單片機(jī)工程應(yīng)用課程教學(xué)改革探索

摘 要：高等教育的所有課程都應(yīng)承擔(dān)育人的功能，高校教師應(yīng)積極進(jìn)行專(zhuān)業(yè)課程思政的建設(shè)。首先分析研究生課程——單片機(jī)工程應(yīng)用的課程特點(diǎn)，課程具有知識(shí)點(diǎn)多且交錯(cuò)聯(lián)系復(fù)雜，內(nèi)容比較抽象，綜合性、工程應(yīng)用和實(shí)踐性都非常強(qiáng)的特點(diǎn)。然后整合課程內(nèi)容，設(shè)計(jì)出既能體現(xiàn)關(guān)鍵知識(shí)點(diǎn)，又能在工程中經(jīng)常用到，而且能方便學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐的教學(xué)案例。實(shí)施任務(wù)驅(qū)動(dòng)的案例教學(xué)，在案例教學(xué)中融入思政元素，達(dá)到育人育才的目的。通過(guò)課程教學(xué)實(shí)踐表明，在教學(xué)實(shí)施過(guò)程中明顯提升學(xué)生的參與感，學(xué)生的知識(shí)和能力獲得感強(qiáng)，增強(qiáng)動(dòng)手實(shí)踐能力，升華自己的思想，堅(jiān)定科技報(bào)國(guó)的決心。

關(guān)鍵詞：思政元素;案例教學(xué);單片機(jī)工程應(yīng)用;研究生課程;教學(xué)改革

中圖分類(lèi)號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2096-000X（2024）27-0130-05

Abstract： All courses of higher education should have the function of educating students， and teachers in colleges and universities should actively carry out the ideological and political construction of professional courses. Firstly， the characteristics of the postgraduate course -- SCM Engineering Application are analyzed. The course has characteristics of abstract contents， many theoretical knowledge points， and strong comprehensibility， practicality and engineering application. Then the course contents are integrated into several engineering cases. The cases are designed that can not only reflect the key knowledge points， but also can be often used in engineering， and can be facilitated to practice for students. By implementing task-driven case teaching and melting ideological and political elements into cases， the purpose of educating the students' thinking and knowledge talents are achieved. In the teaching implementation process， students' senses of participation are significantly improved. The abilities of acquisition of knowledge and capacity of students are strength. The practical abilities are enhanced. The student thoughts are sublimated. The determinations of student using the science and technology to serve the country are stimulated and firmed.

Keywords： ideological and political elements; case teaching; SCM Engineering Application; postgraduate courses; teaching reform

教育部在《高等學(xué)校課程思政建設(shè)指導(dǎo)綱要》（教高〔2020〕3號(hào)）文件中指出，全面推進(jìn)高校所有專(zhuān)業(yè)課程思政的建設(shè)是落實(shí)立德樹(shù)人根本任務(wù)的戰(zhàn)略舉措。落實(shí)立德樹(shù)人根本任務(wù)，必須將價(jià)值塑造、知識(shí)傳授和能力培養(yǎng)三者融為一體、不可割裂。全面推進(jìn)課程思政建設(shè)，就是要寓價(jià)值觀引導(dǎo)于知識(shí)傳授和能力培養(yǎng)之中，幫助學(xué)生塑造正確的世界觀、人生觀、價(jià)值觀。這是人才培養(yǎng)的應(yīng)有之義，更是必備內(nèi)容[1]。所有高校，所有教師，所有課程都必須承擔(dān)好育人責(zé)任，使各類(lèi)課程與思政課程同向同行，將顯性教育和隱性教育相統(tǒng)一，形成協(xié)同效應(yīng)，構(gòu)建全員全程全方位育人大格局[1]。

