專創(chuàng)融合背景下機器人工程專業(yè)“單片機原理與接口技術(shù)”課程教學(xué)改革研究

摘"要：為緊跟社會變化和行業(yè)需求，在專創(chuàng)融合和工程專業(yè)認(rèn)證背景下，明確專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)，以河南牧業(yè)經(jīng)濟學(xué)院為例，基于專業(yè)人才培養(yǎng)方案，分析了當(dāng)前機器人工程專業(yè)“單片機原理與接口技術(shù)”課程教學(xué)存在的一些問題，如基礎(chǔ)知識薄弱、教學(xué)內(nèi)容陳舊、授課方式單一及考核內(nèi)容及方式?jīng)]有及時順應(yīng)時代變化等，并嘗試給出對應(yīng)的解決思路。從積極調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容、借助新型智慧教學(xué)工具和改進課程評價方式四個方面著手，提高課程授課質(zhì)量和效果，力求學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中真正有興趣、有動力、有途徑、有反饋、有收獲，為應(yīng)用型本科高校機器人工程專業(yè)課程建設(shè)提供一定的參考。

關(guān)鍵詞：專創(chuàng)融合；機器人工程；單片機；教學(xué)改革研究

Abstract：In"order"to"keep"up"with"social"changes"and"industry"needs，in"the"context"of"specialized"integration"and"engineering"professional"certification，clarifies"the"goal"of"professional"talent"training，taking"Henan"University"of"Animal"Husbandry"and"Economy"as"an"example，based"on"professional"talent"training"plans，analyzes"of"some"problems"in"the"teaching"of"the"current"robot"engineering"professional"\"singlechip"machine"principle"and"interface"technology\""curriculum，such"as"weak"basic"knowledge，old"teaching"content，single"teaching"methods，and"not"adapting"to"the"changes"in"the"times"in"time，etc.，and"tries"to"give"the"corresponding"correspondence"Solution.From"actively"mobilizing"students'"learning"interest，optimizing"teaching"content，using"the"new"type"of"intelligent"teaching"tools，and"improving"curriculum"evaluation"methods"to"improve"the"quality"and"effect"of"curriculum"teaching，strive"to"be"really"interested，motivated，channels，and"have"in"the"learning"process.Feedback"and"harvest，provide"a"certain"reference"for"the"construction"of"robotics"engineering"professional"courses"for"applicationoriented"undergraduate"universities.

Keywords：Integration"ofProfessional"Education；Innovation"and"Entrepreneurship"Education；Robotics"Engineering；Microcontrollers；Teaching"Reform"Research

一、概述

專創(chuàng)融合已成為應(yīng)用型本科高校人才培養(yǎng)和教育教學(xué)改革的重要途徑［1］。河南牧業(yè)經(jīng)濟學(xué)院“單片機原理與接口技術(shù)”課程是河南省首批“專創(chuàng)融合”特色示范課程。作為機器人工程專業(yè)的必修核心課程之一，其課程教學(xué)內(nèi)容和方式的設(shè)定，對于培養(yǎng)社會急缺人才、提高學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力具有重要意義。特別是近年來，國家大力發(fā)展智能制造產(chǎn)業(yè)，相關(guān)專業(yè)領(lǐng)域人才缺口巨大［2］。

然而目前，機器人工程專業(yè)在省內(nèi)只有少數(shù)幾所高校開設(shè)，且辦學(xué)時間短，專業(yè)大部分課程缺乏成熟的教學(xué)經(jīng)驗。因此，建立符合學(xué)校辦學(xué)定位、面向社會行業(yè)需求的課程教學(xué)模式是專業(yè)建設(shè)的重要工作。

