基于跨校修讀的單片機工程實踐能力提升研究

曹一鵬　毛艷娥　吳昊

摘? 要：針對跨校修讀模式存在的不足及單片機課程具有強實踐性的特征，對如何提升學生的工程實踐能力進行研究。該文闡述如何改革以彌補單片機課程跨校修讀的不足，提出“四提升”，即提升課程對學生的吸引力、提升學生對單片機系統開發的感性認識、提升學生的動手及分析能力、提升學生的愛國精神與航空報國的使命感。最后，通過對比說明以提升學生工程實踐能力為導向的跨校修讀模式具有較好的教學效果。

關鍵詞：跨校修讀；單片機課程；工程實踐能力；實踐效果；課程改革

中圖分類號：G640? ? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2096-000X（2023）26-0001-04

Abstract： In view of the shortcomings of cross school teaching mode and the strong practicality of microcontroller course， this paper studies how to improve students' engineering practice ability. The paper expounds how to reform to make up for the deficiency of cross school teaching of microcontroller course， and puts forward "four improvements"， namely， improving the attraction of the course to students， improving students' perceptual knowledge of the development of single chip microcomputer system， improving students' practical and analytical ability， and improving students'patriotic spirit and sense of mission of serving the country by aviation. Finally， through comparison， it shows that cross-school teaching mode guided by improving students' engineering practice ability has a good teaching effect.

Keywords： cross-school teaching; microcontroller course; engineering practice ability; practical effect; course reform

在互聯網技術飛速發展和新冠感染疫情仍在持續的今天，傳統的教學方式已不適應時代發展的需要，在線跨校修讀制度打破了傳統課堂教學的諸多限制，加速了高等教育課程的開放化、公平化、國際化和自主化發展進程[1]。而推進教育信息化是實現高等教育發展的有效途徑之一，早在還未出現新冠感染疫情的2014年9月，根據教育部相關要求，遼寧省教育廳結合省內高校實際情況，大力推進線上、線下跨校修讀工作，探索校際協同育人新模式[2]。2018年4月13日，為加快教育現代化和教育強國建設，教育部制定并印發《教育信息化2.0行動計劃》，積極推進“互聯網+教育”，開展數字資源服務普及行動，提出建成國家教育資源公共服務體系，數字教育資源實現開放共享[3]。截至2022年7月，“酷學遼寧”平臺上遼寧開課高校有40多所，視頻課程有1 506個。

一? 單片機課程進行跨校修讀的意義

隨著智能控制技術的飛速發展，單片機得到了廣泛應用，這也要求從業人員具備較高的單片機應用技能。當前，大多數工科高校都開設了單片機相關課程，筆者所在的沈陽航空航天大學（以下簡稱“沈航”）正在大力發展通航特色，開設單片微型計算機原理及應用課程。該課程是遼寧省一流課程，是沈航為數不多的校級平臺課，沈航大多數工科專業，尤其是與通用航空相關的專業，均修讀該門課程。

跨校修讀是“互聯網+教育”的一種新型高校教學模式[4]。單片微型計算機原理及應用課程在線跨校修讀能夠滿足學生個性化學習單片機課程的需求、培養學生對于單片機課程的自主學習能力，還能夠促進高校間優質教學資源的共享，減小教育水平間差距，促使教育公平，且不同院校均有各自特色，因此，學生進行在線跨校修讀，有如下幾個優勢。

第一，有助于激發學生對于單片機課程的學習興趣。

第二，培養學生自主學習及獨立思考的能力，有利于培養學生單片機系統整體開發能力。

第三，教師對學生學習的評價模式更加多樣化和靈活化。

第四，學生可通過“酷學遼寧”在線學習平臺領略其他院校教師的授課風格，免費使用線上優質課程資源，推進高校間的交流合作及單片機課程教學資源的共建共享。

通過跨校修讀的教學模式，教學團隊以單片機行業人才需求為指引，堅持成果導向教育的理念，探索及構建以學生工程能力培養為導向的線上、線下混合單片機教學體系，這是培養創新思維和知識-能力-素養為一體的優秀單片機行業人才的教學體系的重要途徑。

