徐曉霞

（西安工商學(xué)院，陜西西安 710200）

0 引言

以人工智能為代表的第四次工業(yè)革命已經(jīng)到來(lái)。單片機(jī)和嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)是人工智能的核心技術(shù)。單片機(jī)原理與應(yīng)用作為電子信息大類專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)必修課，是培養(yǎng)學(xué)生專業(yè)應(yīng)用技能的重要組成部分。本課程在人才培養(yǎng)方案中，為學(xué)生掌握嵌入式系統(tǒng)開發(fā)和人工智能的學(xué)習(xí)奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，同時(shí)在培養(yǎng)學(xué)生的思辨能力、創(chuàng)造能力、工匠精神以及解決實(shí)際問(wèn)題的能力層面發(fā)揮著十分重要的作用，是高等院校電子信息和電氣工程專業(yè)教學(xué)必不可少的專業(yè)課。

1 項(xiàng)目式教學(xué)解決的問(wèn)題

課程與教學(xué)改革要解決的重點(diǎn)問(wèn)題：1）在傳統(tǒng)的“教師講授-學(xué)生記憶-期末考試”教學(xué)模式中，學(xué)生缺少內(nèi)動(dòng)力，課堂參與度低，實(shí)踐和創(chuàng)新能力不足。2）傳統(tǒng)的教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)資源陳舊，不能滿足新時(shí)代和“新工科”建設(shè)協(xié)同育人的要求。3）以往課程考核方式存在弊端，不能反映出學(xué)生的真實(shí)水平，成績(jī)分布存在單一性和離散性，難以輔助課程持續(xù)改革和改進(jìn)。

在STEAM 教育理念下，針對(duì)單片機(jī)課程應(yīng)用性和實(shí)踐性強(qiáng)的特點(diǎn)，就單片機(jī)課程的課程體系、課程內(nèi)容、教學(xué)模式、考核方式等方面進(jìn)行改革[1]。

2 基于項(xiàng)目式驅(qū)動(dòng)的“單片機(jī)原理與應(yīng)用”課程方案

項(xiàng)目式教學(xué)顛覆了傳統(tǒng)意義上的課堂教學(xué)模式，實(shí)現(xiàn)了教師和學(xué)生主體地位的轉(zhuǎn)換，被廣泛運(yùn)用于不同學(xué)科、不同專業(yè)的課程教學(xué)中，對(duì)促進(jìn)課堂教學(xué)效果起到了積極的作用，正因?yàn)檫@樣被教育工作者喜愛和關(guān)注。課改以“立德樹人”為導(dǎo)向，以工程認(rèn)證和“新工科”建設(shè)為抓手，通過(guò)對(duì)企業(yè)調(diào)研、崗位職業(yè)技能分析、引入專業(yè)課程思政、制訂全新的課程標(biāo)準(zhǔn)。采用新的教學(xué)模式和方式，為培養(yǎng)工程應(yīng)用型人才起到顯著成效。

2.1 課程內(nèi)容與資源建設(shè)及應(yīng)用情況

制訂單片機(jī)課程標(biāo)準(zhǔn)。課程標(biāo)準(zhǔn)的建立和實(shí)施，是單片機(jī)課程的教學(xué)規(guī)范和質(zhì)量要求的基本保證，是進(jìn)行教學(xué)評(píng)估、考試命題和教材講義編寫等課程實(shí)施的主要依據(jù)，也是管理、考核和評(píng)價(jià)該課程的基礎(chǔ)。

建立和完善單片機(jī)教學(xué)資源系統(tǒng)。在單片機(jī)教學(xué)資源庫(kù)建設(shè)方面投入大量的人力和物力，在英華在線平臺(tái)建立線上課程，并平穩(wěn)運(yùn)行了兩個(gè)學(xué)期。在此基礎(chǔ)上，繼續(xù)加強(qiáng)和完善資源庫(kù)的建設(shè)工作，增加作品庫(kù)、知識(shí)庫(kù)、圖片視頻庫(kù)和典型案例庫(kù)。為教師的教學(xué)、學(xué)生的自主學(xué)習(xí)搭建更寬平臺(tái)，促進(jìn)單片機(jī)教學(xué)的發(fā)展。

單片機(jī)課程理論和實(shí)踐有機(jī)結(jié)合，學(xué)有所用。在單片機(jī)教學(xué)中，使用Protues 和Keil 的聯(lián)機(jī)調(diào)試，可將實(shí)驗(yàn)室?guī)У秸n堂上來(lái)，以成果為導(dǎo)向的課程改革充分完善了這個(gè)環(huán)節(jié)，在平時(shí)教學(xué)中加強(qiáng)職業(yè)素養(yǎng)和工程能力的培養(yǎng)，提高學(xué)生自主創(chuàng)新意識(shí)和工程實(shí)踐能力[2]。

