以前向通路主線為核心的供給側(cè)課程改革實踐*

翟任何，趙永強，施紹寧

以前向通路主線為核心的供給側(cè)課程改革實踐*

翟任何，趙永強，施紹寧

（陜西理工大學(xué)機械工程學(xué)院，陜西 漢中 723000）

隨著國家教學(xué)改革和“雙一流”建設(shè)項目的推進，課程改革成為推進高等教育改革的源動力和重要基石。以車輛工程專業(yè)的單片機技術(shù)課程教學(xué)為對象，分析了現(xiàn)有教育教學(xué)的弊端，提出了以前向通路主線為核心的供給側(cè)課程改革的構(gòu)架，以案例的方式重新組織教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法，探索出了課程教學(xué)“一點三原則”，以學(xué)生興趣為著手點，以培養(yǎng)目標為紐帶，以課程教學(xué)內(nèi)容為目的實現(xiàn)課程內(nèi)容與教學(xué)任務(wù)的統(tǒng)一，通過循序漸進方式逐步加大學(xué)習(xí)的難度和深度，從而實現(xiàn)更好的教學(xué)效果。

供給側(cè)改革；前向通路；課程改革；單片機技術(shù)

1 背景和意義

隨著普通高等教育改革的推進，國家推出了“雙一流”、“工程教育質(zhì)量認證”和“學(xué)科水平評估”等一系列重大舉措，旨在推進面向高等院校的研究型和應(yīng)用型人才培養(yǎng)的雙向改革。普通高校的教學(xué)承擔(dān)單位，落實國家教育教學(xué)改革的具體可行的措施就是加速推進課程教學(xué)改革。普通高校的專業(yè)教育必須重視課程教學(xué)改革，尤其是專業(yè)性較強的課程改革。以課程改革促進專業(yè)教學(xué)質(zhì)量的提升，促進專業(yè)培養(yǎng)模式的優(yōu)化，增進學(xué)科方向的凝練，落實學(xué)校內(nèi)涵式發(fā)展的目標要求，實現(xiàn)“一流專業(yè)”和“一流學(xué)科”的跨越。以《單片機應(yīng)用技術(shù)》課程為例，針對機械工程學(xué)科所屬的各專業(yè)在的教學(xué)改革實踐，以培養(yǎng)學(xué)生實戰(zhàn)能力為改革目標，以學(xué)生為供給側(cè)組織教學(xué)活動，以前向通路為主線組織教學(xué)內(nèi)容，探索提高普通高校機械工程學(xué)科所屬專業(yè)學(xué)生相關(guān)動手能力的方式方法。

供給側(cè)改革是用改革的辦法推進結(jié)構(gòu)調(diào)整，減少無效和低端供給，擴大有效和中高端供給，增強供給結(jié)構(gòu)對需求變化的適應(yīng)性和靈活性，提高全要素生產(chǎn)率，使供給體系更好適應(yīng)需求結(jié)構(gòu)變化。在教改過程中變“以教為本”為“以學(xué)為本”，主動調(diào)整講課過程的知識點組織結(jié)構(gòu)，以針對知識更新和在校學(xué)生特色變化而主動做出的供給側(cè)改革。課堂教學(xué)改革中的結(jié)構(gòu)性調(diào)整若果能夠圍繞一條主線，用主線貫穿所有的基礎(chǔ)知識和基本技能，就能為結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供保證，從而主線的選擇和實現(xiàn)也就成為課改的關(guān)鍵問題。

2 供給側(cè)教改中前向通路的重要性

教學(xué)過程可以看作一個閉環(huán)控制系統(tǒng)如圖1所示，既有按照教學(xué)計劃授課的過程，又有檢測學(xué)生掌握程度并修正授課計劃的過程。在閉環(huán)控制系統(tǒng)中，信號從輸入端沿箭頭方向到達輸出端的傳輸通路稱前向通路；系統(tǒng)輸出量經(jīng)測量元件反饋到輸入端的傳輸通路稱反饋通路。在教學(xué)過程中，教師的備課、講課、布置作業(yè)、指導(dǎo)實驗環(huán)節(jié)和安排考試是前向通路；根據(jù)作業(yè)和實驗報告分析學(xué)生的疑難并做出教學(xué)計劃的調(diào)整是反饋通路。