二? 存在的主要問題

盡管在線跨校修讀單片機課程具有很大的優勢，但也暴露出一些亟待解決的問題，主要集中在以下幾個方面。

第一，學生執行力欠缺。不同學生之間的自覺性和自主學習能力有很大差別，部分學生未按照教學要求觀看視頻，個別學生不能按時完成任務點，影響課程整體進度，同時存在一定的作業抄襲現象。

第二，在線跨校修讀主要是通過觀看視頻的方式進行理論學習，但這種方式卻使學生對單片機系統開發的直觀認識不夠，對單片機系統的整體開發掌握得不夠深入。

第三，學生的動手實踐能力、系統分析能力得不到鍛煉與提高。

第四，在線跨校修讀更多重視的是學生理論知識的培養，在育人方面關注不足，尤其是在航空報國方面上更為缺失。

因此，要想在跨校修讀的單片機教學改革中取得成果，教學團隊必須對整個教學環節進行一系列的改革。

三? 課程改革的探索與實踐

大連海洋大學的黃璐等[5]對翻轉課堂與傳統面授的混合教學進行了研究，東北財經大學的汪旭暉等[6]針對“互聯網+”跨校修讀學分課程混合式翻轉教學模式進行了研究，遼寧工業大學的何蘭等[7]對跨校修讀與課程思政建設進行了研究，沈陽師范大學的付亮等[8]從班級規模對跨校修讀授課效果的影響上進行了研究，沈陽農業大學的姜鳳利等[9]對課程基于“互聯網+”的創新模式改革進行了實踐。許多教師都從各自不同的課程在跨校修讀下對課程教學質量的提高進行了研究與探索，但鮮有教師對單片機課程跨校修讀的影響進行分析，尤其是在跨校修讀模式下如何提升學生工程實踐能力的研究更是缺失，本文就以“四提升”對該方面的教學進行研究與探索。

（一）? 修訂教學大綱，豐富教學內容，提升課程對學生的吸引力

課程建設方與使用方教師組成聯合教學團隊，綜合各自學校和專業的特點，共同擬定教學大綱。原則上，在理論知識的講授上，建課方教師講授時要有所側重；在實踐能力的培養上，用課方教師則要花費更多的學時與精力。

筆者及教學團隊教師堅持OBE教育理念，以學生發展為中心，著力培養學生的硬件設計能力、軟件設計能力、仿真能力、電路設計能力及綜合設計能力等多項工程實踐能力。創新實驗教學題目及內容，優化單片機實踐教學知識體系，為改變課內實驗多為驗證性實驗的情況，筆者重新制定實驗項目及指導書，增加綜合性、工程性、創新性的內容。

建課方教師在線上授課中，除注重理論知識的講授外，還要布置一定難度的題目要求學生在虛擬仿真平臺Proteus上仿真運行。采用Proteus虛擬仿真實驗平臺可有效解決學習單片機必須使用實體單片機實驗板（箱）的問題，有利于全方位提升學生的系統設計和開發能力，提高教學質量。

在制定實驗項目時，采用層次遞進方法，學習能力弱和學習能力強的同學都能恰當地匹配到適合自己的實驗題目，可以做到因材施教，提高學生的獲得感，提升學生主動學習的積極性。

除層次遞進式的課內實驗外，為培養學生自主創新能力，根據整個課程的知識點和體系結構，設計了四層階梯型的選做題目，供學生在課余時間選做。選做實驗階梯任務分解圖如圖1所示。

