摘要：以滿足工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)單片機(jī)原理及接口技術(shù)課程的需求為出發(fā)點(diǎn)，分析傳統(tǒng)單片機(jī)教學(xué)模式中存在的問(wèn)題。基于OBE理念對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)模式進(jìn)行重構(gòu)，通過(guò)引入項(xiàng)目案例、SPOC資源、口袋實(shí)驗(yàn)室等來(lái)構(gòu)建基于OBE理念的單片機(jī)原理及接口技術(shù)線上線下混合式教學(xué)模式，以此來(lái)提升學(xué)生的主體地位、加強(qiáng)學(xué)生自學(xué)能力的培養(yǎng)、探索更加適合農(nóng)業(yè)院校電子信息類專業(yè)學(xué)生特點(diǎn)的教學(xué)方法、提升學(xué)生解決工程實(shí)際問(wèn)題的能力。

關(guān)鍵詞：OBE；線上線下混合式教學(xué)；單片機(jī)；課程改革

中圖分類號(hào)：S663.9；F326" " 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A" " 文章編號(hào)：1674-1161（2024）02-0134-04

近年來(lái)，探究式學(xué)習(xí)、混合式學(xué)習(xí)、合作學(xué)習(xí)、翻轉(zhuǎn)課堂、線上線下混合等以學(xué)生為中心的教育新理念的不斷提出，為高校課程教學(xué)改革提供了新的方法和思路。傳統(tǒng)的教學(xué)模式往往以教師為中心，側(cè)重于知識(shí)的傳授，而忽視了學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中的主體地位和個(gè)性化的學(xué)習(xí)需求。研究以O(shè)BE理念為理論支撐，通過(guò)線上線下混合的教學(xué)模式對(duì)電子信息工程專業(yè)的必修課單片機(jī)原理及接口技術(shù)進(jìn)行教學(xué)改革。

1 單片機(jī)原理及接口技術(shù)傳統(tǒng)教學(xué)模式分析

該課程的特點(diǎn)是理論與實(shí)踐并重，知識(shí)更新快，同時(shí)該課程涉及計(jì)算機(jī)科學(xué)、電子工程、通信工程等多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域的知識(shí)[1]，需要學(xué)生具備一定的綜合素質(zhì)和跨學(xué)科能力，是一門理論與實(shí)踐相結(jié)合、綜合性強(qiáng)、強(qiáng)調(diào)動(dòng)手能力和培養(yǎng)創(chuàng)新思維的課程。單片機(jī)原理及接口技術(shù)的傳統(tǒng)課堂教學(xué)模式注重理論基礎(chǔ)的傳授，能夠確保學(xué)生掌握單片機(jī)的基本原理、硬件結(jié)構(gòu)、編程語(yǔ)言等關(guān)鍵知識(shí)，可為后續(xù)學(xué)習(xí)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。傳統(tǒng)的課堂教學(xué)以循序漸進(jìn)的方式展開(kāi)，系統(tǒng)性強(qiáng)，有利于幫助學(xué)生逐步建立起有關(guān)單片機(jī)的知識(shí)體系，使學(xué)生更好地理解和掌握單片機(jī)技術(shù)。傳統(tǒng)的教學(xué)模式側(cè)重于理論傳授，以教師講授為主，學(xué)生往往處于被動(dòng)接受的狀態(tài)，這可能會(huì)導(dǎo)致學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性不高、參與度低[2]?？己朔绞揭怨P試的單一形式為主，只能反映學(xué)生對(duì)考試的應(yīng)試能力，無(wú)法對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)目標(biāo)進(jìn)行合理評(píng)價(jià)。上述種種弊端造成了學(xué)生實(shí)踐操作部分相對(duì)薄弱，缺乏利用單片機(jī)技術(shù)解決實(shí)際工程問(wèn)題的能力[3]。

2 基于OBE理念的單片機(jī)原理及接口技術(shù)教學(xué)模式重構(gòu)

