4所示。

上課前，讓所有學生清楚該課程的狀態(tài)圖、所有節(jié)點的知識點內(nèi)容和考核要求;每次考核驗收后，告知學生所處狀態(tài)，對于沒有通過考核的學生，重點告知其原因。最終未達到目標狀態(tài)的學生，成績評定為不合格。對于每個節(jié)點成績優(yōu)秀的學生，結合考試成績，上浮最終成績評定。

2.學習質(zhì)量的評估方法

國內(nèi)高校平時出勤和作業(yè)的評價方法一般都比較單一，筆者在實際教學中，采用了多種方式的成績評定方法，如表4所示。

3.強交互式的在線學習過程

“學習程度”屬性實現(xiàn)了學習內(nèi)容與學習者學習目標之間的對應關系，進而可以根據(jù)學習者的不同需求設計學習內(nèi)容，以確定哪些知識需要學習、哪些知識不需要學習;“閾值”屬性一方面使學習要求可以隨著學習者的目標不同而進行調(diào)整，另一方面在學習過程中能夠充分考慮學習者的掌握程度，以確定是否開始下一部分的學習。

通過明確知識點的各個強交互式屬性值，最終定義了一個個性化的、強交互的學習過程，具體過程如圖5所示。

五、結論

針對單片機課程教學中理論和實踐能力培養(yǎng)質(zhì)量的控制問題，設計以過程為基礎的教學質(zhì)量控制方法，有利于提高學生單片機應用能力的理論水平和實踐能力。

將基于過程的質(zhì)量控制理論應用于單片機課程教學，實現(xiàn)了課程質(zhì)量控制的過程標準化，明確了教學質(zhì)量控制的原則和方法。通過自動化專業(yè)培養(yǎng)方案、前續(xù)和后續(xù)課程關系的詳細分析，明確了該課程在專業(yè)課程中的地位。結合教學課程大綱、培訓機構的課程目標，以及企事業(yè)單位對單片機開發(fā)人員的要求，明確了單片機課程教學中應把握的目標、知識點和重點案例的設計。設計的基于學習質(zhì)量的教學進度控制方法、質(zhì)量評估方法和強交互式的在線學習方法，有助于實現(xiàn)課程教學全過程的質(zhì)量控制。

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（編輯：王天鵬）