為了實現(xiàn)這一目標(biāo)，根據(jù)“單片機原理與接口技術(shù)”課程理論性和實踐性都較強的特點，從教學(xué)安排、授課內(nèi)容、教學(xué)方法和課程考核四個方面進行了探討，以調(diào)動學(xué)生積極性為著力點，以培養(yǎng)學(xué)生專業(yè)知識和“雙創(chuàng)”能力為落腳點，力求達到社會有需要、學(xué)生有能力，二者相匹配。同時，為應(yīng)用型本科高校機器人工程專業(yè)課程教學(xué)提供一定的參考。

二、課程教學(xué)改革的背景

科技發(fā)展日新月異，特別是GPT智能模型的發(fā)布，它可以通過對話的形式按照人們的要求快速、準(zhǔn)確地生成所需的代碼、文章、PPT等。這類智能工具的大規(guī)模普及，必將對社會各行各業(yè)帶來前所未有的影響，也勢必會對未來就業(yè)形勢帶來嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。同時，移動互聯(lián)時代，大學(xué)生會接觸很多容易讓人沉迷和充滿感官刺激的產(chǎn)品，耗散其注意力，給正常的教育教學(xué)和課堂授課造成重大沖擊［3］。

然而，當(dāng)前的課程教學(xué)卻存在著一些問題，如果不及時對課程教學(xué)模式進行調(diào)整和改革，學(xué)生無法學(xué)到真正能夠安身立命的知識技能，那么學(xué)生畢業(yè)很有可能就將失業(yè)，對家庭和社會穩(wěn)定造成負(fù)面影響。

專創(chuàng)融合對教育教學(xué)特別是實踐性較強的工科課程提出了全新的要求［4］。傳統(tǒng)的“以知識為主導(dǎo)”的教育理念已經(jīng)不能適應(yīng)時代變革和社會進步，教育的重心是提升學(xué)生的綜合素質(zhì)和能力，強調(diào)學(xué)生產(chǎn)出。具體地，機器人工程專業(yè)的大學(xué)生不僅要具備工程技術(shù)能力，還需要有相應(yīng)的創(chuàng)新能力。從知網(wǎng)搜索結(jié)果來看，當(dāng)前針對普通本科高校機器人工程專業(yè)的課程教學(xué)改革研究尚且不多，課程教學(xué)改革缺乏具體可行的措施，因此開展針對普通本科高校專創(chuàng)融合背景下機器人工程專業(yè)的課程教學(xué)改革研究意義重大。

三、“單片機原理與接口技術(shù)”課程當(dāng)前存在的問題

通過對本校機器人工程專業(yè)學(xué)生學(xué)情、機器人工程專業(yè)人才培養(yǎng)方案、《單片機原理與接口技術(shù)》教學(xué)大綱及課程教學(xué)現(xiàn)狀綜合調(diào)研分析［58］，我們發(fā)現(xiàn)，作為機器人工程專業(yè)的核心專業(yè)課，“單片機原理與接口技術(shù)”是公認(rèn)的難學(xué)難教，課程學(xué)習(xí)效果不盡如人意，究其原因，主要有以下幾個方面。

（一）基礎(chǔ)知識薄弱

本課程作為一門軟硬件結(jié)合較為緊密的課程，對學(xué)生的計算機綜合知識有一定要求。單片機原理中涉及較多之前數(shù)電、模電知識，而這兩門課程又很容易掛科，學(xué)生硬件知識基礎(chǔ)不牢固。同時，課程還要求學(xué)生能夠編寫相應(yīng)的軟件程序，獨立設(shè)計單片機應(yīng)用系統(tǒng)，開展模擬實際工程研究。這依賴于之前學(xué)過的C語言、匯編語言等課程知識，并較之前有不小程度的拔高，更增添了課程學(xué)習(xí)的難度。

（二）教學(xué)內(nèi)容虛浮

一方面，當(dāng)前選用教材仍以51單片機的系統(tǒng)知識為中心，單片機經(jīng)過多年技術(shù)迭代，更具性價比的STM32系列單片機已成為主流，51系列單片機在各類學(xué)生科創(chuàng)作品、競賽和實際生產(chǎn)應(yīng)用中已鮮見其蹤跡。另一方面，課程實踐內(nèi)容往往不深入，學(xué)生只是按照實驗指導(dǎo)書步驟依樣畫葫蘆，無法應(yīng)用于后續(xù)自主實踐。

