創新創業與課程結合的單片機新型實訓教學實踐

摘"要：將單片機課程實現項目化，以創新產品設計為目標，將單片機嵌入到日常生產生活所需的工具、量具、器械等實現智能化的改造。從解決某一生產生活難題的思路出發，從構想到產生創新的產品全過程學習。以單片機開發應用與創新創業結合，通過創新創業大賽平臺進行檢驗。在實踐教學中將教學過程轉變為師生共同研究開發創新性作品的過程，使學習和教學過程中能夠讓學生更多、更自主地學習和掌握新科技。從單一學科基礎型學習向多學科融合應用型轉型，結合創新創業大賽平臺以賽促建達到專創融合的課程目標。

關鍵詞：單片機實訓教學；創新作品；多學科交互應用；擴展學習領域

一、研究背景

2015年5月《國務院辦公廳關于深化高等學校創新創業教育改革的實施意見》，2018年12月修正的《中華人民共和國高等教育法》，2021年9月《國務院辦公廳關于進一步支持大學生創新創業的指導意見》都在強調，開設跨學科專業的交叉課程，探索建立跨院系、跨學科、跨專業交叉培養創新創業人才的新機制，促進人才培養由學科專業單一型向多學科融合型轉變，強化高校教師創新創業教育教學能力和素養培訓，改革教學方法和考核方式。［1］

這些政策文件的出臺意味著在專業知識的傳授過程中，需要注重培養學生的創新創業意識和能力，使他們在掌握專業知識的同時，也具備創新思維和創業技能。創新創業與專業課程的融合是現代教育體系中一個重要的趨勢，這種融合能夠幫助學生更好地將理論知識與實踐應用相結合，培養他們的創新精神和創業能力。［2］

二、創新創業與單片機課程結合教學模型搭建

專創融合課程是創新創業教育的重要組成部分，“以賽促建”是專創融合課程建設的重要手段。為了在較長時間內持續培養學生的創新創業能力，將課程、創新創業實踐和學科競賽有機結合，建設專創融合課程群。［3］

（1）教學目標：在內容設置上采用項目化進行教學，把相關知識的講解融入學生感興趣的實際項目中，在實施課程學習的過程中能夠將單片機嵌入到日常生產生活所需的工具、量具、器械等產出智能化改造的創新產品，在實踐教與學中將教學過程轉變為師生共同研究開發創新性作品的過程，能夠利用現代互聯網技術通過單片機嵌入+物聯網的開發。借助創新創業大賽平臺“以賽促建”是專創融合課程體系。［4］

（2）教學過程與內容設置：在教學過程和內容設置上劃分三個等級和階段（見表1）。第一階段基礎理論與實踐通過課堂講授和仿真實驗的方式，實現和理解單片機課程的基礎知識，如按鍵掃描過程、數碼顯示器顯示過程和定時、中斷、串口通信等初始化和應用過程。第二階段通過課程設計的方式實現綜合應用過程，例如制作萬年歷、電機驅動等項目實現基礎知識的完整應用過程。第三階段通過創新設計，參加全國大學生創新創業大賽，其中再結合物聯網平臺實現更高層次的應用實現設備的遠程控制、智能化升級，實現創新創業與課程結合的單片機新型實訓教學。

（3）教學方式：第一階段主要是基礎理論的學習，本階段主要通過課堂教學模式，讓學生能夠在課堂中理解知識，簡單應用知識。第二階段主要通過課程設計的方式進行，本階段讓學生把第一階段學習的知識能夠綜合應用和做一定的擴展學習。第三階段主要通過參與大賽的方式能夠將學習的知識和現階段熱門科技結合進一步拓展學習領域的廣度，在教學過程中主要是通過技能大賽團隊輔導的方式進行教學，通過創新作品的開發將作為項目教學的載體，在制作過程中教、學、做、研結合進行，提倡以學生自主學習為主，關鍵技術教師攻關并輔導學生完成。

