聚焦應用型人才培養的單片機課程改革研究

郭敏杰 宋俊慷

摘?要：為解決傳統授課模式下學生在課堂上對所學知識掌握不足的問題，本文提出了一種基于BOPPPS教學模型的新型混合式教學模式。通過在傳統講授法的基礎上融入現代虛擬仿真教學方法，在每一個案例教學基礎上及時融入仿真練習，能夠充分發揮學生的自主學習能力，提高學生的學習效能感，促進學生在課堂上最大限度地掌握知識。經由以廣西民族師范學院通信工程專業單片機原理課程為試點進行為期半年的教學實踐，對該教學模式進行了充分論證，所得研究成果可為工學類專業課程改革提供一定的借鑒。

關鍵詞：應用型；單片機；課程改革；混合式教學模式

一、背景介紹

近年來，我國高等教育逐漸走上普及化發展道路，高等教育結構和類型發生了巨大變化。不論是以雙一流院校為代表的學術性本科院校，或是當今快速發展的地方本科院校，招生數量及教學規模都在逐年擴大。伴隨教學規模的快速發展，各類高校在培養本科應用型專門人才、服務區域經濟社會發展方面的不足逐漸顯露出來。為解決該問題，推動地方本科院校向應用型轉變，黨中央、國務院出臺了一系列政策，如《國民經濟和社會發展第十三個五年規劃綱要》《國民經濟和社會發展第十四個五年規劃綱要》《國家職業教育改革實施方案》等，來支持具備條件的普通本科高校將產教融合項目建設和學校轉型深化改革相結合，逐步把辦學轉到服務地方經濟社會發展上來，轉到培養應用型人才、技術技能型人才上來［1］。從歷史上來看，應用型高校理念的提出是我國在當前歷史階段為滿足經濟社會發展而對高等教育發展提出的新要求，其充分考慮了地方本科院校的存在邏輯和辦學組織機制的特殊性，集中表現為：辦學目的的實用性、辦學面向的實際性和辦學過程的實踐性。基于以上理念，在地方本科院校中開展“應用型”教育改革和創新，進行高校課程改革對于培養應用型人才具有重要意義，滿足高校社會服務職能的發展要求。

社會發展層面隨著我國的信息化建設水平快速提高，企業建設和生活實際對智能化設備研發提出了更高要求。作為當前大多數儀器儀表的控制核心——單片機，無論是經典的51系列單片機，還是如今常用的STM32系列，在各類高校教學過程中都普遍存在理論課程與實踐課程分離的情形，在校學生大多需要首先完成理論學習，后續再另設時間開設實驗、實訓課程才能完成對單片機課程的學習［2］。在這個過程中，理論和實踐課程之間不可避免地會存在一定的時間差，這便容易導致學生在艾賓浩斯遺忘曲線的作用范圍內對理論課所學知識產生遺忘行為，致使很多學生難以正確完成相關實踐操作，最終導致畢業學生在實操項目進行中容易因為知識遺忘進而出現操作失誤，給企業和自身造成一定損失，故而高校對單片機課程進行改革，在理論教育過程中進一步融入實踐操作的培養，提高學生的應用操作能力勢在必行［34］。

二、改革思路

為改變現階段地方本科院校在工科課程教學方面實驗和理論過度分開的現象，以所在單位通信工程專業為試點專業，進行課程改革實踐。其中主要實施的教學模式以BOPPPS教學模型為基礎，在充分尊重學生學習主體地位的條件下開展參與式、混合式教學，以最大限度促使學生在課堂上掌握知識，提高知識的應用能力［5］。