高等學(xué)校人才培養(yǎng)是育人和育才相統(tǒng)一的過(guò)程， 要牢固確立人才培養(yǎng)的中心地位，圍繞構(gòu)建高水平人才培養(yǎng)體系，不斷完善課程思政工作體系、教學(xué)體系和內(nèi)容體系。建設(shè)高水平人才培養(yǎng)體系，必須將思想政治工作體系貫通其中，必須抓好課程思政建設(shè)，解決好專(zhuān)業(yè)教育和思政教育“兩張皮”問(wèn)題。應(yīng)深度挖掘高校各學(xué)科門(mén)類(lèi)專(zhuān)業(yè)課程蘊(yùn)含的思想政治教育資源，解決好各類(lèi)課程與思政課相互配合的問(wèn)題，發(fā)揮所有課程育人功能，構(gòu)建全面覆蓋、類(lèi)型豐富、層次遞進(jìn)、相互支撐的課程體系[1]。

高校教師要充分結(jié)合不同專(zhuān)業(yè)學(xué)科知識(shí)內(nèi)容的特點(diǎn)和規(guī)律，應(yīng)積極創(chuàng)新專(zhuān)業(yè)課程思政的教學(xué)模式，在講授專(zhuān)業(yè)理論和實(shí)踐知識(shí)時(shí)，注意挖掘?qū)I(yè)知識(shí)中蘊(yùn)涵的思政元素點(diǎn)，合理地融入思政元素，以潤(rùn)物無(wú)聲方式完成對(duì)學(xué)生價(jià)值觀的引領(lǐng)和塑造。高校專(zhuān)業(yè)課的教師不僅能夠?qū)?zhuān)業(yè)知識(shí)進(jìn)行講授，還能在給學(xué)生講授專(zhuān)業(yè)知識(shí)的同時(shí)，將正確的世界觀、人生觀和價(jià)值觀傳遞給學(xué)生，實(shí)現(xiàn)學(xué)生專(zhuān)業(yè)知識(shí)學(xué)習(xí)與“三觀”養(yǎng)成的并行并舉，并相互促進(jìn)，樹(shù)立科技報(bào)國(guó)的學(xué)習(xí)目標(biāo)，激發(fā)學(xué)習(xí)動(dòng)力，調(diào)動(dòng)學(xué)習(xí)積極性，使學(xué)生成人成才[2-3]。

一 課程特點(diǎn)

單片機(jī)工程應(yīng)用是機(jī)械學(xué)院研究生的必修課程，單片機(jī)具有體積小，重量輕，價(jià)格便宜，與工程應(yīng)用結(jié)合緊密，實(shí)踐性強(qiáng)等特點(diǎn)。學(xué)生在后續(xù)的課題階段控制系統(tǒng)大都采用單片機(jī)系統(tǒng)，因此每年多數(shù)學(xué)生都會(huì)去選修該課程。

單片機(jī)工程應(yīng)用課程具有知識(shí)點(diǎn)多且交錯(cuò)聯(lián)系復(fù)雜，內(nèi)容比較抽象，綜合性、工程應(yīng)用和實(shí)踐性都非常強(qiáng)的特點(diǎn)[4]。基礎(chǔ)知識(shí)學(xué)習(xí)是學(xué)生設(shè)計(jì)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的基礎(chǔ)，而單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的工程實(shí)踐是理論學(xué)習(xí)的應(yīng)用和拓展。學(xué)習(xí)過(guò)程中要想達(dá)到很好的效果，教學(xué)過(guò)程中要求知識(shí)體系學(xué)習(xí)和單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)同步進(jìn)行，因此采用理論知識(shí)學(xué)習(xí)融于案例實(shí)踐中的案例式教學(xué)，立足具體應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的實(shí)現(xiàn)、強(qiáng)化實(shí)踐應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生單片機(jī)工程應(yīng)用系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)和軟件系統(tǒng)編程的實(shí)踐能力和應(yīng)用能力，使理論知識(shí)在實(shí)際案例應(yīng)用中更深入理解和掌握。學(xué)生通過(guò)案例式單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)和實(shí)踐，掌握單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本步驟與基本方法，掌握工程中機(jī)械裝備等的控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，具有單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)、程序設(shè)計(jì)的能力，具備單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的軟硬件聯(lián)合調(diào)試的能力，為機(jī)電設(shè)備的單片機(jī)應(yīng)用控制系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)[4-5]。

