“新工科”背景下《單片機原理與應用》的教學改革探索

董燕麗，趙曉艷，劉攀，張虎，成慧翔

（山西農業大學信息學院，山西 太谷 030800）

“新工科”是為主動應對新一輪科技革命與產業變革，支撐服務創新驅動發展的國家戰略，適應國際競爭的新形勢而提出的工程教育改革方向。作為新的工程教育發展模式，新工科建設大力推動學科融合和跨界整合，開展新理念、新結構、新模式、新質量和新體系的工科人才培養。近年來，國家教育部大力推行高校教學改革，要求各高校全面梳理各門課程的教學內容，淘汰“水課”，打造“金課”，合理提升學業挑戰度，增加課程難度，拓展課程深度，切實提高課程教學質量。《單片機原理與應用》課程是高等院校電氣工程及其自動化、電子信息工程、自動化等專業的必修課程之一，屬于工程型和應用開發型課程，傳統的教學過程已經無法滿足實際應用的需求。

1 傳統教學模式存在的弊端

在傳統教學模式長期重理論、輕實踐的觀念影響下，《單片機原理與應用》課程的教學面臨著諸多困境，存在一些顯而易見的弊端，授課效果不盡人意。其中最亟待解決的問題，當屬理論教學與實踐環節嚴重脫節，理論知識和實踐技能無法通過課程融合起來外化成解決問題的系統能力。

在單片機的教學過程中存在系統性不強、綜合實驗難以開展、評價方式過于單一等問題，在開展教學的過程中，由于受學時、時間等客觀因素的限制，單片機的教學內容尤其是實驗內容以驗證性為主，實驗過程中，學生只是按照實驗指導和老師描述的步驟機械的操作，沒有自己開動腦筋，思考單片機的開發和應用，此外，實驗周期也很短，實驗時間不靈活，無法真正達到學以致用的目的，學會單片機的開發與應用。

2 新工科背景下的教學改革

2．1 教學模式的改革

傳統的以課堂理論教學為主的教學模式已無法培養出適應當代社會發展需求的復合型人才和應用型人才，教學模式應擺脫單一化，開展多元化教學，建立線上自主學習+線下仿真實操的混合式教學模式。

（1）創建網絡課程，開展線上自主學習。構建網絡教學平臺，打破時空限制，打造學生學習的第二課堂。在平臺建設中，要注意調動教師和學生兩方面的積極性。一方面，通過廣泛搜集各種網絡教學資源，不斷充實完善平臺內容。另一方面，師生可以將取得的相關成果上傳到平臺，不斷豐富教學項目。教師和學生可利用網絡平臺，進行線上教學和自主學習；還可以開辟交流空間，方便師生間、學生間的學習交流。教師要提供一些很有特色的參考書、學習網站，以及講解重點、難點的視頻、布置相應的實訓項目和任務，檢查完成情況。利用網絡平臺，開展線上網絡教學和學生的自主學習。

（2）利用開發平臺，開展線下仿真實操。線下教學主要以實操和應用為主，實現學習環境情景化，將授課地點從教室轉移到實驗室，讓學生對單片機有更直觀的認識，同時，跟著老師邊學邊練，提高學習興趣，結合仿真軟件，利用Keil μVision開發平臺和Protues虛擬仿真平臺，更好地激發學生學習的主動性和創造性，提高動手操作能力，解決實際問題，增強學習的成就感。

2．2 教學方法的改革

采用多元化教學方法，擺脫“老師教、學生學”的傳統教學，通過自由分組建立學習團隊，采用討論式教學、項目式教學等方法，激發學生的學習主動性。

（1）興趣驅動。通過實際案例的展示，激發學生對單片機的學習興趣。成立興趣學習小組，將單片機的教學與學院的完滿活動相結合，并通過完滿活動選拔出單片機應用能力較強的選手，參與大學生電子設計大賽的國賽和省賽中，通過單片機的科技競賽，可以迅速提升學生的單片機的開發應用能力，激勵學生將課堂所學的理論知識應用到實踐和比賽當中，既滿足了優秀學生的學習渴求，也激發了學生的學習熱情和主動性。