（4）教學成果轉化：在通過創新創業賽項過程中產生的作品，通過論文、指導手冊、專利等的申請將知識技術轉化為團隊資產，將知識技術進一步做到保護并有效利用轉化為收益。

（5）多元化考核：結合所制定的單片機課程目標，創課結合的過程中主要的目標考查學生基礎知識掌握和知識應用能力、知識創新應用拓展能力、學生自學能力、團隊協作能力、書面表達能力、口頭表達能力。在整個教學過程中觀察學生的創新意識、思維邏輯、動手能力，以及艱苦奮斗精益求精的工匠品質是否體現。考核中主要分為四項內容進行評價。

基礎知識學習過程性考核：主要是課堂作業、考勤、實訓任務完成、實訓報告撰寫。

課程終結性考核：課程設計書撰寫、實驗仿真模擬、實物設計制作、PPT制作演講與答辯。

參與大賽與成果轉化（特優加分項）：大賽能夠獲獎的按照級別及獲獎等級核定加分，成果轉化后根據成果類型核定加分、個人加分和團隊加分。

在整個課程中另外設置了德育分考核：主要通過比賽作品制作過程中承擔的角色分工不同而設置相應的考核評價表，通過組員間的評價、指導教師評價及自我述職評價。主要內容設置創新思維、動手能力、溝通與表達、鉆研與求精等。

三、創新創業與單片機課程教育結合的案例

近年來通過單片機課程不斷的改革過程中從原先的單一課堂教學一步步向多科學結合，結合互聯網逐步實現“物聯網+”的教學過程。

案例1：2023大學生“互聯網+”創新創業作品——《一種惰性氣體保護的高溫烘干房》，此作品設計主要是針對本地區枸杞產業中解決枸杞烘干這一加工工序中的難點（烘干時間長，效率低，烘干過程中容易氧化碳化變黑變質）而設計，設計中應用單片機STM32作為核心控制器，低功耗節約成本的同時搭載Eps8266Wifi模塊結合移動物聯平臺OneNET實現遠程操控。在控制上利用單片機輸出PWM實現電機不同烘干階段不同的惰性氣體循環流速控制和電加熱器加熱溫度控制，并通過傳感器采集烘干過程中濕度的變化情況而自動調節烘干溫度。

案例2：2023年創新創業大賽作品——《智能家裝設計》此作品主要應用STM32單片機作為核心控制器完成家中無人狀態下的花盆、魚缸等供水控制，無人狀態下的視頻監控數據與手機端遠程監控，通過窗簾和通風風扇控制室內的光照強度控制、空氣質量、溫度控制、夜晚睡眠狀態和活動狀態下的燈光自動控制等。

案例系統框架簡圖

案例3：2024年機器人大賽作品——《步兵機器人》主要通過STM32單片機實現遠程無線操控，云臺轉塔搭載設計子彈的精準定位和射擊控制麥克娜姆輪的多轉向組合控制等，搭載ccd視覺與畫面的傳輸等。

在這些比賽作品制作和過程中利用統一系統框架（見案例系統框架簡圖）將單片機嵌入式、物聯網、傳感器數據采集、電子通信等多種學科組合應用中提高單片機的應用范圍和廣度，提升學生利用單片機進行創新作品設計的能力，將課程和創新創業有機結合。提高學生對知識的高水平應用。

四、創新創業與單片機課程結合教學的意義

利用雙創與課程結合的理念實現對單片機課程教學的改革實踐是對該課程教學的一次創新發展，一方面有助于提高學生的學習積極性和創新能力，另一方面進一步優化完善了課程教學體系，是信息時代教學改革發展的重要體現。［3］

（一）創課結合的過程對知識的掌握更牢靠

創課結合主要目的是將實踐操作、創新思維的理念融入教學過程。［5］通過創新作品的設計、制作，最后產出作品。將以往課堂只是學習知識，儲備能力的教學改變為利用知識產出新的產品解決某些生活難題或改變某種生產現狀的新的教學模式，學以致用意義更為突出。

學以致用始終貫穿整個教學過程，在設計、研發、加工制作、打磨完善的過程中分工協作，在發揮其特長的過程中始終要做到了解其他領域學科的知識從而才能保證產品從設想到實現中能夠相互協同。在強化某一專項技能的同時還要學習和參與其他專項的設計，對其參與者的專業能力提升更加全面。

