以前向通路主線為核心的供給側課程改革實踐*

翟任何，趙永強，施紹寧

以前向通路主線為核心的供給側課程改革實踐*

翟任何，趙永強，施紹寧

（陜西理工大學機械工程學院，陜西 漢中 723000）

隨著國家教學改革和“雙一流”建設項目的推進，課程改革成為推進高等教育改革的源動力和重要基石。以車輛工程專業的單片機技術課程教學為對象，分析了現有教育教學的弊端，提出了以前向通路主線為核心的供給側課程改革的構架，以案例的方式重新組織教學內容和教學方法，探索出了課程教學“一點三原則”，以學生興趣為著手點，以培養目標為紐帶，以課程教學內容為目的實現課程內容與教學任務的統一，通過循序漸進方式逐步加大學習的難度和深度，從而實現更好的教學效果。

供給側改革；前向通路；課程改革；單片機技術

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”、“工程教育質量認證”和“學科水平評估”等一系列重大舉措，旨在推進面向高等院校的研究型和應用型人才培養的雙向改革。普通高校的教學承擔單位，落實國家教育教學改革的具體可行的措施就是加速推進課程教學改革。普通高校的專業教育必須重視課程教學改革，尤其是專業性較強的課程改革。以課程改革促進專業教學質量的提升，促進專業培養模式的優化，增進學科方向的凝練，落實學校內涵式發展的目標要求，實現“一流專業”和“一流學科”的跨越。以《單片機應用技術》課程為例，針對機械工程學科所屬的各專業在的教學改革實踐，以培養學生實戰能力為改革目標，以學生為供給側組織教學活動，以前向通路為主線組織教學內容，探索提高普通高校機械工程學科所屬專業學生相關動手能力的方式方法。

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

2 供給側教改中前向通路的重要性

教學過程可以看作一個閉環控制系統如圖1所示，既有按照教學計劃授課的過程，又有檢測學生掌握程度并修正授課計劃的過程。在閉環控制系統中，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；系統輸出量經測量元件反饋到輸入端的傳輸通路稱反饋通路。在教學過程中，教師的備課、講課、布置作業、指導實驗環節和安排考試是前向通路；根據作業和實驗報告分析學生的疑難并做出教學計劃的調整是反饋通路。

圖1 閉環系統的前向通道和反饋通道

學生接受知識的過程有其特殊性，如果教師在開課之前設計的教學計劃不合理，那么學生在學習新課程時會因為課程學習難度大產生厭學情緒，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，而且糾正過程會產生較大的延時，影響后續教學內容。所以在教學過程中，首先要保證前向通路的教學效果，反饋通路的反饋和調整則是為了教學目的已經達到的前提下錦上添花。正如在產品制造過程中，批量生產的產品質量要靠制定合理的工藝流程和保證每個生產環節的加工質量，而不能依靠對成品的檢測和返修保證產品質量。

以《單片機應用技術》課程的教學過程為例，如果教學過程的主線設置不合理，按照從結構和原理到匯編指令再到應用的順序講解，雖然體系嚴謹，單很多學生會感覺內容抽象、枯燥而影響學習興趣。反之，如果能找到一條教學主線，貫穿所有的教學內容，主線上的每個點又是具體的實例，學習過程就像在爬緩坡，在教師的引導下逐步登山而不會掉隊。

3 單片機技術的課程教學現狀

近年來教學組對車輛工程專業的電類課程做了一系列的改革，包括培養計劃調整、翻轉課堂、案例教學和課外活動等。例如《單片機應用技術》課程改變了以往綱舉目張的教學順序，把教學內容劃分為若干知識點并對每個知識點精心選取案例，案例和知識點對應關系如表1所示。

表1 案例和知識點對應表

通過對教學內容的重新組織和案例教學，學生的學習熱情顯著提高，畏難情緒明顯下降，部分學生自發地設計制作基于單片機的作品，在參加各類賽事中應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的畏難情緒顯著下降，但是隨著課程進度的推進，后續的中斷、定時/計數器和串行通信部分的難度和綜合性提高，學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，不愿付出精力學習更好的方法。例如：選擇雙音門鈴作為定時/計數器部分的案例，用以掌握定時器的初始化和定時中斷程序的使用。學生在之前學習LED閃爍的案例時，掌握了延時函數的使用，所以寧可花不少時間試、湊延時函數的實參，也不學習設置定時/計數器特殊寄存器的方法。教師反復強調延時函數定時精度差、占用CPU，部分學生仍因懶惰而不愿使用新方法。

這種現象甚至在學生參賽的過程中都有體現。例如需要設計和調試PID校正環節時，對系統建模、系統性能分析做得少甚至不做，寧可花費大量的時間，單純的憑經驗、憑感覺調整PID的參數，寧可在反復試湊的過程中浪費很長的時間，也不花一部分時間復習自動控制的相關理論，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，而且會嚴重誤導低年級學生。