（三）授課方式單一

本課程作為一門綜合性課程，不僅需要學(xué)生具備代碼編寫能力，同時還要對CPU、時鐘、I/O等硬件有足夠的了解，能看懂常見的電路圖。這些需要大量實踐才能掌握，而現(xiàn)有的課堂授課方式仍以講授為主，缺少與現(xiàn)代化教育教學(xué)方法、理念的結(jié)合，同時實驗課課時安排較少，學(xué)生缺少對單片相關(guān)技術(shù)產(chǎn)品的直觀接觸。

（四）考核內(nèi)容及方式?jīng)]有及時順應(yīng)時代變化

GPT等機器語言大模型的發(fā)布，讓計算機代替人工編寫代碼成為現(xiàn)實。根據(jù)權(quán)威調(diào)研，在給出準(zhǔn)確、專業(yè)的語言提示后，GPT模型可以快速給出高質(zhì)量代碼，并附帶注釋，還可以對編譯軟件的報錯信息給出可靠的解決方案。這就迫使我們思考并轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的教學(xué)側(cè)重點和考核方式：如何考查學(xué)生的代碼編寫能力，如何檢驗學(xué)生跟計算機大模型進行專業(yè)語言溝通并進行錯誤甄別和更正的能力。

四、教學(xué)改革措施

基于課程教學(xué)目前存在的上述問題，從調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣著手，采用一些科學(xué)、合理的方法，讓學(xué)生從知識的被動接受中脫離出來，真正地參與到課堂活動中，積極應(yīng)對智能時代，跟著教師的思路，體驗收獲知識的快樂。

（一）理論聯(lián)系實踐，調(diào)動學(xué)習(xí)興趣

貫徹在“實踐中學(xué)習(xí)”的理念，把單片機原理與接口技術(shù)課程理論授課內(nèi)容和實踐內(nèi)容進行有效組合，按照從易到難的順序，對課程的每一個重點要求都設(shè)置對應(yīng)的實操。在了解完基本的理論知識后，隨即在實踐中進行驗證，然后再深入研究其背后的知識。先學(xué)會用，再探究為什么，從而對理論知識有更為具體的感知。

在具體的教學(xué)過程中，先通過直觀的案例，幫助學(xué)生理解課程的基本概念和原理。接下來，學(xué)生在實驗室中進行動手操作，使用實際的設(shè)備和軟件，完成預(yù)設(shè)的實驗任務(wù)。例如，在學(xué)習(xí)單片機的中斷系統(tǒng)時，讓學(xué)生理解中斷的意義和作用，然后再進行實際的實驗內(nèi)容。

（二）優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，增強課程認(rèn)知

在單片機套件的選擇上，實現(xiàn)由現(xiàn)在C51系列向STM32系列的過渡。在課程設(shè)計和實驗項目選擇中，從學(xué)生日常生活和關(guān)注的熱點入手尋找實例，并適當(dāng)融入課程思政元素，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和動力。例如，通過講述單片機的接口技術(shù)，其目的是解決單片機資源不足的情況，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)散性思維，學(xué)會在多種方案中權(quán)衡，選擇相對最合適的解決方案。通過與日常生活密切相關(guān)的實例，增強學(xué)生對課程內(nèi)容的認(rèn)知，讓學(xué)生更好地理解單片機原理與接口技術(shù)的實際應(yīng)用價值，培養(yǎng)學(xué)生的社會責(zé)任感和使命感。

