楊桂華，李懷暉，張烈平

（1.桂林理工大學機械與控制工程學院，廣西 桂林 541004；2.桂林理工大學商學院，廣西 桂林 541004）

引言

近年來，為振興本科教育，提高人才培養(yǎng)水平，教育部提出“各高校要全面梳理各門課程的教學內(nèi)容，淘汰‘水課’、打造‘金課’，合理提升學業(yè)挑戰(zhàn)度、增加課程難度、拓展課程深度。在此背景下，為提高本科課程教學質(zhì)量，“金課”理念受到教育界廣大關注。課程是人才培養(yǎng)方案和培養(yǎng)學生能力的核心載體，因此，為激發(fā)學生學習積極性，提高學生強烈的工程創(chuàng)新意識和較強的實踐創(chuàng)新能力，融入“金課”兩性一度教學理念，教師可通過信息技術、智能技術與實驗教學的深度融合推動“單片機控制技術”課程實驗教學改革，破解自動化專業(yè)教學實驗、實習、實訓中的老大難問題，在提高自動化專業(yè)實驗教學質(zhì)量和實踐育人水平上具有重要意義。

“單片機控制技術”課程非常吻合“金課”中理論學習和實踐創(chuàng)新相結(jié)合的教學理念，符合“兩性一度”標準，即高階性、創(chuàng)新性和挑戰(zhàn)度。（1）理論與實踐緊密結(jié)合。本課程是一門實踐性極強的學科，學生不僅要奠定堅實的理論基礎，還必須進行科學實踐，該課程實驗基本都是軟硬件結(jié)合的綜合性實驗，不僅要動手，還要動腦，既能發(fā)現(xiàn)實驗過程中出現(xiàn)的問題，也能解決問題，達成培養(yǎng)學生解決實驗中復雜問題的綜合能力和思維能力的教學目標，即“高階性”。（2）隨著我國物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，在智慧健康、智慧家居、智慧城市、智慧交通、工業(yè)監(jiān)控等方面的需求不斷提升，單片機技術日新月異，關于單片機技術的教學內(nèi)容必須要體現(xiàn)前沿性與時代性，教學方式必須積極改革，引導學生進行探討式與個性化實驗教學，即“創(chuàng)新性”。（3）該課程具有極強的應用性與實踐性，實驗項目設計增加綜合、設計性內(nèi)容，考核要求增強實踐能力考核，即“挑戰(zhàn)度”。

1 課程教學現(xiàn)狀

隨著電子技術、計算機技術的快速發(fā)展以及工業(yè)領域的高度智能化，導致單片機技術也不斷發(fā)展，充分利用了自動化控制技術的特點，使所開發(fā)的產(chǎn)品應用在各個不同場合，因此，時代驅(qū)使學生學習該課程需要具有較高的工程應用問題解決能力，同樣，該課程教學為了達成此目標需要與時俱進，不斷完善。然而，在實際的教學過程中仍然存在不少問題，主要表現(xiàn)在：

1.1 實驗內(nèi)容單一

“單片機控制技術”課程實驗教學內(nèi)容單一，驗證性實驗過多，實驗項目傾向于理論知識的驗證，很少開設設計性和綜合性實驗，幾乎沒有創(chuàng)新性實驗。因為該課程的學習既涉及單片機的硬件工作原理，又要學習軟件編程，課程內(nèi)容各章節(jié)聯(lián)系緊密，并且與電子電路等其他學科也有很大的交叉性，這導致了學生學習本課程難度增大。再加上當前“單片機控制技術”課程學時緊張，作為自動化專業(yè)的專業(yè)基礎課，總學時48，包括理論34學時，實驗14學時，學生很難快速融會貫通，學以致用。即使開展一些綜合性、設計性實驗，也僅僅是一個知識點的重點應用，遠沒達到工程應用解決問題能力的培養(yǎng)目標。課程結(jié)束后，仍然存在相當一部分學生對單片機的原理與應用缺乏系統(tǒng)掌握，與社會需求的差距甚遠。