圖1 閉環(huán)系統(tǒng)的前向通道和反饋通道

學(xué)生接受知識的過程有其特殊性，如果教師在開課之前設(shè)計的教學(xué)計劃不合理，那么學(xué)生在學(xué)習(xí)新課程時會因為課程學(xué)習(xí)難度大產(chǎn)生厭學(xué)情緒，或者因為對相近概念混淆而形成錯誤認識，此時通過主反饋通路檢測到問題并糾正，不但糾正的難度大，而且糾正過程會產(chǎn)生較大的延時，影響后續(xù)教學(xué)內(nèi)容。所以在教學(xué)過程中，首先要保證前向通路的教學(xué)效果，反饋通路的反饋和調(diào)整則是為了教學(xué)目的已經(jīng)達到的前提下錦上添花。正如在產(chǎn)品制造過程中，批量生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量要靠制定合理的工藝流程和保證每個生產(chǎn)環(huán)節(jié)的加工質(zhì)量，而不能依靠對成品的檢測和返修保證產(chǎn)品質(zhì)量。

以《單片機應(yīng)用技術(shù)》課程的教學(xué)過程為例，如果教學(xué)過程的主線設(shè)置不合理，按照從結(jié)構(gòu)和原理到匯編指令再到應(yīng)用的順序講解，雖然體系嚴謹，單很多學(xué)生會感覺內(nèi)容抽象、枯燥而影響學(xué)習(xí)興趣。反之，如果能找到一條教學(xué)主線，貫穿所有的教學(xué)內(nèi)容，主線上的每個點又是具體的實例，學(xué)習(xí)過程就像在爬緩坡，在教師的引導(dǎo)下逐步登山而不會掉隊。

3 單片機技術(shù)的課程教學(xué)現(xiàn)狀

近年來教學(xué)組對車輛工程專業(yè)的電類課程做了一系列的改革，包括培養(yǎng)計劃調(diào)整、翻轉(zhuǎn)課堂、案例教學(xué)和課外活動等。例如《單片機應(yīng)用技術(shù)》課程改變了以往綱舉目張的教學(xué)順序，把教學(xué)內(nèi)容劃分為若干知識點并對每個知識點精心選取案例，案例和知識點對應(yīng)關(guān)系如表1所示。

表1 案例和知識點對應(yīng)表

通過對教學(xué)內(nèi)容的重新組織和案例教學(xué)，學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情顯著提高，畏難情緒明顯下降，部分學(xué)生自發(fā)地設(shè)計制作基于單片機的作品，在參加各類賽事中應(yīng)用單片機的能力顯著提高。但是仍有一系列的遺留問題等待解決，例如：雖然入門案例容易掌握讓初學(xué)的畏難情緒顯著下降，但是隨著課程進度的推進，后續(xù)的中斷、定時/計數(shù)器和串行通信部分的難度和綜合性提高，學(xué)生在掌握了一些簡單的解決方法以后，遇到難題時懶散情緒開始占上風(fēng)，不愿付出精力學(xué)習(xí)更好的方法。例如：選擇雙音門鈴作為定時/計數(shù)器部分的案例，用以掌握定時器的初始化和定時中斷程序的使用。學(xué)生在之前學(xué)習(xí)LED閃爍的案例時，掌握了延時函數(shù)的使用，所以寧可花不少時間試、湊延時函數(shù)的實參，也不學(xué)習(xí)設(shè)置定時/計數(shù)器特殊寄存器的方法。教師反復(fù)強調(diào)延時函數(shù)定時精度差、占用CPU，部分學(xué)生仍因懶惰而不愿使用新方法。

這種現(xiàn)象甚至在學(xué)生參賽的過程中都有體現(xiàn)。例如需要設(shè)計和調(diào)試PID校正環(huán)節(jié)時，對系統(tǒng)建模、系統(tǒng)性能分析做得少甚至不做，寧可花費大量的時間，單純的憑經(jīng)驗、憑感覺調(diào)整PID的參數(shù)，寧可在反復(fù)試湊的過程中浪費很長的時間，也不花一部分時間復(fù)習(xí)自動控制的相關(guān)理論，最終沒有通過參賽達到鞏固提高的目的，也背離了參加比賽的初心。把獲獎本身當(dāng)成目的，功利心理和僥幸心理嚴重，不但不利于自己的成長，而且會嚴重誤導(dǎo)低年級學(xué)生。

4 實現(xiàn)課程主線的“一點三原則”

通過探索和實踐，發(fā)現(xiàn)解決上述遺留問題的關(guān)鍵在于課程主線的選擇和實現(xiàn)，其中的關(guān)鍵是“一點三原則”，一點是著手點，三原則是紐帶原則、統(tǒng)一原則和漸進原則。

