多種教學模式在單片機課程教學改革中的應用和探索

李曉梅　賀明妍

摘要：單片機課程的工程性和實踐性很強，傳統的教學模式已經無法滿足新工科工程技術人員的培養目標，因此單片機相關課程的教學改革是很必要的。本文介紹雨課堂混合式教學、實踐項目教學和興趣小組輔助教學多種教學模式在單片機課程改革中的綜合應用和探索，通過幾種模式的融合，使學生在課堂上的學習內容有了實踐應用背景，從而提高了學生的獨立思考、獨立解決問題和獨立開發應用能力。

關鍵詞：單片機課程 雨課堂混合式教學 實踐項目教學 興趣小組輔助教學

The Application and Exploration of Various Teaching Modes in MCU Courses Teaching Reform

LI Xiaomei1 HE Mingyan2

（1.School of Information Engineering， Dalian University， Dalian， Liaoning Province， 116622 China）

Abstract： Due to the characteristic of MCU courses used on engineering and practice， the traditional teaching mode has been unable to meet the training objectives of new engineering technicians. Consequently， the teaching reform of the MCU courses is very necessary. In this paper， the comprehensive exploration and application of multiple teaching modes for the reform of MCU courses are introduced， which include mixed-mode teaching on Rain Classroom platform， practical project teaching and furthermore interest groups as auxiliary teaching tools. Through the combination of the teaching modes as mentioned above， students are expected to gain practical and applied backgrounds of the corresponding theoretical contents learned in class， and sequentially improve the independent abilities on thinking， problem solving and development and application.

Key Words： MCU courses; Mixed-mode teaching on Rain Classroom platform; Practical project teaching; Interest group assisted instruction

隨著電子技術的發展，單片機已經成為新工科背景下非常重要的專業必修課程。工科院校中通信、電信類等專業學生，通過該課程的學習，可以提高對單片機應用系統的綜合開發能力，培養學生解決問題技能和創新技能，為后續其他專業課的學習及畢業后從事相關領域的工作打下堅實基礎。

單片機課程知識點繁多且凌亂，而實驗內容又過于簡單，在整個過程中學生無法了解實驗的單片機開發思路，更不能提高學生的編程能力。

因此單片機課程教學不能只按照傳統的教學模式和方法，亟須改革。本人通過近幾年的單片機教學，在過程中不斷摸索，融入了以下幾種教學模式，很好促進了課堂教學的順利進行和質量的提高。

1 多種教學模式在單片機課程教學改革中的應用和探索

1.1 將基于“雨課堂”的混合式教學模式引入單片機課程教學

雨課堂是移動互聯網與大數據背景下的一種智慧教學工具。本人利用雨課堂的混合式教學方法，將網絡教學優勢融入到傳統教學模式中，通過課前預習資料的推送、課堂教學效果的實時監控、課后數據的采集和分析，充分實現教師與學生的雙向互動^[1][2][3]。

學生學習反饋系統

授課前教師通過平臺給學生發送二維碼，學生們掃描進入課堂后，可以在手機端看到授課PPT，在每頁課件下方都有個“不懂”按鈕，當學生不懂時，可以點擊這個按鈕，教師可以根據這些標記有針對性地進行講解。學生還可以把問題或者想法隨時通過彈幕或者投稿的方式發送給老師，在課后可以接收教師發送的教學內容與作業要求，可以反饋在課程學習過程中遇到的問題，因此雨課堂成為教師與學生的有效溝通路徑^[4][5]。

課堂練習互動系統

授課教師可以提前在課件上設置一些測試題，規定答題時間和分值。在課堂上講到該知識點時引出，由學生通過手機作答，并在大屏幕上投影學生的答題詳情，及時反饋出題目答案和學生的對錯比例情況。

教學數據采集分析系統

授課結束后，雨課堂平臺系統會自動生成課后小結，采集授課過程中的相關數據進行統計，比如出勤率、課堂練習的回答情況、課件中的“不懂”標記情況、投稿和彈幕反饋等教學行為數據，教師可以針對這些統計數據進行分析和后續查閱。

綜上所述，將雨課堂的混合式教學模式融入到單片機課堂教學中，一方面可以促使授課教師不斷提升自我知識儲備量和教學組織能力。另一方面可以利用便捷的網絡化資源，激發調動學生主動性和積極性，使其養成良好學習習慣^[6]。

1.2 將實踐項目教學模式引入單片機課堂教學

因為單片機課程的工程性和實踐性較強，所以在授課過程中設置一些單片機實踐項目課題，將課程的主要知識點融入到一個個具體的項目中，利用proteus、protel、keil等開發環境平臺，重點研究實踐項目與書本理論的知識鏈接和知識拓展關系。

在項目設計過程中，學生采取分組方式，小組成員根據各自的能力和優勢負責不同工作。小組通過功能分析確定設計方案，學生以項目教學任務為對象，利用相關軟件繪制電路原理圖，編寫程序代碼，仿真調試并修改，運行出結果后撰寫設計總結報告^[7]。