4 實現課程主線的“一點三原則”

通過探索和實踐，發現解決上述遺留問題的關鍵在于課程主線的選擇和實現，其中的關鍵是“一點三原則”，一點是著手點，三原則是紐帶原則、統一原則和漸進原則。

（1）著手點是路徑正確的前提

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

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

（2）三個原則是主線實施的保障

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

1）紐帶原則

選擇課程主線應該以專業培養目標為根據，符合培養計劃的課程布局，課程主線應服務于專業知識體系的主線。既要保證本門課程的教學效果，又要在同類課程中鞏固前導課程和服務后續課程，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、內引外聯的紐帶作用。

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

2）統一原則

選擇課程主線必須以完成本門課程的教學任務為目的。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一所有的案例，每個案例實現一個模塊的功能，所有的模塊疊加后組成了實際的目標。這種教學設計的優點是：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”的認知規律；隨著教學進度的推進知識難度不斷增大，如果提出的是在已經攻克的基礎上必須解決的新問題，多數學生不愿意以往的心血付之東流，就會產生為解決新問題而學習新知識、新技能的迫切感。

以前《單片機應用技術》的課改采用的案例之間關聯不大，導致學生在學習過程中，因為自身的惰性寧可使用簡單的“笨辦法”，也不學習新知識、新技能。如果把所有的案例統一在智能小車上，每次提出的新問題都是在原有功能基礎上的疊加，知識點和案例的對應關系如表2所示。

表2 知識點和案例的對應關系

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對教學效果影響很大。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效果，但如果選用驅動一個直流電機帶動車輪旋轉，在proteus軟件中仿真以后，用智能小車的實物現場燒寫HEX文件并演示驅動的效果，比點亮LED的觀感強很多，教學效果會更好。學生在學習單片機課程之前，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直觀的效果，就容易破除學生對編程的畏難情緒，培養學生掌握本門課程的信心。

解決了第一個案例的要引發興趣的問題以后，就要針對學生在學習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，學生普遍覺得特殊寄存器抽象、難以理解而不愿學習和使用。以往采用響應急停按鈕的案例，學生普遍愿意使用簡單的查詢法，不愿意用能實時響應的中斷法。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，循跡線變化沒有規律，控制器必須高速檢測光電開關的狀態，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，讓學生產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，引導學生學習相關知識點并解決該問題，就能夠大幅度提高教學效果。如表2所示，后續的每個案例在設計的時候，都遵循在前面已有的基礎上疊加功能的原則，讓學生意識到懈怠只會讓已經完成的小車半途而廢，只有繼續學習新知識、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習過程。

3）漸進原則

課程主線在實現的時候應該循序漸進，主線上每個點的難度應該逐步增加。學習如逆水行舟，在課程教學的過程中，學習難度在增加，疲勞和惰性導致的學習興趣在降低，如果再遇到跳一跳也摘不到的果子，就一定會有學生選擇放棄。所以改變綱舉目張的教學順序，就是把一個個的險峰變成一個較長的緩坡，每上一個高度帶領學生看一下不同的風景，學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，內容龐雜而抽象，不利于學習。只抽取外部中斷進行講解，配以循跡的案例，所學的知識少，寫的代碼少，效果很直觀，學生學習的信心足，教學效果就有保證。和定時/計數器相關的中斷內容，放在定時/計數器中講解，提出測速的問題，講解測速的必要性，引發學生解決問題的興趣。講解定時/計數器的中斷時類比外部中斷，再講解定時/計數器本身的內容，用不多的代碼實現了測速，在引導學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，讓學生在不知不覺中不斷得到提高。串行通信的內容則是在中斷、定時器的基礎上增加串行通信的內容，也可以按照這個思路處理教學過程。

5 總結

通過一個學年的試運行，學生的學習興趣空前高漲，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生明顯增多，在全體教師的引導下，把小車和各類比賽結合起來，取得了優異的成果。同時還吸引了低年級的學生主動參與，完成了從傳統課堂教學到導師制再到學長制的教學形式改革，進入了多個年級互幫互學、比學趕幫超的良性循環。這就為下一步引導其他相近專業、引導研究生加入，形成更大的良性循環提供了可能。所以貫徹以學為本的教改思想，把握學生的脈搏，找到好的突破點，結合專業特色和課程特點，找到教學主線并優化案例，合理安排知識點的教學順序，就一定能達到更好的教學效果。

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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

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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機械工程學院，主要研究方向：新能源車輛設計及控制。

基金項目：陜西理工大學2018年教學改革研究項目（XJG1813）。陜西理工大學機械工程學院創新創業教學改革項目（JXJG201805）。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.18.087