2.2 項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)方案

本門課程傳統(tǒng)的教學(xué)流程是：首先介紹單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和引腳，然后講述指令系統(tǒng)和程序設(shè)計(jì)開發(fā)所用語(yǔ)言及軟件，接著闡述單片機(jī)應(yīng)用模塊，包括中斷、定時(shí)計(jì)數(shù)器、存儲(chǔ)器擴(kuò)展以及各種外圍設(shè)備，最后通過(guò)實(shí)例分析總結(jié)課程，是一種典型的先理論后實(shí)踐的串行講法，學(xué)生入門缺少直觀的感受力。本著遵循有效教學(xué)基本規(guī)律，結(jié)合單片機(jī)原理與應(yīng)用的課程實(shí)際工程應(yīng)用的特點(diǎn)，采用基于“教學(xué)項(xiàng)目化、學(xué)習(xí)自主化、學(xué)生角色雙元化”的行動(dòng)導(dǎo)向教學(xué)模式，通過(guò)對(duì)企業(yè)調(diào)研、崗位分析、職業(yè)技能分析制訂了全新的課程標(biāo)準(zhǔn)，基于實(shí)際工程項(xiàng)目，設(shè)計(jì)了項(xiàng)目化教學(xué)的結(jié)構(gòu)。本課程共有10大的教學(xué)情境。將單片機(jī)原理與應(yīng)用的知識(shí)點(diǎn)和關(guān)鍵內(nèi)容融入這10 個(gè)項(xiàng)目任務(wù)中，基于Proteus 和Keil C51,通過(guò)仿真與硬件調(diào)試，虛實(shí)結(jié)合，在10個(gè)項(xiàng)目任務(wù)中的動(dòng)手操作過(guò)程中，既掌握了單片機(jī)的基本知識(shí)，還熟悉單片機(jī)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)的方法，真正實(shí)現(xiàn)了知識(shí)性、趣味性和工程性的完美融合。教學(xué)情境如表1。

表1 單片機(jī)原理與應(yīng)用教學(xué)情景模塊

根據(jù)課程的教學(xué)情景，打亂傳統(tǒng)的授課理論知識(shí)體，重新按照每個(gè)項(xiàng)目任務(wù)所依托的教學(xué)情景，把每個(gè)項(xiàng)目任務(wù)所需要的理論知識(shí)重組，強(qiáng)調(diào)理論知識(shí)在本項(xiàng)目中的應(yīng)用，強(qiáng)調(diào)工程設(shè)計(jì)的完整性和規(guī)范性。表2體現(xiàn)了每個(gè)課堂教學(xué)情景對(duì)應(yīng)的項(xiàng)目任務(wù)劃分，同時(shí)列出了涵蓋的知識(shí)點(diǎn)。

表2 單片機(jī)原理與應(yīng)用項(xiàng)目教學(xué)目錄

教師在授課環(huán)節(jié)采用“線上+線下”的模式。線上平臺(tái)，采用英華在線平臺(tái)完成線上理論知識(shí)的學(xué)習(xí)，線上教學(xué)資源包含整門課程的主要章節(jié)和知識(shí)點(diǎn)；課件、課程視頻可供學(xué)生學(xué)習(xí)，習(xí)題、測(cè)試、討論等具有網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)性。另外實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)等基本要求、技能、內(nèi)容等，均以慕課形式在網(wǎng)絡(luò)上提供，節(jié)省課上時(shí)間，擴(kuò)充教學(xué)容量。線下以項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)方式，教師以運(yùn)用理論知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題為主，學(xué)生以分組團(tuán)隊(duì)合作，完成項(xiàng)目任務(wù)，并匯總項(xiàng)目設(shè)計(jì)資料信息，進(jìn)行項(xiàng)目設(shè)計(jì)匯報(bào)，并且進(jìn)行學(xué)生互評(píng)，教師點(diǎn)評(píng)，實(shí)現(xiàn)課堂翻轉(zhuǎn)[3]。