個別有能力的小組，在軟件仿真調試成功后，還可以通過采購電子元器件、焊接電路板、下載固化程序、安裝調試等環節，最終完成實際硬件電路的設計任務。

將實踐項目教學模式引入單片機技術課程教學，一方面可以充分發揮學生主動性，提高資料檢索技能和知識點綜合歸納技能;另一方面也加強了團隊合作精神，通過思考、相互討論和相互幫助來解決實際問題。

1.3 將單片機課后興趣小組引入單片機課程的輔助教學

為了與單片機課堂教學內容相輔相成，在課后組建了單片機興趣小組，選擇動手能力比較強，參與過大賽的學生作為小組負責人，在教師的安排下對小組成員進行系統的強化訓練，興趣小組的活動采用單片機知識專題講座、項目實踐和自由分組討論等豐富多樣的學習方式。

通過興趣小組的活動和培訓，一方面把書本上的理論知識應用到實踐中，另一方面又通過實踐加深對理論知識的理解，與課堂教學形成有效的“互補”。

2 教學改革效果

在經過幾年的不斷努力和探索后，單片機的教學改革取得了很好的教學效果，分別通過以下幾個方面得到體現。

2.1 理論教學成績的提升

通過教學改革，學生對單片機課程的學習有了很大興趣，很多學生從被動學習變成主動學習。通過下表近年來成績統計可以看出，平均分的提升和不及格率的降低這兩個方面有明顯改善，其中最明顯的是2017級的成績，已經有了顯著提高。2018級因為新冠疫情的原因無法返校，線上授課的效果和質量無法和線下授課去比較，但是通過測試可以看出，成績也明顯好于前幾年。

2.2 學生在大學生創新項目中的成績

近幾年，因為對單片機課程產生了濃厚興趣，很多學生積極參與到大學生創新創業團隊，每年都有學生申請到國家級或者省級的大創項目。

其中，國家級大創項目有2018年申請的《基于ARM的自動跟隨旅行箱》項目;2019年申請的《獨立式智能公共衛生間設計》項目。省級大創項目有2020年申請的《智能窗戶系統設計》項目。并且這些項目都通過軟硬件設計和發表科技論文而順利結題。

通過這些大創項目，學生從尋找項目課題、撰寫項目申請書、查閱文獻、確定實施方案和可行性、尋找創新點等等，真正實現了課堂教學內容與實踐項目的深度融合，學生從中獲得了鍛煉和成長，更獲得了自信和成就感。

2.3 學生在電子類相關大賽中的成績

通過單片機課程的教學改革，很多學生也主動加入到各種比賽當中。通過競賽，培養了學生對各種信息的快速獲取能力、對系統的設計和分析能力，更重要的是培養堅定意志和團結合作精神^[8]。

近幾年大賽成績斐然，在中國互聯網+大學生創新創業大賽、TI杯遼寧省高校本科大學生電子設計大賽、博創杯全國大學生嵌入式大賽等國家級和省級賽事中多次獲得一等到三等獎的好成績。

2.4 學生參與教師團隊科研項目和校企合作項目

通過一系列的訓練，已經有部分優秀的學生參與到教師的智慧農業科研項目中，從前期制定科研項目技術方案、芯片模塊選型和采購、硬件電路搭建、到傳感器信號采集、物聯網通信及云平臺設計，實現了將所學知識應用到實際科研項目中，對單片機系統開發能力達到新的高度，目前這些學生正在撰寫科研項目方面的論文準備發表。

還有部分學生梯隊，加入到校企合作實習實踐基地，通過學習企業核心產品的研發技術，了解產品硬件控制電路、控制邏輯系統、樣板焊接及測試等等，真正參與到單片機實際產品的調試與測試，也為學生就業和創新創業提供了鍛煉機會。

綜上所述，我們以新工科專業人才培養需求為出發點，通過探索因材施教、因專業施教的新教學方法和模式，采用多種教學模式引入到單片機課程教學中，通過掌握單片機開發技巧，使學生具有獨立思考能力和獨立解決問題能力，反過來又使學生的理論內容有了實踐應用平臺，更加引導學生去自主學習、主動探索，為學生的職業發展提供質量保障。

參考文獻：

[1]燕芳.基于雨課堂的單片機課程混合式教學改革探索[J].教育教學論壇，2019（30）：99-100.

[2]關心.工程認證背景下基于雨課堂的數據庫課程混合式教學改革探究[J].無線互聯科技，2020，17（14）：149-150.

[3]陳香凝，高迎莉，蔡月鳳，等.基于“雨課堂”的“分子生物學”分段式教學模式探索與實踐[J].科教導刊（下旬），2020（1）：106-108.

[4]陳煒，李莉，趙秀軍，等.基于”雨課堂”的組織學與胚胎學教學改革實踐[J].中國組織化學與細胞化學雜志，2019（6）：82-85.

[5]要宏宇.基于雨課堂的高職院校計算機應用基礎課程教學改革探索[J].科技視界，2020（18）：153-155.

[6]王帥國.雨課堂：移動互聯網與大數據背景下的智慧教學工具[J].現代教育技術，2017，27（5）：27-33.

[7]王登貴.項目教學法在單片機課程教學中的應用實踐[J].實驗科學與技術，2014，12（1）：105-107.

[8]李曉梅.單片機課程教學改革的研究與探索[J].大連大學學報，2018，39（3）：130-133.