朱玉紅

(蘭州工業(yè)學院 教學質量管理處，甘肅 蘭州 730050)

課程是人才培養(yǎng)的核心要素，課程質量直接決定人才培養(yǎng)質量[1]。深化教育教學改革，必須把教學改革成果落實到課程建設上。我校機械設計制造及自動化本科專業(yè)開設“單片機原理及應用”課程，授課對象是三年級本科生，至今已開設10年。一直以來，課程組老師在多年的教學積累的基礎上，系統(tǒng)總結了該課程教和學中存在的短板、瓶頸問題，對標應用性人才的專業(yè)培養(yǎng)目標和一流課程高階性、創(chuàng)新性、挑戰(zhàn)度“兩性一度”的要求，開展了課程建設和教學改革的實踐。

1 課程教學存在的主要問題

經過多輪的教學實踐與反思，總結出“單片機原理與應用”課程教學中存在如下教學癥結：一是學時少，內容多，學生感覺課程內容抽象難懂。機械設計制造及自動化專業(yè)該課程理論教學時數(shù)僅36學時，實驗4學時。但教學內容比較多，若按傳統(tǒng)滿堂灌的教學方式，學生難以消化學習內容，學習興趣不高，產生畏難情緒，課程進行到接口技術相關內容時，學生反映基本在聽“天書”，課程卷面及格率低；二是教師只完成了“教會”，而忽略了學生是否“學會”與“會用”。老師一味地注重完成教學時數(shù)，完成講課內容，無暇顧及學生是否掌握知識點，學會應用；三是只注重課堂教學，沒有調動學生課外學習思考的主動性和積極性等。學生對學習內容因不懂而產生畏懼心理，失去對課程學習的積極性和主動性[2]。而唯一可以讓學生動手實踐的實驗課僅在單片機實驗平臺連線，缺少線路設計環(huán)節(jié)，致使實驗教學收效甚微。例如，機械設計制造及自動化專業(yè)實驗學時4學時，僅做兩個實驗項目，沒有安排課程設計環(huán)節(jié)。本課程教學過程中所凸顯出的產出不明、內容陳舊、手段單一、重教輕用、學而不會用的問題迫切需要解決。

2 更新教學觀念，修訂課程教學大綱

2.1 更新教學觀念

樹立“以學生為中心、產出導向、持續(xù)改進”的先進理念。首先教師要不斷學習單片機應用的新技術、新知識，開闊專業(yè)視野，更新專業(yè)知識結構，擴大專業(yè)知識面，提升專業(yè)水平，這樣才能更好地扮演組織者、引導者、解疑釋惑者的角色[3]。其次，教師自我評價教學效果，要從學生知識點的增長、分析思考問題的思維能力或解決問題的綜合能力是否得到提升的獲得感的角度進行評價[4]。再次，根據(jù)學生喜歡動手操作和制作，反感純理論知識灌輸?shù)膶嶋H情況，結合教學內容，教師需要設計一些小的動手制作的題目，要求學生利用課外時間完成題目，通過動手實踐消化理論知識，完成學習要求[5]。做到本次課程的學習讓學生在課外下一番功夫，才能達到課程目標。

