崔鳳英　樊春玲　周春麗

［摘 要］單片機(jī)課程設(shè)計(jì)教學(xué)目前仍存在不足，文章提出一種新型的開放式教學(xué)模式，并從課程設(shè)計(jì)形式（時(shí)間、地點(diǎn)）、設(shè)計(jì)內(nèi)容和考核方式等方面對(duì)開放式教學(xué)模式進(jìn)行了闡述，同時(shí)詳細(xì)分析了開放式教學(xué)模式落地所需要注意的事項(xiàng)。實(shí)踐結(jié)果表明，開放式教學(xué)能夠大大激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提升學(xué)生實(shí)際動(dòng)手能力，培養(yǎng)學(xué)生自主創(chuàng)新精神，滿足新工科建設(shè)的要求。

［關(guān)鍵詞］單片機(jī)課程；開放式教學(xué)模式；課程設(shè)計(jì)；考核方式

［中圖分類號(hào)］ G642.0 ［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］ A ［文章編號(hào)］ 2095-3437（2023）04-0056-03

引言

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，單片機(jī)在智能儀器儀表、工業(yè)過(guò)程控制、計(jì)算機(jī)集成控制、人工智能、通信設(shè)備等智能化方面的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，以單片機(jī)和各種微處理器為核心的技術(shù)成為實(shí)現(xiàn)智能化技術(shù)開發(fā)應(yīng)用的主流方向[1]。單片機(jī)原理與應(yīng)用課程（以下簡(jiǎn)稱單片機(jī)課程）是青島科技大學(xué)在測(cè)控、自動(dòng)化及其他相近專業(yè)開設(shè)的課程，是繼電子類課程（如電路、模電和數(shù)電等課程）后開設(shè)的必修專業(yè)課。該課程是否學(xué)好在學(xué)生將來(lái)就業(yè)時(shí)起著舉足輕重的作用， 因?yàn)槟壳昂芏喙た祁惖穆毼灰蟠蠖寂c電子類以及單片機(jī)的知識(shí)相關(guān)。因此，對(duì)于自動(dòng)化專業(yè)的學(xué)生來(lái)說(shuō)，學(xué)好單片機(jī)課程不僅是為了拿學(xué)分，更是為了培養(yǎng)自己的專業(yè)能力，以適應(yīng)未來(lái)工作的需要。單片機(jī)課程設(shè)計(jì)正是對(duì)所學(xué)專業(yè)課程知識(shí)的綜合運(yùn)用，是理論聯(lián)系實(shí)際的產(chǎn)物，是培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力的有效載體[2]。

目前，在單片機(jī)課程設(shè)計(jì)中普遍存在兩方面的問(wèn)題：一方面，多數(shù)學(xué)生對(duì)該課程有一定的興趣， 但存在畏難情緒。學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了有關(guān)的基礎(chǔ)知識(shí)，渴望有機(jī)會(huì)去嘗試和驗(yàn)證學(xué)習(xí)效果，但單片機(jī)課程設(shè)計(jì)的特點(diǎn)是綜合性強(qiáng)、實(shí)踐性強(qiáng)，同時(shí)還具有工程性的特點(diǎn)， 設(shè)計(jì)過(guò)程中經(jīng)常會(huì)涉及電工電路和電子方面的知識(shí)，內(nèi)容涉及范圍廣， 尤其是課程基礎(chǔ)未打牢的學(xué)生學(xué)起來(lái)很費(fèi)勁，因此很多學(xué)生存在畏難情緒。另一方面，部分學(xué)生缺乏思考習(xí)慣，習(xí)慣指令性學(xué)習(xí)，如果教師不給出具體說(shuō)明就不會(huì)學(xué)習(xí)；或者是教師直接給出設(shè)計(jì)方案，學(xué)生生搬硬套，缺乏主動(dòng)思考，難以提出自己的見解，也不能發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。這種培養(yǎng)方式還是以教師為中心，培養(yǎng)出的學(xué)生在社會(huì)上缺乏競(jìng)爭(zhēng)力，不符合新工科建設(shè)對(duì)人才培養(yǎng)的要求。因此，探索一種新的教學(xué)方式來(lái)緩解和消除學(xué)生的畏難情緒，培養(yǎng)和訓(xùn)練學(xué)生的思考習(xí)慣非常必要[3]?；诖?，本研究嘗試把開放式教學(xué)模式應(yīng)用于單片機(jī)課程設(shè)計(jì)教學(xué)，取得了較好的教學(xué)效果。