為了更好地培養(yǎng)具備實(shí)踐能力和創(chuàng)新思維的工程技術(shù)人才，課程組基于OBE理念，對(duì)單片機(jī)原理及接口技術(shù)課程的教學(xué)模式進(jìn)行了重構(gòu)，旨在提高課程的教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。OBE（Outcome-Based Education）理念是一種以成果為導(dǎo)向的教育理念，強(qiáng)調(diào)以學(xué)生為中心，圍繞學(xué)生的學(xué)習(xí)成果來(lái)組織教學(xué)[4-5]。在OBE理念下，學(xué)生需要明確自己的學(xué)習(xí)目標(biāo)，并積極參與學(xué)習(xí)過(guò)程，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)成果的最大化。

單片機(jī)原理及接口技術(shù)課程不僅需要學(xué)生掌握單片機(jī)的基本原理和結(jié)構(gòu)，還需要學(xué)生進(jìn)行實(shí)際的硬件搭建和軟件編程，因此具有很強(qiáng)的實(shí)踐性和應(yīng)用性。單片機(jī)技術(shù)和相關(guān)的編程語(yǔ)言也在不斷更新，因此需要學(xué)生具備一定的自主學(xué)習(xí)能力和持續(xù)學(xué)習(xí)的意愿。該課程涉及計(jì)算機(jī)科學(xué)、電子工程、通信工程等多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域的知識(shí)，需要學(xué)生具備一定的綜合素質(zhì)和跨學(xué)科能力。課程注重學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力，需要學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)等實(shí)踐環(huán)節(jié)來(lái)掌握單片機(jī)技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用和調(diào)試技巧，并且通過(guò)學(xué)習(xí)和實(shí)踐，學(xué)生可以逐步培養(yǎng)自己的創(chuàng)新思維和實(shí)踐能力，發(fā)揮主觀能動(dòng)性，解決實(shí)際問(wèn)題。

針對(duì)上述問(wèn)題，基于OBE理念來(lái)明確教學(xué)目標(biāo)，同時(shí)緊緊圍繞工程教育專業(yè)認(rèn)證的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)改革教學(xué)內(nèi)容。在課程開(kāi)始時(shí)，首先明確課程的學(xué)習(xí)目標(biāo)，包括知識(shí)目標(biāo)、能力目標(biāo)和素質(zhì)目標(biāo)等，讓學(xué)生了解自己需要達(dá)到的學(xué)習(xí)成果。在教學(xué)過(guò)程中，轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的教學(xué)觀念，以學(xué)生為中心，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)參與學(xué)習(xí)過(guò)程，發(fā)揮學(xué)生的主體作用[6]。根據(jù)課程學(xué)習(xí)目標(biāo)，制定了單片機(jī)知識(shí)點(diǎn)分解教學(xué)內(nèi)容和“理論+實(shí)踐”的教學(xué)方法，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)學(xué)生學(xué)習(xí)成果的最大化。根據(jù)學(xué)生對(duì)單片機(jī)理論知識(shí)的掌握情況，適時(shí)增加實(shí)踐環(huán)節(jié)，包括微實(shí)驗(yàn)、應(yīng)用案例設(shè)計(jì)等，讓學(xué)生更好地掌握單片機(jī)技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用和調(diào)試技巧。引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，鼓勵(lì)學(xué)生通過(guò)查閱資料、小組討論等方式，自主解決單片機(jī)開(kāi)發(fā)過(guò)程中的實(shí)際問(wèn)題[7]，提高學(xué)生的單片機(jī)開(kāi)發(fā)能力和持續(xù)學(xué)習(xí)的意愿。在學(xué)期期間，進(jìn)行階段性評(píng)估，以及時(shí)了解學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，發(fā)現(xiàn)并解決問(wèn)題，確保學(xué)生能夠達(dá)到單片機(jī)課程預(yù)期的學(xué)習(xí)效果。基于OBE理念的單片機(jī)原理及接口技術(shù)教學(xué)模式流程圖如圖1所示。

3 單片機(jī)原理及接口技術(shù)線上線下混合式教學(xué)設(shè)計(jì)