（二）創課結合的過程對專業教學更靈活

在教學過程中通過三個階段劃分，第一階段，課堂形式以仿真為主的實訓，能夠將書本知識通過仿真練習更快地了解和奠定基礎。第二階段，每個小組或每個人選擇不一樣的課題，在課堂中主要是以小組討論，分個體輔導的方式為主，實現將學習的實施系統化應用。第三階段，將興趣與課堂結合，師徒結對。主要以學生自主學習，教師的關鍵在于解決難題難點、數據模型搭建、組織學生分工等方面的輔助。第一課堂與第二課堂的有效銜接，使課堂學習向更廣領域延伸和興趣教學的最大限度的開發，多學科多領域的有效結合，以制作產品為載體從而在教學中能夠以多專業多領域的教學團隊進行分工教學與合作教學，教學教法更加靈活多變。

（三）創課結合的過程更能激發對單片機學科學習的興趣

在創新創業作品制作過程中教師需要引導學生使用各類網絡社群中的“開放、開源”資源。即先讓學生“開心”地入門，再進入“開放、開源”的探索階段，最后能夠自主地“開創”新的作品［6］。通過專項的技能訓練到全面產品制作過程的學習，使得學生能夠更加懂得專業如何應用于實踐，進一步了解生產過程中技術的變革和更新［7］。參與各類大賽過程中體驗激烈競爭和重大壓力，從中不斷地吸取經驗教訓，提升學生學習的興趣和職業素養。

結語

創新創業與單片機課程結合的課程實踐中重新調整課程教學方式方法，改革考核評價方法，優化教學內容，拓展學習領域，多專業多學科交叉混用，在實踐中提高學習效率，提升職業學生職業素養。在填充基礎知識的基礎上將第一課堂與第二課堂有效銜接，將學習知識向更廣領域延伸，將學生從被動接受知識轉向主動吸取知識以解決設計制作過程中的問題。

教學過程中從單一教師講授單一課程知識到組團式教學團隊多領域多學科協同教學，提升學生專業職業技能、創新能力、塑造職業工匠精神，借鑒各類職業技能大賽的考核，高度競爭的重大壓力中不斷吸取經驗教訓。分組協同、分專業協同，從構想到實現產品的過程中充分發揮個人主觀能動性和弘揚團隊協作精神及堅持不懈的工匠精神。［8］同時，創新創業與單片機課程結合的新型實訓教學研究有助于課程團隊的建設改革經驗在其他工科類課程教學中有著一定的推廣意義。

參考文獻：

［1］單莎莎，張安富.教學理念的歷史審視與價值定向［J］.中國大學教學，2016（02）：7478.

［2］鄧靜，高玉良，楊華兵，等.基于新型人才培養的軍校案例教學探析［J］.空軍預警學院學報，2014，28（01）：7678.

［3］饒豐，郭杰，褚靜，等.課創賽三位一體的專創融合課程群教學模式探索與實踐［J］.中國教育技術裝備，2021（04）：7477.

［4］周曉丹.產教融合視角下“雙創”教育融入專業課程教學的實踐模式探討［J］.創新創業理論研究與實踐，2021，4（06）：107110.

［5］楊靜芬，郝敏釵，胡雪花.面向創新能力培養的高職單片機課程教學改革實踐與探索［J］.工業控制計算機，2023，36（07）：158160.

［6］方群霞，曾麗穎.單片機課程的創客式教學改革與實踐［J］.現代農機，2023（06）：111113.

［7］李學華，沈冰夏，厲夫兵，等.基于創客理念的雙創教育與專業教育的融合探索［J］.工業和信息化教育，2018（11）：612.

［8］王建衛，陳玉霞，楊勛勇，等.“三化一式一坊”課程改革模式在單片機課程教學中的實踐與應用［J］.貴州工程應用技術學院學報，2023，41（03）：109115.

作者簡介：張維昱（1986—"），男，漢族，青海化隆人，本科，講師，研究方向：機電一體化專業課程研究。