同時鼓勵同學(xué)們進行主動思考，利用所學(xué)知識解決生活中遇到的問題，進一步形成作品，參加“挑戰(zhàn)杯”“互聯(lián)網(wǎng)+”等大學(xué)生競賽。當(dāng)前，課題組在指導(dǎo)學(xué)生競賽方面，依托“單片機原理與接口技術(shù)”課程，通過選拔該課程的優(yōu)秀學(xué)生，推薦參加“挑戰(zhàn)杯”“互聯(lián)網(wǎng)+”等A類科創(chuàng)競賽，近三年來獲得大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃國家級立項一項，省級獎項6項。

（三）創(chuàng)新教學(xué)方法，提升課堂效率

隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”教育模式的普及，基于移動端的教學(xué)輔助工具，如雨課堂、學(xué)習(xí)通等應(yīng)運而生。一些新的教學(xué)理念如BOPPPS、對分課堂等也慢慢在一些學(xué)校開展起來，相較于傳統(tǒng)的教學(xué)模式，采用這些新型的智慧教學(xué)工具、教學(xué)理念能夠有效提升學(xué)生的聽課注意力，增強師生互動和交流，便于課后復(fù)習(xí)，同時拓展課程的“隱性”時長。

以單片機的定時器為例，該章節(jié)是單片機原理與接口技術(shù)課程的一個重難點，包括定時器的基本概念和作用分類，定時器的重要組成部分包括時鐘源、控制器、時基單元和輸入捕獲，最后是如何使用定時器實現(xiàn)一個特定周期的定時等，涉及定時、計數(shù)以及中斷處理等多個方面。利用智慧教學(xué)工具來進行前期的資料準(zhǔn)備，學(xué)生提前預(yù)習(xí)，課堂上結(jié)合BOPPPS教學(xué)方法積極開展交流互動、多媒體展示及課后復(fù)習(xí)鞏固等教學(xué)內(nèi)容的組織達到良好的教學(xué)效果。

（四）完善考核形式，改進課程評價

智能時代的到來對高校培養(yǎng)的人才提出了全新的要求。因此，本課程改革更加重視平時成績，將平時成績在期末成績中的占比從40%調(diào)整為50%。從單片機原理與接口技術(shù)的課程目標(biāo)出發(fā)，更加關(guān)注學(xué)生對基礎(chǔ)知識模塊的掌握情況，將完成項目的有效性、穩(wěn)定性和完備性納入考核指標(biāo)，重點考查學(xué)生獨立解決問題的思路和能力，以及是否擁有正確的價值觀，從而對學(xué)生的能力形成更客觀、全面的評價。

結(jié)語

社會發(fā)展和技術(shù)變革對高校人才培養(yǎng)模式提出了更高的要求。特別是工科課程，授課的重點已經(jīng)不能只是單一的知識傳遞，而更應(yīng)該注重培養(yǎng)能夠獨立思考和擁有正確價值判斷的新時代大學(xué)生。本文以機器人工程專業(yè)的專業(yè)核心課為例，探討了課程教學(xué)改革的一些可行思路，旨在為應(yīng)對百年未有之大變局下高校教學(xué)模式更新提供有益的參考。

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基金項目：2022年河南省專創(chuàng)融合特色示范課程《單片機原理與接口技術(shù)》資助項目；2023年國家級大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計劃（202310469014）資助項目

作者簡介：孔寧（1992—"），男，漢族，河南南陽人，碩士研究生，助教，研究方向：傳感器技術(shù)，機器學(xué)習(xí)、人工智能在農(nóng)牧業(yè)中的應(yīng)用；劉博（1986—"），男，漢族，河南南陽人，碩士研究生，講師，研究方向：電子測量與控制；岳春龍（1988—"），男，漢族，河南鄭州人，碩士研究生，助教，研究方向：云計算、農(nóng)業(yè)信息化；王碩（1974—"），男，漢族，河南南陽人，碩士研究生，教授，研究方向：計算機、人工智能。

*通信作者：李騫（1989—"），女，漢族，河南鄭州人，博士研究生，副教授，研究方向：農(nóng)業(yè)信息化技術(shù)、機器人。