通過虛擬仿真平臺Proteus的使用、制定層次遞進的課內實驗題目和階梯型選做題目，可使學生根據自己的能力隨時隨地學習單片機系統開發，增強學生對單片機課程的興趣。

（二）? 改善教學手段，完善教學方法，提升學生對單片機整體開發的感性認識

教學團隊改變傳統教學的“滿堂灌”方式，由“教師的教為主體”轉變為以“學生的學為主體”，堅持以學生發展為中心，以提升學生的工程實踐能力為導向，對教學方法、教學手段進行了一系列的改革。

教學團隊考慮到單片機課程具有強實踐性的特征，在教學中采用如圖2所示的以提升學生工程實踐能力為導向的三層式混合教學方法。該方法要求學生在課前通過“酷學遼寧”平臺對建課方教師教授的知識點進行預習，觀看視頻、完成思考題并進行拓展閱讀及問題整理，建課方教師可要求學生在單片機虛擬仿真平臺Proteus上進行開發設計；課中，用課方教師在上課之初從一個應用實例導入本節課內容，并對該實例進行三種方法的分析：理論分析、仿真演示、實際構建，之后組織學生進行分組研討，對用課方教師提出的問題加以解答，最終師生一起對本節知識進行歸納總結；課后，給學生布置作業，作業要求學生以實操為主，圍繞本節知識做個簡單的單片機應用，用課方教師給出一些示例題目，學生也可自擬題目，培養學生創新創業的能力，提升學生對單片機系統整體開發的感性認識。

（三）? 改革考核方法，增加考核指標，提升學生的動手及分析能力

教學團隊改變“一考定終身”的考核模式，采用過程化、精細化的考核方式，增加實驗成績比重，學生總評成績由學生在“酷學遼寧”平臺上觀看建課方教師的教學視頻的時長、建課方教師線上布置的作業、用課方教師發布的課堂研討參與度、學生課后實際操作能力、課內實驗成績和期末筆試成績構成。具體各部分構成比例見表1。

通過增加考核指標與環節，對學生的每個學習階段進行量化的、精細化的考核，可以起到督促學生認真學習的目的。在成績構成的占比中，加大了實操成績和實驗成績的比例，降低了期末筆試的比例，這樣更有助于學生從主觀上更加重視實踐環節，提升學生對單片機系統的分析能力與開發能力。

（四）? 優化教學方案，增加育人內容，提升學生的愛國精神與航空報國的使命感

教學團隊深入挖掘單片微型計算機原理及應用課程蘊含的思政元素，在授課中增加育人內容，在設計導入實例時，要注重將專業知識中蘊含的精神、思想、價值挖掘出來，結合天和核心艙、問天實驗艙等航天器的成功發射，講解單片機在航空航天器上的應用。用課方教師有意識地將愛國情感、民族自豪感、社會責任感和使命感“潤物細無聲”地融入課堂教學，培養學生實事求是、積極探索的學習態度，鼓勵學生主動學習，克服畏難情緒，注重學生航空報國精神品質的培養[10]。

四? 單片機課程跨校修讀的實踐效果

（一）? 考試成績對比

在2021—2022（2）學期，沈航機電工程學院2019級共有2個專業學生修讀了單片微型計算機原理及應用課程，其中車輛工程專業共3個班級，劃分為1個教學任務（命名任務1），機械設計制造及自動化專業共有10個班級，劃分為5個任務（命名為任務2～任務6），由教學團隊中的6位教師負責教學。為了獲得較為客觀的數據，教學團隊隨機抽取2位老師的2個專業部分班級學生進行了跨校修讀，即任務1和任務2的學生，其余教學任務仍然按照傳統教學的方式組織教學。由于跨校修讀和傳統教學模式學生的成績構成不同，因此，本文僅對最終期末考試進行成績分析。在期末考試試題中，為考查學生的工程實踐能力，沒有考查客觀題，均為主觀編程題。最終期末成績各分數段人數占比直方圖如圖3所示。