1.2 教學模式缺乏創(chuàng)新

采用傳統(tǒng)教學模式的“單片機控制技術”實驗課程教學，基本上都是先由老師講解實驗原理和步驟，然后學生參照實驗指導書，在實驗箱上進行實驗。實驗箱內(nèi)的實驗電路已經(jīng)完全連接好，無須學生再連線操作。由于硬件電路已經(jīng)固定化，則對應的軟件程序也幾乎按部就班照著輸入指令，在實驗設備上觀察實驗現(xiàn)象而已。因此，傳統(tǒng)的“單片機控制技術”實驗教學方式下，學生缺乏獨立思考和設計創(chuàng)新的機會，缺少實踐動手能力和團隊協(xié)作精神的培養(yǎng)訓練，根本無法達到工科學生強烈的工程創(chuàng)新意識、較強的實踐動手能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)目標。

1.3 考核評價機制不合理

考核方式是檢驗學生對該課程學習效果的重要標尺。傳統(tǒng)教學模式下單片機實驗課程不設單獨考核，單片機實驗課成績評定是對每一次實驗結(jié)果進行評價，主要以實驗報告、學生考勤情況為依據(jù)。實驗課考勤通過花名冊點名或者自己簽到方式進行，無法完全監(jiān)督該課程缺課情況以及學生參與實驗情況。并且該課程實驗成績僅占單片機課程總成績的20%，理論課程成績比例較高，學生只重視理論課程，忽視了實踐能力培養(yǎng)的重要性。這種考核評價方式既不能全面反映學生的學習過程及學習效果，也不能體現(xiàn)出該課程實驗的作用，導致部分學生容易怠慢該實驗課程。

2 “金課”理念下課程教學方法改革

2.1 完善實驗教學體系設計

根據(jù)自動化專業(yè)人才培養(yǎng)目標，以及現(xiàn)代自動化裝備產(chǎn)業(yè)對自動化專業(yè)人才的需求特征，構建“單片機”課程實驗教學體系，如圖1所示。課程改革關注教學資源的開發(fā)和利用，以及各門課之間的課程融合。單片機課程實驗安排按照先基礎、綜合，再創(chuàng)新的能力順序關系遞進，將課程實驗模塊結(jié)合學生課外科技立項項目和科技競賽活動，形成三層次的實驗教學內(nèi)容分別培養(yǎng)學生的學科專業(yè)基本素質(zhì)、工程實踐能力和科研創(chuàng)新能力。

圖1 單片機課程實驗教學體系

2.2 實驗教學內(nèi)容補充和完善

為適應當前課時少的現(xiàn)狀，則需要整合課程資源，優(yōu)化教學內(nèi)容，對不同課程知識進行教學融合。本課程實驗項目的建設思路、內(nèi)容設計等方面體現(xiàn)以學生為中心，以培養(yǎng)學生應用能力和創(chuàng)新能力為導向的教學理念。實驗項目分三大模塊逐次遞進，即基礎性實驗模塊→綜合、設計性實驗模塊→創(chuàng)新性實驗模塊，基礎性實驗模塊主要是芯片基本功能的驗證、編程語言和開發(fā)平臺的使用，是為了達到培養(yǎng)學生專業(yè)基本技能的教學目標；綜合、設計性實驗模塊是在基礎性實驗上的拓展，由單片機芯片與外圍器件以及接口電路構成一種具有實際應用功能的實驗項目，需要學生具備系統(tǒng)分析和設計能力；創(chuàng)新性實驗模塊是一種由多個功能模塊組成的應用系統(tǒng)實驗項目，例如智能小車控制，包括了一個完整系統(tǒng)的控制方案的確定，環(huán)境感知模塊的設計與實現(xiàn)，運動控制模塊的設計與實現(xiàn)，涉及單片機控制技術、傳感器技術、通信技術等多個學科知識的應用，該模塊對促進學生團隊協(xié)作能力、復雜工程實踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)至關重要。

同時，把握“虛實結(jié)合、相互補充”的原則，在教學中充分發(fā)揮虛擬仿真實驗教學的技術特色，在綜合性實驗過程中引入Keil+Proteus仿真實驗平臺，將現(xiàn)實中難以開展的實驗通過虛擬平臺實現(xiàn)，也可以緩解實驗室資源不足的狀況，并且利用虛擬仿真技術可以開發(fā)種類繁多的實驗項目，豐富實驗內(nèi)容，提高實驗項目難度，體現(xiàn)虛擬仿真實驗項目的高階性、創(chuàng)新性和挑戰(zhàn)度。