（1）著手點是路徑正確的前提

找一個好的著手點是實現(xiàn)主線的首要問題。只有了解學(xué)生們關(guān)心的興趣點，才能有的放矢，找到好的著手點，這正是貫徹以學(xué)為中心的教改思路。以我院車輛工程專業(yè)的學(xué)生為例，因為我院近年來參加“全國大學(xué)生智能車競賽”屢獲佳績，所以智能小車的設(shè)計深受學(xué)生的歡迎和認可。以此為契機，把智能小車的設(shè)計和制作這個具體目標引入《單片機應(yīng)用技術(shù)》課程教學(xué)中，成功地激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

所以選擇好著手點，可以在學(xué)習(xí)過程的起點處翻轉(zhuǎn)整個學(xué)習(xí)過程，把學(xué)生被動學(xué)習(xí)、被動接受知識的過程，翻轉(zhuǎn)為學(xué)生有興趣解決實際問題的過程。在這個過程中，教師引導(dǎo)學(xué)生分解問題、分析子問題，再尋找相關(guān)知識解決，解決以后再總結(jié)。在解決了一系列子問題以后，具體的目標得到實現(xiàn)，相關(guān)的知識和技能完成傳授，達到課程的教學(xué)目的。

（2）三個原則是主線實施的保障

選擇主線的目的是提高學(xué)生學(xué)習(xí)課程的興趣，提供持之以恒的動力，又要符合專業(yè)的培養(yǎng)計劃。要做到形散而神不散，放得出去收得回來，就應(yīng)該遵循以下三個原則。

1）紐帶原則

選擇課程主線應(yīng)該以專業(yè)培養(yǎng)目標為根據(jù)，符合培養(yǎng)計劃的課程布局，課程主線應(yīng)服務(wù)于專業(yè)知識體系的主線。既要保證本門課程的教學(xué)效果，又要在同類課程中鞏固前導(dǎo)課程和服務(wù)后續(xù)課程，還要對其他類課程起到輔助作用，從而完成本門課程承上啟下、內(nèi)引外聯(lián)的紐帶作用。

以我院車輛工程專業(yè)為例，培養(yǎng)目標是現(xiàn)場工程師，培養(yǎng)方向是新能源車方向。選擇智能小車的設(shè)計作為《單片機應(yīng)用技術(shù)》課程主線，能運用同類課程中《電工電子技術(shù)》、《C語言程序設(shè)計》等前導(dǎo)課程的內(nèi)容解決實際問題，也為同類課程中《控制工程基礎(chǔ)》、《汽車電子控制技術(shù)》等后續(xù)課程的引入提供了好的開端，同時還能對車輛設(shè)計類課程中《新能源車原理》、《新能源車構(gòu)造》和《新能源車設(shè)計》等課程的內(nèi)容起到良好的促進作用。例如：在智能小車的控制系統(tǒng)中，直流電機驅(qū)動模塊中的H橋電路、循跡模塊中的電壓比較器等內(nèi)容要用到《電工電子技術(shù)》中模擬電路的內(nèi)容；避障模塊中的74HC00要用到《電工電子技術(shù)》中數(shù)字電路的內(nèi)容；單片機程序設(shè)計要用到《C語言程序設(shè)計》的內(nèi)容；小車的速度控制和位置控制要用到《控制工程基礎(chǔ)》中的PID校正；傳感器和執(zhí)行器的選型、調(diào)理電路和驅(qū)動電路的設(shè)計都對理解《汽車電子控制技術(shù)》中的內(nèi)容有較好的引導(dǎo)作用；在實際調(diào)試過程中，提出了諸如提高抓地能力、應(yīng)對側(cè)滑的方法、使用懸架的優(yōu)點等問題，對車輛設(shè)計類課程的內(nèi)容起到了鞏固和提高的作用。

2）統(tǒng)一原則

選擇課程主線必須以完成本門課程的教學(xué)任務(wù)為目的。教材中的知識點常以綱舉目張的順序安排知識點，而課程主線則應(yīng)該像串珍珠一樣把知識點串在一起。圍繞一個實際的目標的課程主線統(tǒng)一所有的案例，每個案例實現(xiàn)一個模塊的功能，所有的模塊疊加后組成了實際的目標。這種教學(xué)設(shè)計的優(yōu)點是：始終遵循提出問題、分析問題、尋找知識、解決問題的順序，符合“實踐、理論、再實踐”的認知規(guī)律；隨著教學(xué)進度的推進知識難度不斷增大，如果提出的是在已經(jīng)攻克的基礎(chǔ)上必須解決的新問題，多數(shù)學(xué)生不愿意以往的心血付之東流，就會產(chǎn)生為解決新問題而學(xué)習(xí)新知識、新技能的迫切感。