（2）項目驅動。項目教學法是整合了多門學科、技能的一種綜合技能教學方法。它強調知識是一套綜合型的系統，重在培養綜合技能型人才。項目教學法基于任務驅動授課思路，從工程項目中找教學內容，在課堂上通過引導學生分析和設計工程案例來培養其專業興趣，使其在分析、設計的過程中體驗養成獨立自主的思維習慣，并獲得成就感。

（3）任務驅動。任務驅動教學能更好地突出學生在學習過程中的主體地位，在正式授課之前，通過線上平臺提前發布教學任務，并通知學生根據任務，提前查閱資料完成預習。在任務驅動模式下，學生不僅能透徹理解教材內容，全面掌握了相關理論知識，并且能夠掌握實用性的專業節能，這對于提高其心智技能大有裨益。

2．3 教學內容的改革

《單片機原理與應用》課程教學內容既包含硬件電路設計，又有軟件編程，教材對應的知識點零散，理論性強。根據課程標準制定明確的教學目標，整合教學內容，設計教學項目，將知識點嵌入項目中，項目按照“階梯遞進式”逐漸增加難度，提高課程的整體連貫性。

按照“創新引路、項目驅動、學做一體、層層遞進”的總體思路。首先，依據因果關系、遞進層次、難易程度等，將教學內容按知識點進行分解；然后，精心設計教學項目，將各知識點滲透到教學項目中。教學項目設計要遵循由易到難、軟硬件兼顧的原則，同時，盡可能使項目具有知識性、趣味性、實用性，激發學生的興趣和求知欲。

教學項目教學階段劃分為入門、基礎、提高和創新4個層級，以方便教學實施，做到因材施教。

2．4 考核體系的改革

合理的考核機制為課程的考核提供保障，能客觀公正地檢驗學生的學習效果，有利于調動學生的學習積極性和主動性，提高學生的綜合素質，改善課程教學質量和效果。考核要與人才培養方向高度一致，不僅要注重理論基礎知識的掌握，更要突出應用能力與創新能力的檢驗與評價。考核要貫穿整個教學過程，不僅注重結果，更應注重過程考核，考核指標需進行合理的數字量化，盡量避免教師的主觀情緒影響考核的公平性。考核內容也要多元化，不僅包含基本理論知識的考核，也要包含綜合應用能力的考核，同時，還要兼顧學生的學習態度、學習主動性等綜合因素。

新的考核體系將線上學習和線下操作根據學時按照權重合理分配，考核包括兩部分，理論知識的考核和應用能力的考核。理論知識的考核仍以期末試卷為主，應用能力的考核則通過實驗實踐形式完成。兩部分的考核均要兼顧教學過程和實踐過程中學生的態度、主動性及學習狀態等因素。

成績評定則根據培養計劃和教學目標，對理論知識和應用能力進行合理的權重劃分。以我校的單片機原理與應用課程的線上線下學時分配為例，線上8學時，線下24學時，那線上學習成績占比25%，線下成績占比75%，線上成績可由學習平臺根據學生的訪問學習情況自動統計得出，線下成績則根據理論知識和應用能力兩部分按權重得出，理論知識的考核可占70%，應用能力的考核可占30%，即總成績=理論成績×70%+實踐成績×30%。理論成績=期末成績×60%+平時成績×40%，其中期末成績為卷面成績，平時成績則是過程考核，包括學生的出勤、課堂表現、提問及作業情況；實踐成績=操作成績×30%+作品成績×30%+答辯成績（設計報告）×40%。這樣的成績構成，既考慮到理論知識考核，又兼顧到開發應用的檢驗，既注重了過程考核，也注重了最終的結果。

3 結語

《單片機原理與應用》是一門注重學生實踐能力的課程。提高教學質量和優化教學改革的終極目標，是提高學生對單片機的開發應用能力。本文從傳統教學模式的弊端入手，結合課程特點分析，對單片機教學從教學模式、教學方法、教學內容和考核方式等方面進行改革探討，結合自身實際教學實踐，對單片機教學進行改良，實踐證明，教學效果明顯好轉，學生對單片機的開發和應用能力有顯著提高，大學生電子設計大賽的成績也逐年提升，在國賽和省賽中取得良好成績。