2.3 實驗教學模式創(chuàng)新

實驗教學包括了實驗場地、實驗設備和師生協(xié)同合作，因此教學方式可以不拘一格，將混合式教學方法、任務驅(qū)動式教學方法、項目教學方法、校內(nèi)外實訓教學方法、自主學習與網(wǎng)絡協(xié)作教學方法等應用于實驗教學中。通過以做帶學、以學促做，激勵自主創(chuàng)新學習，充分發(fā)揮自身優(yōu)勢特長，創(chuàng)造性地解決實驗項目中的復雜工程問題。同時，“單片機控制技術”是一門實踐性很強的學科，引入Keil+Proteus仿真實驗平臺，通過文字、圖片、視頻等多種新媒體和新技術輔助實驗教學，借助計算機通過仿真軟件平臺選取元器件，搭建硬件電路、調(diào)試電路、軟件編程等，開展“網(wǎng)上做實驗、虛擬仿真實驗”的線上線下混合式虛擬仿真實驗教學模式。在實驗教學環(huán)節(jié)以“基礎性、綜合性、開放性、創(chuàng)新性”為特點，形成一種以“先基礎、再綜合、再到研究與創(chuàng)新”為主線的實驗教學，在教學內(nèi)容的廣度和深度，教學的時間和空間上充分發(fā)揮仿真實驗教學的優(yōu)勢，不僅提高了實驗教學效果，也極大地培養(yǎng)了學生的實踐與創(chuàng)新能力。

2.4 考核評價方式改革

課程教學方法的改革目的就是為學生提供良好的學習環(huán)境。本文以能力始，以能力終的實驗課程改革理念，為了體現(xiàn)“金課”的高階性、創(chuàng)新性和挑戰(zhàn)度，把課程建設要求落實到具體觀測點上，以教育最終產(chǎn)品——學生的職業(yè)能力為標桿來設計考核評價指標，形成閉環(huán)教學，考核評價指標包括實驗準備、實驗過程、實驗效果、實驗報告等指標組成，評價知識體系主要包括：學生對實驗所需基礎理論的掌握；學生對系統(tǒng)結(jié)構、控制過程的理解能力；實驗方案的設計能力；學生觀察實驗現(xiàn)象，數(shù)據(jù)分析的能力；學生應對故障的處理能力；學生對系統(tǒng)總體的聯(lián)調(diào)能力，以及學生回答問題的能力。實驗教學除大型綜合設計性實驗外，所有實驗項目均實行1人一組獨立完成，包括實驗準備（包括實驗前方案準備、實驗預習等）、實驗操作以及實驗報告總結(jié)，并增加了“項目分析、項目設計、項目實現(xiàn)、項目匯報”等環(huán)節(jié)，指導教師全程跟蹤，實現(xiàn)課程教學的過程考核。課程實驗考核包括：過程性考核（70%）+終結(jié)性考核（30%）。過程性考核主要對學生參與度、完成度給出評估；終結(jié)性考核是對學生實驗項目結(jié)果的展示，即對作品的難易程度和創(chuàng)意給出評價。最后老師總結(jié)性評價分析該實驗教學項目對學生能力、素質(zhì)要求達成的情況，將考核與評價有機結(jié)合起來，以促進后續(xù)教學的完善。

3 結(jié)語

實驗教學是“單片機控制技術”課程教學的主要組成部分，是培養(yǎng)學生實踐能力的重要環(huán)節(jié)，廣大教師和學生應當給予高度重視。本文針對“單片機控制技術”實驗教學中教學方法單一，教學內(nèi)容缺乏綜合性和創(chuàng)新性，考核評價不科學等問題，按照“金課”兩性一度的課程建設理念，提出了一些觀點和建議，并在實驗教學環(huán)節(jié)提出了一系列改革措施，通過改革實踐證明在本科的教學質(zhì)量和學生創(chuàng)新實踐能力提升方面具有一定效果。