具體實(shí)施過(guò)程：第一個(gè)環(huán)節(jié)（課前）：線上教學(xué)，教師給出列出任務(wù)清單，提出問(wèn)題，學(xué)生通過(guò)線上課程資源完成理論知識(shí)的學(xué)習(xí)，并進(jìn)行在線測(cè)試，討論，自我檢測(cè)學(xué)習(xí)效果。線上學(xué)習(xí)平臺(tái)可對(duì)學(xué)生的線上學(xué)習(xí)進(jìn)行分析和評(píng)價(jià)，教師可及時(shí)對(duì)課程進(jìn)行教學(xué)調(diào)整。第二個(gè)環(huán)節(jié)：課中：教師圍繞項(xiàng)目任務(wù)，通過(guò)啟發(fā)式、討論法、互動(dòng)式等教學(xué)方法，提出項(xiàng)目要解決的問(wèn)題，將線上課程內(nèi)容理論知識(shí)與項(xiàng)目任務(wù)相結(jié)合，對(duì)相應(yīng)的硬件、軟件設(shè)計(jì)方案進(jìn)行討論并進(jìn)行舉例仿真演示，將理論知識(shí)點(diǎn)映射于工程實(shí)踐應(yīng)用中，組后結(jié)合項(xiàng)目任務(wù)提出待問(wèn)題，進(jìn)行分組討論，師生互動(dòng)，完成具體設(shè)計(jì)項(xiàng)目的方案制訂。激發(fā)學(xué)生解決問(wèn)題的能力和知識(shí)的擴(kuò)展能力；第三個(gè)環(huán)節(jié)學(xué)生在按照分組在課下，采用proteus 軟件仿真和實(shí)驗(yàn)硬件開發(fā)板為手段，進(jìn)行項(xiàng)目任務(wù)分析、設(shè)計(jì)調(diào)試以及技術(shù)資料報(bào)告的完成，本環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)意圖是培養(yǎng)學(xué)生解決在項(xiàng)目工作中出現(xiàn)問(wèn)題的能力及團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神。第四個(gè)環(huán)節(jié):小組進(jìn)行項(xiàng)目任務(wù)設(shè)計(jì)匯報(bào)表講解，并進(jìn)行學(xué)生互評(píng)，教師點(diǎn)評(píng)，實(shí)現(xiàn)課堂翻轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)換角色，發(fā)揮學(xué)生的主人公意識(shí)。鍛煉學(xué)生工程實(shí)踐能力，學(xué)習(xí)能力、組織能力、創(chuàng)新意識(shí)和團(tuán)隊(duì)意識(shí)。第五個(gè)環(huán)節(jié)：對(duì)項(xiàng)目設(shè)計(jì)任務(wù)進(jìn)行總結(jié)，反思，知識(shí)拓展，同時(shí)教師給出評(píng)價(jià)，計(jì)入課程學(xué)習(xí)過(guò)程考核成績(jī)。通過(guò)以上五個(gè)環(huán)節(jié)，鍛煉學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)能力、組織能力、創(chuàng)新意識(shí)和團(tuán)隊(duì)意識(shí)，并樹立正確的人生觀、科學(xué)觀，養(yǎng)成認(rèn)真負(fù)責(zé)的態(tài)度和嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致的工作作風(fēng)[4]。

2.3 過(guò)程性評(píng)價(jià)考核方案

課程的考核評(píng)價(jià)分為過(guò)程考核和總結(jié)性評(píng)價(jià)，體現(xiàn)綜合評(píng)價(jià)。過(guò)程考核是對(duì)學(xué)生平時(shí)學(xué)習(xí)情況的考察采用多元化考核方法，包括線上學(xué)習(xí)（可以直接在線上學(xué)習(xí)平臺(tái)上查看學(xué)生學(xué)習(xí)并統(tǒng)計(jì)結(jié)果）和平時(shí)項(xiàng)目任務(wù)完成參與情況，課堂表現(xiàn)情況，同時(shí)將學(xué)習(xí)態(tài)度、專業(yè)知識(shí)、專業(yè)技能、溝通能力、合作能力和創(chuàng)新能力等納入考核范圍；總結(jié)性評(píng)價(jià)指的是期末考試，重點(diǎn)檢查學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的掌握情況。多元化考核體系如圖1所示。

圖1 綜合性多元化考核體系

2.4 創(chuàng)新特點(diǎn)

結(jié)合學(xué)生特點(diǎn)，采用線上線下混合教學(xué)方式，有效利用信息化教學(xué)手段。項(xiàng)目任務(wù)驅(qū)動(dòng)式教學(xué)手段，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生工程實(shí)踐應(yīng)用能力。翻轉(zhuǎn)課堂，學(xué)生互評(píng)，教師點(diǎn)評(píng)，體現(xiàn)學(xué)生在教學(xué)中的中心地位[5]。

3 課程評(píng)價(jià)及改革成效

自2018 年開始實(shí)施以“以學(xué)生為中心”的“任務(wù)型-探究式”的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式以來(lái)，學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性、主動(dòng)性普遍提高，到課率、抬頭率、作業(yè)完成質(zhì)量以及期末考試卷面成績(jī)及格率都得到大幅度提高。只要長(zhǎng)期堅(jiān)持讓學(xué)生“做中學(xué)”“學(xué)中做”，就能夠取得比較理想的教學(xué)效果。

單片機(jī)原理與應(yīng)用課程的教學(xué)模式也可以應(yīng)用到學(xué)院其他公共基礎(chǔ)課程及專業(yè)課程的教學(xué)中；可促進(jìn)解決民辦學(xué)院學(xué)生的學(xué)習(xí)的熱情和主觀能動(dòng)性不夠、方法欠缺、自律性差等問(wèn)題，培養(yǎng)學(xué)生一定的自主學(xué)習(xí)能力，提高學(xué)生的積極主動(dòng)性，為今后的高層次、寬范圍研究奠定基礎(chǔ)。