同時(shí)，課程中蘊(yùn)含了科學(xué)思維方法、愛(ài)國(guó)主義、工匠精神和學(xué)術(shù)道德等方面思政元素，具有良好的開(kāi)展課程思政教育的基礎(chǔ)[6]。課程中充分發(fā)掘其中蘊(yùn)含的思政元素，在理論知識(shí)講解、實(shí)驗(yàn)和案例教學(xué)實(shí)踐等過(guò)程中，根據(jù)課程內(nèi)容融入適合的相應(yīng)的思政元素，既教書(shū)又育人，將會(huì)產(chǎn)生潛移默化、潤(rùn)物無(wú)聲的效果。

課程思政不能為了思政而弱化專(zhuān)業(yè)知識(shí)的學(xué)習(xí)，因此在該課程的教學(xué)過(guò)程中，堅(jiān)持以學(xué)生中心，以學(xué)生學(xué)習(xí)效果為產(chǎn)出導(dǎo)向、不斷改進(jìn)，探索如何科學(xué)合理構(gòu)建課程中的思政元素的教學(xué)體系，充分挖掘該課程中所蘊(yùn)含的思政元素點(diǎn)，在教授專(zhuān)業(yè)知識(shí)的同時(shí)實(shí)現(xiàn)思想價(jià)值的引領(lǐng)，不斷提升學(xué)生的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，提高學(xué)生學(xué)習(xí)該課程的獲得感和學(xué)習(xí)效果[6]。

二 單片機(jī)工程應(yīng)用課程教學(xué)改革探索

（一） 教學(xué)改革探索思路

課程思政和案例教學(xué)融合實(shí)施思路如圖1所示，依據(jù)課程教學(xué)目標(biāo)和理論實(shí)踐需要緊密結(jié)合的特點(diǎn)，圍繞知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行教學(xué)案例設(shè)計(jì)，采用知識(shí)目標(biāo)融于案例中，通過(guò)案例任務(wù)加深對(duì)知識(shí)理解，在課程教學(xué)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)傳授知識(shí)目標(biāo)，培養(yǎng)能力目標(biāo)，融入思政目標(biāo)的教學(xué)目標(biāo)。通過(guò)知識(shí)講解融于案例中，并通過(guò)案例設(shè)計(jì)仿真加工等動(dòng)手實(shí)踐環(huán)節(jié)，學(xué)生學(xué)到了知識(shí)，增加動(dòng)手實(shí)踐能力，形成正確職業(yè)操守和價(jià)值觀的目標(biāo)，并深入體會(huì)老師講的思政點(diǎn)、能力培養(yǎng)目標(biāo)和思政目標(biāo)。教師結(jié)合教學(xué)中學(xué)生的反饋，調(diào)整優(yōu)化設(shè)計(jì)不同的工程應(yīng)用教學(xué)案例，形成較為成熟的融入課程思政的單片機(jī)工程應(yīng)用教學(xué)案例。

首先，提高任課教師課程思政的站位，牢記立德樹(shù)人的宗旨，做到言傳身教。教師是學(xué)生學(xué)業(yè)領(lǐng)路人，職責(zé)是傳遞價(jià)值觀、教授知識(shí)技能、解決學(xué)生疑惑。教師在教學(xué)過(guò)程中正確得體的言行對(duì)學(xué)生有示范性，對(duì)培養(yǎng)良好道德信念、樹(shù)立正確價(jià)值追求、培養(yǎng)專(zhuān)注專(zhuān)業(yè)態(tài)度起到表率與激勵(lì)作用[7]。教師在教學(xué)準(zhǔn)備工作及教學(xué)過(guò)程中的精神面貌與投入程度是形成良好課堂氛圍的前提，是課程思政實(shí)施取得良好效果的關(guān)鍵。提高任課教師對(duì)課程思政建設(shè)的認(rèn)識(shí)，讓教師承擔(dān)起教書(shū)育人的責(zé)任，提升任課教師課程思政建設(shè)的能力[7]。