一、單片機(jī)課程設(shè)計(jì)開展開放式教學(xué)的必要性和意義

傳統(tǒng)的單片機(jī)課程設(shè)計(jì)存在以下幾個(gè)問(wèn)題：一是時(shí)間安排有待完善。課程設(shè)計(jì)時(shí)間一般安排在學(xué)期末，和單片機(jī)理論課程的教學(xué)安排在同一個(gè)學(xué)期，是在理論課教學(xué)結(jié)束后進(jìn)行的，這樣的安排導(dǎo)致課程設(shè)計(jì)時(shí)間滯后，而且時(shí)間集中在一周內(nèi)，很多學(xué)生感覺課程完成度較差。二是設(shè)備固定。課程設(shè)計(jì)的進(jìn)行主要依托于實(shí)驗(yàn)室的儀器和設(shè)備，而期末實(shí)踐類課程相對(duì)集中，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)室儀器設(shè)備不好安排。三是考核模式單一。由于題目相對(duì)固定，實(shí)驗(yàn)結(jié)果趨于雷同，考核主要側(cè)重于學(xué)生課程設(shè)計(jì)報(bào)告，因此難以真實(shí)地衡量和考核學(xué)生設(shè)計(jì)水平[4]?？傊T多限制因素使課程設(shè)計(jì)教學(xué)仍是以教師為中心而不是以學(xué)生為中心，學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性受到限制，也無(wú)法滿足學(xué)生的求知欲，制約了學(xué)生綜合素質(zhì)和綜合能力的發(fā)展。因此，單片機(jī)課程設(shè)計(jì)通過(guò)開放式教學(xué)改革，可以增強(qiáng)教學(xué)的靈活性，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新潛能，提升學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力，培養(yǎng)出滿足社會(huì)需要的高素質(zhì)人才。

二、采取開放式教學(xué)模式開展單片機(jī)課程設(shè)計(jì)教學(xué)的探索

開放式教學(xué)模式是指教學(xué)處于一種全開放的狀態(tài)，包括教學(xué)的時(shí)間、地點(diǎn)、設(shè)備、內(nèi)容、指導(dǎo)方式和考核方式，所有都是靈活的，無(wú)固定模式，學(xué)生可以盡情發(fā)揮想象力與潛力。開放式教學(xué)模式給學(xué)生安上了飛翔的翅膀，有助于充分激發(fā)其想象力和創(chuàng)新思維[5]。因此，單片機(jī)課程設(shè)計(jì)的開放式教學(xué)是對(duì)課程設(shè)計(jì)教學(xué)的改革。