2.2 修訂課程教學大綱

依據(jù)專業(yè)人才培養(yǎng)方案，對接企業(yè)崗位技能要求和職業(yè)素質需求，確定課程教學任務，形成知識、能力、素質三維課程目標體系。一是明確了課程教學任務。通過課堂教學、實驗教學、軟件仿真和實物制作等環(huán)節(jié)，以MCS-51單片機為背景機，使學生掌握單片機基本知識、Keil C軟件編程、 Proteus軟件仿真、中斷系統(tǒng)、定時/計數(shù)器、并行I/O端口、串行通信接口、單片機系統(tǒng)擴展、常用外圍接口芯片、單片機開發(fā)板設計、PCB印刷電路板設計等知識。掌握單片機系統(tǒng)各主要環(huán)節(jié)和應用特點，為后續(xù)學習數(shù)控加工設備、智能制造等機械自動加工控制技術打下必要的基礎。二是確定了課程目標。課程目標包括知識與技能目標和思政育人目標兩部分。知識與技能目標主要內容：掌握單片機的基本結構與工作原理。熟悉單片機人機接口和指令系統(tǒng)，培養(yǎng)學生根據(jù)機械工程問題擴展人機接口并編制控制程序的能力；理解單片機的工作和應用特點，培養(yǎng)學生將單片機控制技術應用于機械產品的總體方案設計中，提高機械產品的自動化、智能化程度；熟悉單片機的性能特點，培養(yǎng)學生根據(jù)機械產品的控制要求和性能指標確定單片機實驗方案和進行實驗的能力，并根據(jù)實驗結果分析機械產品控制方案的合理性和可行性的能力；掌握Keil C軟件編程、 Proteus軟件仿真等專業(yè)知識，并通過文獻檢索、資料查詢及運用現(xiàn)代技術獲取信息的方法，對機械控制類的工程問題進行識別、表達和分析，以獲得有效結論，培養(yǎng)學生問題分析能力。實現(xiàn)對C語言編程程序的邏輯分析及修改改進；掌握單片機開發(fā)板設計、PCB印刷電路板設計等專業(yè)知識，能夠針機械控制方面的問題，確定合理的設計目標和解決方案，設計滿足需求的控制單元(部件)、系統(tǒng)或相關工藝流程，解決工程問題，并能夠在設計環(huán)節(jié)中體現(xiàn)創(chuàng)新意識，考慮社會、健康、安全、法律、文化以及環(huán)境等因素，提升學生設計、開發(fā)機械控制系統(tǒng)的能力。思政育人目標主要內容：通過融入課程思政育人元素，厚植家國情懷、社會主義核心價值觀和社會責任感；培養(yǎng)學生具備從事單片機技術相關行業(yè)工作的專業(yè)素養(yǎng)、文化素養(yǎng)和團隊協(xié)作精神，塑造專注、創(chuàng)新、完美的工匠精神；結合目前國際國內單片機技術的發(fā)展趨勢及現(xiàn)狀，培養(yǎng)學生基于單片機技術的設計、開發(fā)與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力。三是建立了課程目標對畢業(yè)要求的支撐關系。

圖1 課程目標制定邏輯框圖

3 課程與教學改革的主要舉措

3.1 立足“兩性一度”，優(yōu)化教學內容

一是改變單純匯編語言編程內容，引入C語言在Keil C軟件中編寫程序。采用Proteus ISIS電路設計及仿真軟件，在軟件中直接調用設計所需電子元器件，通過連線即可實現(xiàn)單片機系統(tǒng)電路原理圖設計。采用Keil C軟件編寫單片機系統(tǒng)所需程序并調試。將Keil C軟件編寫程序裝載到Proteus軟件中的單片機中，聯(lián)合仿真，檢查是否達到設計預期效果。三是重組教學內容，將指令系統(tǒng)、匯編語言程序設計、半導體存儲器的內容歸為一個模塊內容。將中斷系統(tǒng)、定時計數(shù)器、接口技術等內容歸為一個模塊；三是緊跟前沿，結合技術發(fā)展持續(xù)改進更新內容，注重實際應用案例引入，做到理論教學對應應用案例，例如，基于公話網的單片機遠程數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、單片機控制的全自動洗衣機、交通燈控制、步進電機控制系統(tǒng)、水塔水位控制系統(tǒng)、電腦時鐘、USB數(shù)據(jù)傳輸、條形碼應用等應用案例。使學生獲得大量單片機應用開發(fā)經驗。四是課程實驗由原來的單片機實驗平臺連線完成，改革為采用電路設計、程序編程和電路板焊接方式開展，增強課程實踐性，達到學生可以獨立制作單片機測控系統(tǒng)電路板的教學效果。五是注重課程思政，積累課程思政案例，實現(xiàn)課程育人功能。六是豐富了教學資源建設。建有多媒體教學課件1套、30個應用開發(fā)案例、試題和練習題庫1套，MOOC、精品資源等網絡課程資源，建有單片機創(chuàng)新應用零起點工作室。

3.2 立足“兩性一度”，改革教學模式

一是采用動畫技術優(yōu)化教學PPT，使教學內容呈現(xiàn)效果形象生動。二是采用理論教學與應用案例開發(fā)演示相結合的方式教學，每學一個知識點，對應一個案例開發(fā)，增加學生開發(fā)應用經驗，提升知識應用能力。三是課堂教學與課外一人一題實物制作相結合，增加學生學習度。四是延伸課堂教學，使課程教學與學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育、學科競賽結合起來。創(chuàng)建單片機創(chuàng)新應用工作室——零起點工作室，積極組織學生進行智能產品制作、單片機應用開發(fā)訓練，促進學生的應用創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，讓學生學起來，動起來，增加學習的挑戰(zhàn)度。