其次，設(shè)計(jì)教學(xué)案例。根據(jù)知識(shí)能力等教學(xué)目標(biāo)，設(shè)計(jì)8個(gè)案例進(jìn)行任務(wù)驅(qū)動(dòng)式教學(xué)，開(kāi)展課程思政建設(shè)。然后實(shí)施教學(xué)案例，按照先講授案例中用到的相關(guān)知識(shí)點(diǎn)，接著進(jìn)行案例分析，啟發(fā)學(xué)生設(shè)計(jì)相關(guān)案例的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)，根據(jù)開(kāi)發(fā)流程，開(kāi)發(fā)出自己的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。在案例中根據(jù)涉及的知識(shí)內(nèi)容自然地以講故事的形式融入思政元素，達(dá)到育人和育才的目的。

最后，總結(jié)每次教學(xué)過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題，根據(jù)學(xué)生的反饋持續(xù)改進(jìn)。按照與時(shí)俱進(jìn)的原則，結(jié)合當(dāng)前熱點(diǎn)新聞，調(diào)整講授的思路和順序，建立知識(shí)點(diǎn)的連接以及在案例中插入的思政元素。

在整個(gè)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的過(guò)程中，老師布置案例任務(wù)，學(xué)生動(dòng)手設(shè)計(jì)具體案例單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。老師起到答疑解惑的輔助引導(dǎo)作用，體現(xiàn)以學(xué)生為中心，學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)，有利于知識(shí)能力和思政等教學(xué)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)[6]。整個(gè)學(xué)習(xí)過(guò)程是一個(gè)不斷培養(yǎng)學(xué)生工匠精神與實(shí)踐創(chuàng)新能力的過(guò)程，以此來(lái)全面提升學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。

（二） 課程思政和案例教學(xué)融合案例設(shè)計(jì)

立足“兩性一度”，集成教學(xué)內(nèi)容為任務(wù)驅(qū)動(dòng)的案例教學(xué)。一是引入單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)仿真工具Proteus和Keil C軟件，方便系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的同時(shí)加快系統(tǒng)開(kāi)發(fā)速度，在Proteus中調(diào)用元件庫(kù)中的電子元器件并按照原理進(jìn)行連線，完成系統(tǒng)原理圖繪制。利用Keil C編程軟件編寫(xiě)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)程序并進(jìn)行調(diào)試編譯。將調(diào)試編譯正確的二進(jìn)制程序代碼裝載到Proteus軟件中的單片機(jī)ROM中，二者聯(lián)合仿真，檢查開(kāi)發(fā)的應(yīng)用系統(tǒng)功能是否能夠?qū)崿F(xiàn)，出現(xiàn)問(wèn)題判斷是硬件還是程序，反復(fù)前面的步驟及時(shí)修改調(diào)試，直至單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)功能完全實(shí)現(xiàn)。二是重組教學(xué)內(nèi)容，將單片機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)內(nèi)容讓學(xué)生先進(jìn)行學(xué)習(xí)，上課時(shí)采用翻轉(zhuǎn)課程進(jìn)行知識(shí)復(fù)用，設(shè)計(jì)相關(guān)案例加深對(duì)知識(shí)的應(yīng)用掌握能力。三是結(jié)合技術(shù)的發(fā)展持續(xù)改進(jìn)更新案例，多采用工程中實(shí)際應(yīng)用案例，選擇既能緊密聯(lián)系工程實(shí)際和后續(xù)應(yīng)用，又適合學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐的教學(xué)案例，采用仿真與實(shí)物制作結(jié)合的形式，實(shí)現(xiàn)應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)，增加學(xué)生的動(dòng)手能力和獲得感。

案例設(shè)計(jì)時(shí)的指導(dǎo)思想是確保案例內(nèi)容既包含所有知識(shí)點(diǎn)，與工程應(yīng)用密切聯(lián)系，又方便學(xué)生進(jìn)行實(shí)踐。設(shè)計(jì)了如下八個(gè)案例：?jiǎn)纹瑱C(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)實(shí)例——點(diǎn)亮小燈;單片機(jī)控制流水燈和信號(hào)燈;單片機(jī)串行通信應(yīng)用案例;單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)應(yīng)用案例;單片機(jī)控制直流電機(jī)應(yīng)用案例;單片機(jī)控制交流伺服電機(jī)應(yīng)用案例;單片機(jī)控制大功率高電壓線圈及報(bào)警燈應(yīng)用案例;溫室大棚單片機(jī)應(yīng)用控制系統(tǒng)。