（一）注重教學(xué)時(shí)間的靈活性

以往的課程設(shè)計(jì)通常安排在學(xué)期末，實(shí)踐類課程較集中，而且這也是很多課程的考試時(shí)間，學(xué)生們忙于各科考試，此時(shí)如果需要做課程設(shè)計(jì)，極易導(dǎo)致學(xué)生重視理論課考試而忽視課程設(shè)計(jì)，這就違背了開設(shè)課程設(shè)計(jì)的初衷。教學(xué)時(shí)間開放的模式就是在學(xué)期開始時(shí)安排課程設(shè)計(jì)任務(wù)，把課程設(shè)計(jì)的過(guò)程貫穿于整個(gè)學(xué)期，相當(dāng)于是采用項(xiàng)目式的教學(xué)方式完成對(duì)理論課程和課程設(shè)計(jì)的教學(xué)。在理論課授課的同時(shí)安排設(shè)計(jì)任務(wù)，這樣學(xué)生在學(xué)習(xí)理論的同時(shí)便能結(jié)合所學(xué)知識(shí)構(gòu)思設(shè)計(jì)內(nèi)容，平時(shí)多觀察多思考，不斷積累相關(guān)知識(shí)素材與能力。正是這種長(zhǎng)時(shí)間的思考和思維方式，訓(xùn)練和培養(yǎng)了學(xué)生的思考習(xí)慣，也提高了其創(chuàng)新思維能力。時(shí)間的開放性使學(xué)生可以自由支配時(shí)間，靈活性強(qiáng)。在實(shí)施過(guò)程中交叉進(jìn)行理論知識(shí)學(xué)習(xí)和實(shí)踐探索，有助于培養(yǎng)學(xué)生的思考習(xí)慣與知識(shí)應(yīng)用能力，達(dá)到以理論指導(dǎo)實(shí)踐和通過(guò)實(shí)踐驗(yàn)證理論的教學(xué)目的。

（二）注重教學(xué)地點(diǎn)的開放性

教學(xué)地點(diǎn)的開放性是指學(xué)生開展課程設(shè)計(jì)的地點(diǎn)不再局限于實(shí)驗(yàn)室。高校實(shí)驗(yàn)室設(shè)備使用一般是周期性的，每個(gè)學(xué)期的實(shí)驗(yàn)周數(shù)較少，實(shí)驗(yàn)室很多時(shí)候都是閑置的，比如很多專業(yè)實(shí)驗(yàn)室只是在后半學(xué)期集中開設(shè)2至8周時(shí)間。課程設(shè)計(jì)因?yàn)閮?nèi)容具有開放性，各種類型的課題都有，學(xué)生可根據(jù)自己的需要選擇某些實(shí)驗(yàn)儀器，體積小的儀器甚至可以借出，讓學(xué)生帶回宿舍進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。只要是有利于學(xué)生有效開展實(shí)驗(yàn)的資源和條件都可以利用起來(lái)。比如電子實(shí)驗(yàn)室、智能儀器實(shí)驗(yàn)室、檢測(cè)儀表實(shí)驗(yàn)室、仿真實(shí)驗(yàn)室等，學(xué)生如果需要都可以申請(qǐng)使用。注重教學(xué)地點(diǎn)的開放性不僅改善了儀器使用率低的狀況，更重要的是整合了實(shí)驗(yàn)資源，為學(xué)生創(chuàng)造了良好的學(xué)習(xí)環(huán)境，有助于學(xué)生更好地完成課程設(shè)計(jì)。

（三）注重教學(xué)內(nèi)容、方式、過(guò)程的開放性

興趣是最好的老師，興趣使學(xué)生可以全身心投入。學(xué)生根據(jù)自己的興趣進(jìn)行選題，這就大大提高了學(xué)習(xí)的積極性與效率。而且從確定選題到查閱資料、制訂設(shè)計(jì)方案，再到閱讀儀器說(shuō)明書、準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)器材、組裝實(shí)驗(yàn)裝置、開展實(shí)驗(yàn)編程，一直到最后的實(shí)驗(yàn)調(diào)試和結(jié)果分析等， 在這一系列的過(guò)程中， 學(xué)生始終處于自主狀態(tài)[6]。這種新的教學(xué)模式正是按照工程教育專業(yè)認(rèn)證的要求做到以學(xué)生為中心。課程設(shè)計(jì)最開始是單一的題目，全班一個(gè)類型，后來(lái)改為每班三個(gè)或五個(gè)題目，學(xué)生可以任選。但是教師個(gè)人的想法畢竟還是有限的，思維方式是個(gè)人化的，不能全面照顧到所有學(xué)生的興趣愛好，因而效果不理想。