3.3 立足“兩性一度”，完善課程評價方式

設計了課堂討論小組闖關練習；課中實驗完成；課后質疑答題；課外作品制作等多種形式的形成性評價，完善過程評價。課程考核及分數(shù)占比情況為：過程考核50%、課外實物制作20%、期末考試20%三部分構成。其中過程考核構成及分數(shù)占比為：課堂闖關練習10%、作業(yè)練習20%、課堂實操練習30%、課堂考勤10%、課程實驗30%。側重對課程實施后達到結果和學生的成長性評價，關注學生的學習是否有參與、收獲和發(fā)展，實現(xiàn)了與課程目標達成的期末考試總結性評價。

3.4 立足“兩性一度”，組織實施課程教學

本門課程依據(jù)課程大綱組織教學實施，如圖2所示。課程教學按照成果導向教育理念進行教學設計，開展課程教學組織與實施。實現(xiàn)“低、中、高”三個維度教學目標：即“記憶、理解”的低階目標，側重于對基本知識的初步掌握。“應用、綜合”的中階目標，側重于理論應用于實踐的訓練。 “創(chuàng)新、實踐”的高階目標，側重于創(chuàng)新思維和實踐能力的訓練與提升。形成課堂講練結合實現(xiàn)基本能力訓練+課程實驗實現(xiàn)理論聯(lián)系實際應用思維和動手能力訓練+課外實物制作實現(xiàn)創(chuàng)新思維和應用實踐能力訓練的進階式教學模式。

圖2 教學實施過程

按照課前+課程中+課后+課外四方面組織實施教學。課程開課前，教師要進行學情分析，查閱單片機課程前導課程試卷分析，了解學生知識薄弱點，布置學生預習內容和網絡資源課的學習內容，同時在課程教學中加強薄弱內容的教與學；課程在教學過程中，采用探究式課堂和講練結合方式，按“理論知識精講+案例講解+分組討論+闖關練習+總結精講”的小循環(huán)模式，有效建立起案例驅動+探究研討+動手動腦的課堂教學環(huán)境。通過小組研討，讓學生通過團隊合作交流溝通，讓學生合作意識強起來。教學過程中設計課堂思政環(huán)節(jié)，起到融物細無聲的育人作用；課程中完成規(guī)定的實驗內容，增進對理論知識的理解掌握，提升軟件設計和單片機功能部件的應用能力；課后布置作業(yè)和網絡資源學習內容，學生鞏固學習內容；課外要求學生每人完成一個單片機控制實物制作，從繪制原理圖、購買元器件、制作電路板、編程與程序調試整個過程全由學生自己完成，適當增負，讓學生課余忙起來，學生能力高起來。

4 課程建設成效

該課程進過多年的校級一流課程建設，以“兩性一度”為建設目標，取得了一定建設成效。一是修訂了課程教學大綱；二是建立了“低、中、高”三個維度教學目標：即“記憶、理解”的低階目標，側重于對基本知識的初步掌握；“應用、綜合”的中階目標，側重于理論聯(lián)系實際的訓練；“創(chuàng)新、實踐”的高階目標，側重于創(chuàng)新思維和實踐能力的訓練與提升；形成課堂講練結合實現(xiàn)基本能力訓練+課程實驗實現(xiàn)理論聯(lián)系實際和動手能力訓練+課外實物制作實現(xiàn)創(chuàng)新思維和應用實踐能力訓練的進階式教學模式；激發(fā)了學生的學習熱情，讓學生動起來、忙起來。三是提高學生考試成績。學生卷面及格率基本穩(wěn)定在87%左右。四是適當增負，調動學生學習積極性，課外一人一題實物制作完成率100%。五是學生參與第二課堂活動的興趣和主動性大大增強。通過在零起點單片機工作室的練習和學習，學生參加各級各類學科競賽獲大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)省級項目4項，獲得學科競賽A類、B類競賽省級獎項7項。發(fā)表論文4篇，實用新型專利4項。教學效果得到學生和教學督導廣泛認可，起到較好的示范效應。

5 結語

智能化時代，技術的飛速發(fā)展和應用在一定程度上也對《單片機原理與應用》課程教學提出了新的要求，貫徹立德樹人教育根本任務，立足“兩性一度”進行課程建設是一項持之以恒、持續(xù)改進的工作。優(yōu)質的課程才能實現(xiàn)專業(yè)人才畢業(yè)要求和培養(yǎng)目標，才能支撐高等教育教學質量的全面提高，培養(yǎng)學生成為服務于社會的創(chuàng)新型人才[6]。