“單片機(jī)原理與接口技術(shù)”的電子課程中，采用國(guó)內(nèi)STC公司研發(fā)的STC8系列芯片為主講芯片，課程核心內(nèi)容包括單片機(jī)的基本結(jié)構(gòu)及工作原理、匯編語(yǔ)言指令及編程、中斷系統(tǒng)、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串行通信、顯示器和鍵盤(pán)、可編程并行接口、A/D和D/A轉(zhuǎn)換器接口設(shè)計(jì)等教學(xué)內(nèi)容。根據(jù)單片機(jī)的課程內(nèi)容，將授課知識(shí)點(diǎn)分成理論內(nèi)容和實(shí)踐內(nèi)容兩部分，其中理論內(nèi)容教學(xué)采用線上方式進(jìn)行，線上課程建設(shè)主要包括理論知識(shí)點(diǎn)視頻、教學(xué)文檔、芯片技術(shù)手冊(cè)、實(shí)驗(yàn)案例、程序視頻等。同時(shí)為了提升學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，在理論教學(xué)內(nèi)容的基礎(chǔ)上補(bǔ)充了包括微視頻、芯片動(dòng)畫(huà)、單片機(jī)項(xiàng)目分析等拓展資源包。線上資源每一學(xué)期均會(huì)圍繞課程目標(biāo)和考核標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行修訂和調(diào)整。

單片機(jī)是對(duì)學(xué)生實(shí)踐能力要求很高的課程，傳統(tǒng)的課堂教學(xué)多以理論為主[10]，因此本課程線下教學(xué)部分以項(xiàng)目式教學(xué)、實(shí)踐開(kāi)發(fā)教學(xué)為主，主要包括開(kāi)發(fā)環(huán)境調(diào)試、PCB制板、實(shí)驗(yàn)例程開(kāi)發(fā)等有關(guān)單片機(jī)技術(shù)開(kāi)發(fā)的重要技術(shù)環(huán)節(jié)。為了拓展學(xué)生的實(shí)踐能力，課程同步設(shè)計(jì)了“口袋實(shí)驗(yàn)室”，以課程組自己研發(fā)的STC8單片機(jī)綜合開(kāi)發(fā)板為硬件，再配合課程組自制的程序、案例資源，使學(xué)生在沒(méi)有考核壓力的前提下，鍛煉自主學(xué)習(xí)能力。實(shí)踐表明，學(xué)生單片機(jī)實(shí)踐開(kāi)發(fā)參與度大于95%，學(xué)生對(duì)單片機(jī)課程學(xué)習(xí)的成就感大大提升，學(xué)習(xí)熱情也被大大激發(fā)[11]。

4 教學(xué)效果

課程組采用問(wèn)卷調(diào)查的方式對(duì)沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)信息與電氣工程學(xué)院2020級(jí)電子信息工程專業(yè)共43名學(xué)生進(jìn)行調(diào)研，共回收有效問(wèn)卷43份，問(wèn)卷主要調(diào)研了學(xué)生對(duì)線上線下混合式教學(xué)方式的評(píng)價(jià)，如圖2所示。

由圖2可知，學(xué)生對(duì)線上線下混合式教學(xué)的認(rèn)可程度超過(guò)93%（4分與5分的總和）。相比于傳統(tǒng)的教學(xué)方式，采用混合式的教學(xué)方式后，76%的同學(xué)認(rèn)為個(gè)人的硬件開(kāi)發(fā)能力有了提升，這表明線上線下混合式教學(xué)模式對(duì)大多數(shù)學(xué)生是有幫助的。

學(xué)生實(shí)踐開(kāi)發(fā)能力的提升情況如圖3所示。

由圖3可以看出，7%的學(xué)生認(rèn)為線上線下混合式教學(xué)導(dǎo)致自己的開(kāi)發(fā)能力略有下降，對(duì)此未來(lái)仍需針對(duì)不同學(xué)生的情況來(lái)設(shè)計(jì)更有針對(duì)性的線上線下混合式教學(xué)內(nèi)容。

5 結(jié)語(yǔ)

按照工程教育中的OBE 理念，結(jié)合單片機(jī)原理及接口技術(shù)課程在電子信息類專業(yè)人才培養(yǎng)的支撐度，轉(zhuǎn)換為以學(xué)生為中心的線上線下混合式新型教學(xué)模式[12-13]，并對(duì)教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和考核方式進(jìn)行了改革[14]?；谥袊?guó)大學(xué)慕課SPOC線上資源，再結(jié)合案例式、項(xiàng)目式線下實(shí)踐教學(xué)以實(shí)現(xiàn)多維混合的教學(xué)模式，這一模式不僅提高了硬件開(kāi)發(fā)類課程過(guò)程考核的重要性[15]、豐富過(guò)程考核的內(nèi)容，還提高了學(xué)生實(shí)踐開(kāi)發(fā)學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。面向工程教育認(rèn)證，建立起以往教育中缺乏的工程價(jià)值觀，這有助于提高學(xué)生運(yùn)用單片機(jī)解決實(shí)際工程問(wèn)題的應(yīng)用能力。

參考文獻(xiàn)

[1] 陳瑋，沈文龍，翁亞濱，等.應(yīng)用型本科嵌入式技術(shù)教學(xué)體系建設(shè)的探索[J].凱里學(xué)院學(xué)報(bào)，2014，32（6）：98-100.