開放式教學(xué)真正體現(xiàn)了以學(xué)生為主體的教學(xué)理念，具體實(shí)施內(nèi)容包括六個(gè)方面。（1）選題：學(xué)生根據(jù)自己的興趣進(jìn)行選擇。（2）制訂設(shè)計(jì)方案：學(xué)生通過(guò)圖書館、網(wǎng)絡(luò)等平臺(tái)查找相關(guān)資料，同時(shí)還可借鑒師哥師姐的經(jīng)驗(yàn)，獨(dú)立地去完成。查找資料篩選資料的過(guò)程本身就是一種學(xué)習(xí)過(guò)程、一種鍛煉，這個(gè)過(guò)程對(duì)很多學(xué)生來(lái)講是一個(gè)挑戰(zhàn)，但受興趣的驅(qū)使，學(xué)生們躍躍欲試、樂(lè)此不疲。（3）儀器設(shè)備：學(xué)生可以去實(shí)驗(yàn)室申請(qǐng)，或自己購(gòu)買元器件。（4）畫電路圖和PCB制版：根據(jù)方案，學(xué)生用Altium Designer畫各部分硬件電路圖，自己焊接器件，進(jìn)行調(diào)試。（5）軟件設(shè)計(jì)：根據(jù)任務(wù)要求，運(yùn)用課程所學(xué)的理論知識(shí)進(jìn)行編程，通過(guò)程序的上傳下載，不斷調(diào)試，實(shí)現(xiàn)相關(guān)功能。（6）系統(tǒng)搭建和測(cè)試：學(xué)生搭建各器件，對(duì)軟硬件進(jìn)行連接調(diào)試，直到最后輸出結(jié)果。

在實(shí)施這種新的教學(xué)模式過(guò)程中我們發(fā)現(xiàn)，學(xué)生具有巨大的學(xué)習(xí)潛力，其選題內(nèi)容多樣化，即便是題目類似其方案也是多種多樣。比如有工業(yè)應(yīng)用方面的智能溫度測(cè)試儀、液位控制系統(tǒng)、空調(diào)機(jī)控制系統(tǒng)，有醫(yī)學(xué)應(yīng)用方面的心率檢測(cè)儀、脈搏檢測(cè)儀、血壓檢測(cè)儀等，有生活應(yīng)用方面的激光電子密碼鎖、多功能電子時(shí)鐘、自動(dòng)澆花系統(tǒng)設(shè)計(jì)，有娛樂(lè)應(yīng)用方面的光立方設(shè)計(jì)、電子琴設(shè)計(jì)、智能避障小車等。教學(xué)內(nèi)容、方式與過(guò)程的開放性，讓學(xué)生充分發(fā)揮其想象力和創(chuàng)造力，學(xué)會(huì)從生活中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題，在嘗試、挑戰(zhàn)、失敗與成功中培養(yǎng)專業(yè)能力。

（四）注重考核方式的開放性

不再局限于一種考核方式，而是采取多種方式進(jìn)行綜合考查、全面考查。單片機(jī)課程設(shè)計(jì)成績(jī)分配包括四個(gè)部分：一是考勤，占10%；二是設(shè)計(jì)成果展示，這部分是重點(diǎn)考核內(nèi)容，占60%；三是答辯環(huán)節(jié)，占10%；四是設(shè)計(jì)報(bào)告，占20%?？记谥饕强雌綍r(shí)簽到次數(shù)以及平時(shí)學(xué)生提問(wèn)的情況，對(duì)于所提問(wèn)題有深度、思考能力強(qiáng)的學(xué)生可適當(dāng)加分。設(shè)計(jì)成果展示，既要看運(yùn)行情況，也要看課題內(nèi)容的難易程度和寬泛程度，由導(dǎo)師掌握。答辯環(huán)節(jié)主要是展示PPT，查看學(xué)生PPT的制作能力，現(xiàn)場(chǎng)講解的表達(dá)能力。設(shè)計(jì)報(bào)告重點(diǎn)看學(xué)生撰寫能力，是否結(jié)構(gòu)合理、重點(diǎn)突出、層次分明、敘述清楚等。通過(guò)這幾個(gè)方面的考核，基本可以全面考查學(xué)生基礎(chǔ)知識(shí)掌握情況及知識(shí)應(yīng)用的能力，學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力以及綜合素質(zhì)情況。