（三） 課程思政和案例教學(xué)融合的思政元素設(shè)計(jì)

將教學(xué)目標(biāo)分解為知識(shí)目標(biāo)、能力目標(biāo)和思政目標(biāo)，針對(duì)具體每個(gè)案例，結(jié)合案例中涉及的知識(shí)點(diǎn)，進(jìn)行思政元素的選擇，以講故事潤(rùn)物無(wú)聲的方式激起學(xué)生的共鳴。單片機(jī)工程應(yīng)用課程案例教學(xué)中融入的思政元素見(jiàn)表1。一個(gè)知識(shí)點(diǎn)可能包含多個(gè)課程思政元素，在教學(xué)過(guò)程中對(duì)知識(shí)點(diǎn)蘊(yùn)涵的思政元素點(diǎn)的選擇十分重要，思政元素應(yīng)結(jié)合當(dāng)下的新聞熱點(diǎn)時(shí)政，更能引起共鳴，激發(fā)學(xué)生為國(guó)爭(zhēng)光的自覺(jué)和信心，樹(shù)立科技報(bào)國(guó)的堅(jiān)定信念，養(yǎng)成良好職業(yè)操守，學(xué)會(huì)做人做事的原則方式方法。

三 課程思政和案例教學(xué)融合教學(xué)改革實(shí)施的效果

通過(guò)兩輪的課程實(shí)踐，學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解和運(yùn)用能力加強(qiáng)，動(dòng)手能力明顯增強(qiáng)。學(xué)生設(shè)計(jì)的單片機(jī)控制系統(tǒng)如圖2所示。課程思政與案例教學(xué)融合的教學(xué)模式，有利于學(xué)生掌握運(yùn)用單片機(jī)知識(shí)開(kāi)發(fā)出所需要的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。該教學(xué)方式遵循了教學(xué)規(guī)律和學(xué)生學(xué)習(xí)規(guī)律，學(xué)生學(xué)習(xí)由任務(wù)驅(qū)動(dòng)。當(dāng)自己開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)制造的實(shí)物擺在自己面前時(shí)，學(xué)生學(xué)習(xí)的獲得感得到增強(qiáng)。該課程的學(xué)習(xí)為后續(xù)的研究生階段打下良好的知識(shí)基礎(chǔ)，培養(yǎng)了學(xué)生的動(dòng)手能力，并提高了學(xué)生專(zhuān)業(yè)素養(yǎng)和科技報(bào)國(guó)的責(zé)任感。

四 結(jié)束語(yǔ)

本文在分析單片機(jī)工程應(yīng)用課程特點(diǎn)基礎(chǔ)上，整合課程內(nèi)容，以案例形式串接知識(shí)點(diǎn)，將思政元素融入案例式教學(xué)過(guò)程中，進(jìn)行單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)相關(guān)案例開(kāi)發(fā)和實(shí)踐，實(shí)現(xiàn)在專(zhuān)業(yè)課教學(xué)中以思政元素為引領(lǐng)，在案例中融入知識(shí)點(diǎn)、思政元素，提高學(xué)生的實(shí)踐能力，實(shí)現(xiàn)專(zhuān)業(yè)與思政協(xié)同育人的效果。

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基金項(xiàng)目：河北省省級(jí)研究生課程思政示范項(xiàng)目“機(jī)械類(lèi)研究生課程思政教學(xué)研究示范中心”（YSFZX2022016）

第一作者簡(jiǎn)介：趙月靜（1974-），女，漢族，河北安國(guó)人，碩士，教授，碩士研究生導(dǎo)師。研究方向?yàn)闄C(jī)械電子工程。

*通信作者：李鐵軍（1967-），男，漢族，河北寬城人，博士，教授，博士研究生導(dǎo)師。研究方向?yàn)闄C(jī)器人及自動(dòng)化。