本次課程改革所依據的BOPPPS教學模型的理論依據是認知理論和建構主義，如何使學生在課堂上最大限度地掌握知識是整個教學過程的重點，教學互動和反饋在整個課程改革過程中具有重要地位。BOPPPS教學模型結構如圖1所示，理論上，BOPPPS教學模型分為六部分：引入、學習目標、課前摸底、參與式學習、課后測驗和總結。其中，在引入環節需要將本節課授課內容與學生的生活實際或未來工作內容相連接，誘導學生產生學習動機。學習目標環節需要向學生明確表達教師期望以及本節課的學習目標，以便于學生知曉學習重點進而合理分配學習精力。但該部分中學習目標通常必須具有可操作性，在知識要點、知識的掌握程度以及學生的自我評估方面必須具有明確的要求。課前摸底環節主要是為了掌握學生的受訓能力，知曉學生之間在知識背景和學習能力上的差異，以便后續進行因材施教，避免因為學習內容超綱導致的低學習成就感以及學習內容過于淺顯導致的低學習動機。參與式學習環節作為BOPPPS教學模型的核心，是該模式下培養學生的核心手段。該環節充分尊重學生在學習過程中的主體地位，通過組織討論法、案例教學法、實驗法與問題教學法等方法，使學生充分參與課堂環節，進而提高學生對知識的掌握能力。課后測驗環節作為判斷學生是否達到預期教學目標的重要環節，相比于傳統教學模式，BOPPPS模型更加注重檢測的及時性，以便學生及時了解自己對知識的掌握程度，也便于教師及時根據學生的實際學習情況進行教學設計調整。總結環節相比于傳統教學模式，BOPPPS教學模型更加強調學生對知識的總結，而非教師的直接講授，這有助于增強學生的自我思考于自我評估的能力。

由以上論述可知，BOPPPS教學模型在教學理念上更加關注學生“學到了什么”；在教學目標上，更需要教師按照學生現階段的認知規律，設立清晰、具有可檢性的目標；在教學方法上，更加強調學生的參與式學習，更加注重發揮學生的主觀能動性和獨立思考能力，滿足我國現階段培養應用型人才的需求，且具有良好的適用性。故以此教學模型為基礎，結合所在單位的教學資源和學生實際進行改革。改革過程中，為適應學校實際，部分步驟進行了適應性處理。

三、改革舉措

為了將BOPPPS教學模式更好地融入所提出的講授法融合現代虛擬仿真教學方法中，對BOPPPS教學模式的各個階段分別進行了調整，具體的調整和實施步驟如下。

（一）在進行實際授課之前，針對所采用具體教學模式進行實際調查

多年來，我國在大學教育中多采用講授法進行授課。該教學方式雖然能夠將知識以較高的效率傳授給學生，但對于一些操作性較強的課程來說，比如單片機課程等，這種方法對學生的就業并非最優。為了解決這樣的問題，提出講授法（以案例教學法為主）結合現代虛擬仿真的混合式教學方法。在進行實際改革之前，在所在單位抽取了100位學生進行了問卷調查，所收集到的調查結果如圖2所示。結果顯示，參與調查的大部分學生支持所提出的新型教學模式，部分學生認為該教學模式在實際進行過程中容易發生問題，且問題主要集中在教學組織方面，故在實施該教學方法的過程中需要教師明確教學活動的組織流程，協調好師生之間的互動關系。除以上所示的有關調查結果以外，課改正式實施之前，還針對新教學模式中現代虛擬仿真教學與實驗課程的沖突問題在學生之間開展了調查，結果顯示支持實驗和理論結合上課的學生和反對的學生各占被調查人數的50%左右。基于調查結果，課程改革將以圖2所示結果為開設前提，并逐步進行實施。

（二）課程引入和課程目標設置的應用化變革

為了推動試點課程的應用化改革，本次課改在進行過程中，對BOPPPS教學模型的前兩個環節進行了適應性處理。首先，在課程引入方面，不再以過去所掌握的某部分知識作為課程引入，轉而由在企業工作多年轉入本單位的專任教師進行實際項目式的課程引入，在開課之前，便將所學習內容的實際工程應用告知學生，引起學生的學習興趣。其次，在課程目標設置方面，亦不再以傳統的掌握某部分知識以應對考試為目標，轉之以利用某部分知識能夠進行特定操作為課程目標。基于這兩點變革，本次課改將以培養知識應用為切入點，進行后續操作。

此外，由于目前我國本科院校學生在學期間大多缺乏相關企業的實習經歷，且在知識背景和學習能力上，普通本科學生及專升本學生也存在較大差異，故針對BOPPPS教學模型的第三個環節——課前摸底做了普適性處理，即默認所有參訓學生同時處于零基礎狀態進行后續改革。