以前《單片機應(yīng)用技術(shù)》的課改采用的案例之間關(guān)聯(lián)不大，導(dǎo)致學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中，因為自身的惰性寧可使用簡單的“笨辦法”，也不學(xué)習(xí)新知識、新技能。如果把所有的案例統(tǒng)一在智能小車上，每次提出的新問題都是在原有功能基礎(chǔ)上的疊加，知識點和案例的對應(yīng)關(guān)系如表2所示。

表2 知識點和案例的對應(yīng)關(guān)系

雖然每個知識點可以選擇不同的案例，但是案例選擇是否得當(dāng)對教學(xué)效果影響很大。例如開課的第一個例子，如果選擇點亮LED并在proteus軟件中仿真，能夠取得一定的教學(xué)效果，但如果選用驅(qū)動一個直流電機帶動車輪旋轉(zhuǎn)，在proteus軟件中仿真以后，用智能小車的實物現(xiàn)場燒寫HEX文件并演示驅(qū)動的效果，比點亮LED的觀感強很多，教學(xué)效果會更好。學(xué)生在學(xué)習(xí)單片機課程之前，對智能車有一種神秘的感覺，如果用最少的代碼就能在智能小車上實現(xiàn)直觀的效果，就容易破除學(xué)生對編程的畏難情緒，培養(yǎng)學(xué)生掌握本門課程的信心。

解決了第一個案例的要引發(fā)興趣的問題以后，就要針對學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的容易因惰性而動搖的問題。以外部中斷的知識點為例，學(xué)生普遍覺得特殊寄存器抽象、難以理解而不愿學(xué)習(xí)和使用。以往采用響應(yīng)急停按鈕的案例，學(xué)生普遍愿意使用簡單的查詢法，不愿意用能實時響應(yīng)的中斷法。如果采用智能小車循跡的案例，教師用實物演示小車在快速前進的過程中，循跡線變化沒有規(guī)律，控制器必須高速檢測光電開關(guān)的狀態(tài)，如果仍然使用查詢法，小車必然因為沒有實時檢測到循跡線的變化而沖出賽道。這個案例堵死了因為偷懶而使用查詢法的可能性，讓學(xué)生產(chǎn)生解決問題的迫切感，從而急于知道怎樣才能解決問題。教師趁熱打鐵，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)相關(guān)知識點并解決該問題，就能夠大幅度提高教學(xué)效果。如表2所示，后續(xù)的每個案例在設(shè)計的時候，都遵循在前面已有的基礎(chǔ)上疊加功能的原則，讓學(xué)生意識到懈怠只會讓已經(jīng)完成的小車半途而廢，只有繼續(xù)學(xué)習(xí)新知識、掌握新技能，才能逐步完善自己的智能小車，從而能夠持之以恒的完成學(xué)習(xí)過程。

3）漸進原則

課程主線在實現(xiàn)的時候應(yīng)該循序漸進，主線上每個點的難度應(yīng)該逐步增加。學(xué)習(xí)如逆水行舟，在課程教學(xué)的過程中，學(xué)習(xí)難度在增加，疲勞和惰性導(dǎo)致的學(xué)習(xí)興趣在降低，如果再遇到跳一跳也摘不到的果子，就一定會有學(xué)生選擇放棄。所以改變綱舉目張的教學(xué)順序，就是把一個個的險峰變成一個較長的緩坡，每上一個高度帶領(lǐng)學(xué)生看一下不同的風(fēng)景，學(xué)生就一定會有興趣克服疲憊走向新的高度。

以中斷、定時/計數(shù)器和串行通信這三章為例，如果講解中斷的時候，列舉所有的中斷源，內(nèi)容龐雜而抽象，不利于學(xué)習(xí)。只抽取外部中斷進行講解，配以循跡的案例，所學(xué)的知識少，寫的代碼少，效果很直觀，學(xué)生學(xué)習(xí)的信心足，教學(xué)效果就有保證。和定時/計數(shù)器相關(guān)的中斷內(nèi)容，放在定時/計數(shù)器中講解，提出測速的問題，講解測速的必要性，引發(fā)學(xué)生解決問題的興趣。講解定時/計數(shù)器的中斷時類比外部中斷，再講解定時/計數(shù)器本身的內(nèi)容，用不多的代碼實現(xiàn)了測速，在引導(dǎo)學(xué)生回顧外部中斷的程序進行對比異同，既鞏固了已有的知識，又掌握了新知識，讓學(xué)生在不知不覺中不斷得到提高。串行通信的內(nèi)容則是在中斷、定時器的基礎(chǔ)上增加串行通信的內(nèi)容，也可以按照這個思路處理教學(xué)過程。