三、單片機(jī)課程設(shè)計(jì)開放式教學(xué)實(shí)施需要注意的問(wèn)題

如何管理學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程是一個(gè)重要的環(huán)節(jié)，必須有合理的管理措施保證開放式教學(xué)的有效實(shí)施。

其一，開放式教學(xué)要建立考勤制度，要增強(qiáng)學(xué)生的組織紀(jì)律性。考勤不能按照常規(guī)做法進(jìn)行，本研究采取的方式是把每個(gè)班級(jí)作為小組，安排一個(gè)負(fù)責(zé)人，每個(gè)星期學(xué)生要向負(fù)責(zé)人匯報(bào)這一周的學(xué)習(xí)進(jìn)展，說(shuō)明時(shí)間地點(diǎn)，同時(shí)有數(shù)據(jù)或截圖記錄。每個(gè)班有一個(gè)考勤報(bào)表，每周提交一次，學(xué)生之間互相監(jiān)督。

其二，開放式教學(xué)要有完善的任務(wù)書和考核要求，保證課題內(nèi)容的質(zhì)量，比如對(duì)選題的正確性、與課程的關(guān)聯(lián)性以及難度適中等進(jìn)行規(guī)定。這方面指導(dǎo)老師要在設(shè)計(jì)伊始就提出明確要求，學(xué)生在選題時(shí)也只有一定程度的自由，學(xué)生選好題后，設(shè)計(jì)方案必須經(jīng)過(guò)指導(dǎo)老師審核，合格后再開始具體實(shí)施，這樣有助于保證選題合理和內(nèi)容達(dá)到質(zhì)量要求。

其三，指導(dǎo)要及時(shí)有效和多樣化。指導(dǎo)可以通過(guò)QQ、郵件、電話或者在辦公室、實(shí)驗(yàn)室面對(duì)面進(jìn)行，時(shí)間的靈活性較強(qiáng)，最大限度保證學(xué)生的問(wèn)題得到及時(shí)解決。課程設(shè)計(jì)的每個(gè)階段都有指導(dǎo)老師參與。指導(dǎo)老師清楚每個(gè)學(xué)生的設(shè)計(jì)進(jìn)展情況，隨時(shí)督促學(xué)生，保證設(shè)計(jì)有效進(jìn)行。

單片機(jī)課程設(shè)計(jì)的開放式教學(xué)，從始至終都強(qiáng)調(diào)發(fā)揮學(xué)生的主體作用，體現(xiàn)以學(xué)生為中心的理念。開放式教學(xué)也對(duì)教師提出了更高的要求， 其涉及的知識(shí)面更廣，教師必須不斷加強(qiáng)自身的專業(yè)學(xué)習(xí)，不斷更新知識(shí)儲(chǔ)備，提高自身綜合素質(zhì)，積累實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，才能夠全方位地指導(dǎo)學(xué)生開展課程設(shè)計(jì)。

四、結(jié)語(yǔ)

單片機(jī)課程設(shè)計(jì)開放式教學(xué)的改革和實(shí)踐，是在工程教育專業(yè)認(rèn)證以學(xué)生為中心理念的指導(dǎo)下，對(duì)原教學(xué)模式進(jìn)行探索與創(chuàng)新。文章從教學(xué)的時(shí)間、地點(diǎn)、內(nèi)容和考核方式等方面給出了改革思路或具體實(shí)施過(guò)程。實(shí)踐結(jié)果表明，該模式能夠充分激發(fā)學(xué)生設(shè)計(jì)的興趣，鍛煉學(xué)生思考能力，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)，增強(qiáng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，深度挖掘?qū)W生的潛力，提升學(xué)生工程實(shí)踐應(yīng)用能力，所培養(yǎng)的學(xué)生在將來(lái)畢業(yè)時(shí)具備較強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力，是一種有效的值得推廣的教學(xué)模式。

［ 參 考 文 獻(xiàn) ］

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［責(zé)任編輯：龐丹丹］