[2] 邵海龍.“置身其中”談單片機(jī)教學(xué)方式改革[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，2021，43（5）：116-119+144.

[3] 金韋利.單片機(jī)原理及應(yīng)用課程教學(xué)改革的研究[J].科技視界，2013（30）：168+205.

[4] 何曉蓉，劉愛(ài)明，盛欣.OBE理念下高等工程教育專業(yè)人才培養(yǎng)模式改革思考[J].黑龍江教育（高教研究與評(píng)估），2018（8）：76-78.

[5] 運(yùn)海紅，黃成哲，李雅，等.OBE理念下計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式改革探索[J].黑龍江工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2019，33（4）：74-76+80.

[6] 張麗.課堂教學(xué)中提高學(xué)生主體性參與意識(shí)[J].科技信息，2009（17）：239+251.

[7] 和麗花.項(xiàng)目教學(xué)法在單片機(jī)課程中的應(yīng)用實(shí)踐[J].職業(yè)，2014（3）：99.

[8] 王蘇彧.單片機(jī)原理與接口技術(shù)及其課程設(shè)計(jì)的教學(xué)改革研究[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2019，16（14）：198-199.

[9] 陳曉雷，陳燕，楊永雙.《單片機(jī)原理與接口技術(shù)》教學(xué)改革的幾點(diǎn)思索[J].信息系統(tǒng)工程，2012（11）：149-150.

[10] 趙宇洋，李爭(zhēng)，王春梅.基于工程教育認(rèn)證的單片機(jī)PBL教學(xué)模式探索與實(shí)踐[J].高教學(xué)刊，2019（2）：90-93.

[11] 董燕麗，趙曉艷，劉攀等.“新工科”背景下《單片機(jī)原理與應(yīng)用》的教學(xué)改革探索[J].中國(guó)設(shè)備工程，2020（22）：233-234.

[12] 李歐.基于翻轉(zhuǎn)課堂的混合式教學(xué)模式在電子技術(shù)課程中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代職業(yè)教育，2019（19）：274-275.

[13] 張?zhí)K嘉.單片機(jī)課程的OBE一體化教學(xué)實(shí)踐[J].電子技術(shù)，2022，51（8）：148-150.

[14] 燕敏，韓存鴿，杜開(kāi)峰.高職計(jì)算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)課程系統(tǒng)化教學(xué)改革實(shí)踐[J].電腦知識(shí)與技術(shù)，2016，12（31）：142-144.

[15] 李晶，袁云梅.基于SPOC平臺(tái)的單片機(jī)課程混合式教學(xué)實(shí)踐[J].電子技術(shù)，2022，51（4）：134-137.

Practice of Online and Offline Mixed Teaching Mode of \"Principle and Interface Technology of Single Chip Microcomputer\" Based on OBE Concept

YU Fenghua，LI Zhengming，YAO Ping，LIU Tan，XU Tongyu*

（College of Information and Electrical Engineering， Shenyang Agricultural University， Shenyang 110161， China）

Abstract： In order to meet the requirements of the microcontroller principle and interface technology course in the engineering education certification standard， this paper analyzes the problems existing in the traditional microcontroller teaching mode. Based on the concept of OBE， the traditional teaching mode is reconstructed. By introducing project cases， SPOC resources， pocket LABS， etc.， the online and offline mixed teaching mode of SCM Principle and Interface Technology based on the concept of OBE is constructed. In this way， we can enhance the main body status of students， strengthen the cultivation of students’ self-study ability， explore the teaching methods more suitable for the characteristics of students majoring in electronic information in agricultural colleges and universities， and improve the students' ability to solve practical engineering problems.

Key words： OBE; online and offline mixed teaching; single-chip computer; curriculum reform