（三）以案例教學法為核心的混合式教學模式

案例教學法作為自1918年哈佛大學首創并被廣泛應用的參與式教學方法，主要包括選編案例、組織討論、方案評價三個關鍵環節。在本次課程改革中，為了提高學生的實際應用能力，全部案例選擇以典型工程應用為背景，在此基礎上將案例按照教學內容進行分解，以供學生針對不同知識點進行練習。由于所選案例皆來自于工程實際，符合真實性、典型性和具有分析價值的要求，故對于提升學生的應用能力具有良好的推動作用。在組織討論環節，由于在教學模式上采用了講授法和現代虛擬仿真教學方法相結合的混合式教學模式，學生在完成案例知識學習后，首先需要借助虛擬仿真軟件對案例內容進行硬件和程序仿真測試，由于對實際案例的運行結果已有正確認識，故本環節主要針對問題的多樣性解法和操作過程中易出現的問題進行討論。在方案評價環節，依托BOPPPS教學模型，主要以學生自評的方式進行，評價標準以案例實現流程規范與否、預期結果是否達到、解決方案的多樣性為主要評價標準。

另一方面，為了避免案例教學法所授內容與后續的實驗、實訓課程教學內容發生沖突，在案例教學過程中，所選案例相對于實驗、實訓內容在難易程度上較低，以作為后續實踐課程內容的學習基礎，盡可能擴大學生的知識面，提高學生的實際操作能力。

（四）以學生為主體的課程總結環節

現代教育要求學校和教師在教育過程中更加尊重學生的教育主體地位。在本次課程改革中，在課程結束時，不再采用傳統教學模式下教師總結歸納的方式，轉之采用學生自我總結歸納的方式進行該環節。通過引導學生進行自我總結歸納，有助于學生對課程學習內容的宏觀掌握和微觀利用，提高學生的自主學習能力。

（五）多樣化的課程考核模式

在本次課程改革中，課程考核主要聚焦于過程性評價和終結性評價兩方面。其中，過程性評價主要以授課過程中虛擬仿真軟件的操作能力、解決問題的實際能力為評價內容，在綜合考量實操結果和學生在方案評價環節給出的自我評價結果的基礎上由教師給出過程評價，其對應于傳統教學模式下的平時成績。在終結性評價方面，為了更加全面地了解一個學期結束后學生對于所學內容的掌握程度，在傳統試卷考試的基礎上增加了上機考試環節，學生需要在規定時間內完成相應的實際操作問題，包括硬件設計和程序編寫。其中上機考核環節占總結性評價過程的50%，和傳統卷面基礎理論評價共同構成了學生的最終成績。所使用的考核方式符合現代教育全面看待學生發展的理念，有利于教師看到學生的優點，有助于之后其他課程改革的開展實施。

結語

以BOPPPS教學模型為基礎，本文進行了單片機原理課程應用化改革。通過將傳統講授法與現代虛擬仿真教學相結合進行混合式教學，將應用型人才培養理念融入教學實際當中，有助于優化單片機原理課程體系。同時，由于在理論教學過程中融入了實踐操作，能夠在很大程度上提高學生對該課程的學習興趣和掌握程度，有助于提高學生的應用能力。本次課程改革在一定程度上增加了教師的工作量，且復雜化了教學過程，這需要在后續課程改革過程中繼續優化。

參考文獻：

［1］汪石農，劉世林，王冠凌，等.面向工程教育認證的單片機課程教學改革與實踐［J］.皖西學院學報，2022，38（05）：3944.

［2］嚴育才，張融，陳愛平.應用型高校單片機實驗課教學難點與改革實踐［J］.南方農機，2022，53（17）：169171.

［3］梁會軍.單片機課程項目化的改革與探索［J］.教育教學論壇，2022（43）：3740.

［4］李瑛，倪冰.應用型本科院校一流課程建設困境與突破路徑［J］.湖北經濟學院學報（人文社會科學版），2022，19（11）：141144.

［5］江世明，趙乘麟，付琳.工程教育專業認證背景下單片機課程教學改革和實踐［J］.中國現代教育裝備，2020（21）：2831.

基金項目：2022年度廣西高等教育本科教學改革工程項目（項目編號：2022JGB388）；廣西民族師范學院一流本科專業建設項目（YLZY202102）

作者簡介：郭敏杰（1995—?），男，山西晉城人，碩士，專任教師，主要從事民用天線設計及超材料應用方面研究；宋俊慷（1989—?），男，陜西漢中人，碩士，講師，工程師，主要從事高職電子信息類專業課程教學改革研究。