由圖3可知，學生期末成績各分數段人數趨于正態分布，進行跨校修讀的任務1和任務2學生低分成績較少，高分成績較多，教學效果良好。因此可以得出，以提升學生工程實踐能力為導向的跨校修讀教學模式可以有效提高學生的實踐動手能力，能夠滿足學生個性化學習單片機課程的需要。

（二）? 創新創業計劃數量對比

根據任課教師初步統計，在2022—2023學年獲批的與單片機相關的省、校大學生創新創業計劃項目數量上，采用跨校修讀模式的班級獲批的項目數量高于采用傳統教學模式的班級獲批的項目數量。具體各教學任務中班均獲批與單片機相關的創新創業計劃數量見表2。

由此可以得出，不管是從學習成績上，還是工程實踐能力的培養上，以學生工程實踐能力培養為導向的跨校修讀教學模式都優于傳統的教學模式。

五? 結束語

在全國高校各門課程學時減少的大背景下，采用以提升學生工程實踐能力為導向的跨校修讀混合式培養符合時代發展需要及單片機強實踐性的課程特點，能更加激發學生自主學習單片機的興趣，提升學生單片機系統的實踐動手開發能力，可為行業培養優秀的單片機人才。

參考文獻：

[1] 萇轉，吳凈.汽車構造課程跨校修讀學分教學模式探索與實踐[J].中國現代教育裝備，2022（3）：130-132．

[2] 江紅霞，段玉璽，袁玲，等.“互聯網+”背景下高校大學生在線學習跨校修讀學分工作研究與實踐：以沈陽農業大學為例[J].中國教育信息化，2017（17）：68-71.

[3] 中華人民共和國教育部.教育部關于印發《教育信息化2.0行動計劃》的通知[EB/OL].（2018-4-18）.http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A16/s3342/201804/t20180425_334188.html.

[4] 戰松，劉超.“互聯網+”背景下跨校修讀教學模式的探索與實踐[J].沈陽建筑大學學報（社會科學版），2021，23（6）：644-648.

[5] 黃璐，于紅，谷軍.翻轉課堂與傳統面授混合教學模式研究[J].計算機教育，2016（9）：167-170.

[6] 汪旭暉，李晶.“互聯網+”視域下跨校修讀學分課程混合式翻轉教學模式創新研究[J].湖北成人教育學院學報，2020，26（2）：54-62.

[7] 何蘭，洪春英，奚純，等.“專業創新創業”課跨校修讀與課程思政建設[J].遼寧工業大學學報（社會科學版），2021，23（6）：118-121.

[8] 付亮，王俊偉.班級規模對跨校學分課程授課效果的影響研究[J].遼寧教育行政學院學報，2020（4）：17-20.

[9] 姜鳳利，陳春玲，黃蕊，等.基于“互聯網+”的電工電子類課程創新模式改革與實踐[J].高等農業教育，2020（6）：85-89.

[10] 曹一鵬，潘琢金，吳昊，等.課程思政視角下的“單片微型計算機原理及應用”課程教學探索與實踐研究[J].工業和信息化教育，2022（5）：47-51.

基金項目：2021年第一批教育部產學合作協同育人項目“基于‘單片微型計算機原理及應用課程實踐教學條件的改善與提升”（202101335053）；2021年遼寧省普通高等教育本科教學改革研究項目“基于數字孿生的《單片微型計算機原理及應用》混合教學模式改革研究”（遼教辦〔2021〕254號）；2022年遼寧省普通高等教育本科教學改革研究項目（優質教學資源建設與共享項目）“以跨校修讀為基礎、以提升工程實踐能力為導向的‘單片微型計算機原理及應用課程改革的探索與實踐”（遼教辦〔2022〕160號）；2022年沈陽航空航天大學教學改革項目“基于提升學生工程能力的單片機實踐教學體系的改革與實踐”（JG2022001）

第一作者簡介：曹一鵬（1981-），男，漢族，吉林大安人，工學碩士，講師。研究方向為單片機教學及嵌入式系統開發。