5 總結(jié)

通過一個學(xué)年的試運行，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣空前高漲，對編程的畏難情緒得到了有效地遏制。課外參與單片機興趣小組的學(xué)生明顯增多，在全體教師的引導(dǎo)下，把小車和各類比賽結(jié)合起來，取得了優(yōu)異的成果。同時還吸引了低年級的學(xué)生主動參與，完成了從傳統(tǒng)課堂教學(xué)到導(dǎo)師制再到學(xué)長制的教學(xué)形式改革，進入了多個年級互幫互學(xué)、比學(xué)趕幫超的良性循環(huán)。這就為下一步引導(dǎo)其他相近專業(yè)、引導(dǎo)研究生加入，形成更大的良性循環(huán)提供了可能。所以貫徹以學(xué)為本的教改思想，把握學(xué)生的脈搏，找到好的突破點，結(jié)合專業(yè)特色和課程特點，找到教學(xué)主線并優(yōu)化案例，合理安排知識點的教學(xué)順序，就一定能達到更好的教學(xué)效果。

[1] 教育部高等教育教學(xué)評估中心.中國工程教育質(zhì)量報告[M].教育科學(xué)出版社, 2016.

[2] 羅回彬.軟硬結(jié)合的單片機一體化項目教學(xué)[J].計算機教育. 2016 (12).

[3] 黃鶯.基于翻轉(zhuǎn)課堂的單片機原理及接口技術(shù)實踐教學(xué)改革策略研究[J].教育教學(xué)論壇. 2016(48).

[4] 孫立書.“單片機應(yīng)用技術(shù)”課堂教學(xué)改革探索與實踐[J].中國電力教育.2014(35).

[5] 李庭貴.西門子PLC在污水處理控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].機械工程與自動化.2013(04).

[6] 易禮智,龍曉慶,龔亮.《單片機應(yīng)用技術(shù)》課程模塊化教學(xué)內(nèi)容的探討[J].電腦知識與技術(shù). 2012(33).

[7]高偉,劉鑫渝.基于對偶DEA模型的學(xué)科建設(shè)效率測度研究[J]. 新疆師范大學(xué)學(xué)報(哲學(xué)社會科學(xué)版). 2018(05).

[8] 例葛金龍,焦宇鴻,王傳虎.校企合作模式下實驗教學(xué)體系優(yōu)化與改革研究[J].陰山學(xué)刊(自然科學(xué)版). 2017(03).

[9] 陳常龍,唐珍,肖巍,王許潔,劉鵬.工程教育背景下實踐教學(xué)方法探索[J].課程教育研究. 2017(06).

[10] 趙婷婷,楊翊.利益相關(guān)者視域下我國工程教育學(xué)習(xí)成果多方評價對比分析[J].高等工程教育研究.2017(02).

Curriculum Reform of Supply-side with Forward Access as the Core*

Zhai Renhe, Zhao Yongqiang, Shi Shaoning

( School of Mechanical Engineering, Shaanxi University of Technology, Shaanxi Hanzhong 723000）

With the advancement of national teaching reform and "double first-class" construction projects, curriculum reform has become the source of power and an important cornerstone for promoting higher education reform. Taking the teaching of single-chip technology course in vehicle engineering as the object, this paper analyzes the shortcomings of the existing education and teaching, and proposes the framework of supply-side curriculum reform with the main line of the previous channel as the core, reorganizing the teaching content and teaching methods by case, and exploring The "one point and three principles" of the course teaching is taken out, with the interest of students as the starting point, the training goal as the link, the unit content and the teaching task to be unified for the purpose of the course teaching content, and gradually increase the difficulty and depth of learning through the gradual and progressive approach.

supply-side reform; forward access; curriculum reform; Single-chip technology

G64

A

1671-7988(2019)18-248-04

G64

A

1671-7988(2019)18-248-04

翟任何（1975.11-），男，碩士，講師，就職于陜西理工大學(xué)機械工程學(xué)院，主要研究方向：新能源車輛設(shè)計及控制。

基金項目：陜西理工大學(xué)2018年教學(xué)改革研究項目（XJG1813）。陜西理工大學(xué)機械工程學(xué)院創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教學(xué)改革項目（JXJG201805）。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.18.087