以前向通路主线为核心的供给侧课程改革实践*

翟任何，赵永强，施绍宁

以前向通路主线为核心的供给侧课程改革实践*

翟任何，赵永强，施绍宁

（陕西理工大学机械工程学院，陕西 汉中 723000）

随着国家教学改革和“双一流”建设项目的推进，课程改革成为推进高等教育改革的源动力和重要基石。以车辆工程专业的单片机技术课程教学为对象，分析了现有教育教学的弊端，提出了以前向通路主线为核心的供给侧课程改革的构架，以案例的方式重新组织教学内容和教学方法，探索出了课程教学“一点三原则”，以学生兴趣为着手点，以培养目标为纽带，以课程教学内容为目的实现课程内容与教学任务的统一，通过循序渐进方式逐步加大学习的难度和深度，从而实现更好的教学效果。

供给侧改革；前向通路；课程改革；单片机技术

1 背景和意义

随着普通高等教育改革的推进，国家推出了“双一流”、“工程教育质量认证”和“学科水平评估”等一系列重大举措，旨在推进面向高等院校的研究型和应用型人才培养的双向改革。普通高校的教学承担单位，落实国家教育教学改革的具体可行的措施就是加速推进课程教学改革。普通高校的专业教育必须重视课程教学改革，尤其是专业性较强的课程改革。以课程改革促进专业教学质量的提升，促进专业培养模式的优化，增进学科方向的凝练，落实学校内涵式发展的目标要求，实现“一流专业”和“一流学科”的跨越。以《单片机应用技术》课程为例，针对机械工程学科所属的各专业在的教学改革实践，以培养学生实战能力为改革目标，以学生为供给侧组织教学活动，以前向通路为主线组织教学内容，探索提高普通高校机械工程学科所属专业学生相关动手能力的方式方法。

供给侧改革是用改革的办法推进结构调整，减少无效和低端供给，扩大有效和中高端供给，增强供给结构对需求变化的适应性和灵活性，提高全要素生产率，使供给体系更好适应需求结构变化。在教改过程中变“以教为本”为“以学为本”，主动调整讲课过程的知识点组织结构，以针对知识更新和在校学生特色变化而主动做出的供给侧改革。课堂教学改革中的结构性调整若果能够围绕一条主线，用主线贯穿所有的基础知识和基本技能，就能为结构优化提供保证，从而主线的选择和实现也就成为课改的关键问题。

2 供给侧教改中前向通路的重要性

教学过程可以看作一个闭环控制系统如图1所示，既有按照教学计划授课的过程，又有检测学生掌握程度并修正授课计划的过程。在闭环控制系统中，信号从输入端沿箭头方向到达输出端的传输通路称前向通路；系统输出量经测量元件反馈到输入端的传输通路称反馈通路。在教学过程中，教师的备课、讲课、布置作业、指导实验环节和安排考试是前向通路；根据作业和实验报告分析学生的疑难并做出教学计划的调整是反馈通路。

图1 闭环系统的前向通道和反馈通道

学生接受知识的过程有其特殊性，如果教师在开课之前设计的教学计划不合理，那么学生在学习新课程时会因为课程学习难度大产生厌学情绪，或者因为对相近概念混淆而形成错误认识，此时通过主反馈通路检测到问题并纠正，不但纠正的难度大，而且纠正过程会产生较大的延时，影响后续教学内容。所以在教学过程中，首先要保证前向通路的教学效果，反馈通路的反馈和调整则是为了教学目的已经达到的前提下锦上添花。正如在产品制造过程中，批量生产的产品质量要靠制定合理的工艺流程和保证每个生产环节的加工质量，而不能依靠对成品的检测和返修保证产品质量。

以《单片机应用技术》课程的教学过程为例，如果教学过程的主线设置不合理，按照从结构和原理到汇编指令再到应用的顺序讲解，虽然体系严谨，单很多学生会感觉内容抽象、枯燥而影响学习兴趣。反之，如果能找到一条教学主线，贯穿所有的教学内容，主线上的每个点又是具体的实例，学习过程就像在爬缓坡，在教师的引导下逐步登山而不会掉队。

3 单片机技术的课程教学现状

近年来教学组对车辆工程专业的电类课程做了一系列的改革，包括培养计划调整、翻转课堂、案例教学和课外活动等。例如《单片机应用技术》课程改变了以往纲举目张的教学顺序，把教学内容划分为若干知识点并对每个知识点精心选取案例，案例和知识点对应关系如表1所示。

表1 案例和知识点对应表

通过对教学内容的重新组织和案例教学，学生的学习热情显著提高，畏难情绪明显下降，部分学生自发地设计制作基于单片机的作品，在参加各类赛事中应用单片机的能力显著提高。但是仍有一系列的遗留问题等待解决，例如：虽然入门案例容易掌握让初学的畏难情绪显著下降，但是随着课程进度的推进，后续的中断、定时/计数器和串行通信部分的难度和综合性提高，学生在掌握了一些简单的解决方法以后，遇到难题时懒散情绪开始占上风，不愿付出精力学习更好的方法。例如：选择双音门铃作为定时/计数器部分的案例，用以掌握定时器的初始化和定时中断程序的使用。学生在之前学习LED闪烁的案例时，掌握了延时函数的使用，所以宁可花不少时间试、凑延时函数的实参，也不学习设置定时/计数器特殊寄存器的方法。教师反复强调延时函数定时精度差、占用CPU，部分学生仍因懒惰而不愿使用新方法。

这种现象甚至在学生参赛的过程中都有体现。例如需要设计和调试PID校正环节时，对系统建模、系统性能分析做得少甚至不做，宁可花费大量的时间，单纯的凭经验、凭感觉调整PID的参数，宁可在反复试凑的过程中浪费很长的时间，也不花一部分时间复习自动控制的相关理论，最终没有通过参赛达到巩固提高的目的，也背离了参加比赛的初心。把获奖本身当成目的，功利心理和侥幸心理严重，不但不利于自己的成长，而且会严重误导低年级学生。

4 实现课程主线的“一点三原则”

通过探索和实践，发现解决上述遗留问题的关键在于课程主线的选择和实现，其中的关键是“一点三原则”，一点是着手点，三原则是纽带原则、统一原则和渐进原则。

（1）着手点是路径正确的前提

找一个好的着手点是实现主线的首要问题。只有了解学生们关心的兴趣点，才能有的放矢，找到好的着手点，这正是贯彻以学为中心的教改思路。以我院车辆工程专业的学生为例，因为我院近年来参加“全国大学生智能车竞赛”屡获佳绩，所以智能小车的设计深受学生的欢迎和认可。以此为契机，把智能小车的设计和制作这个具体目标引入《单片机应用技术》课程教学中，成功地激发了学生的学习兴趣。

所以选择好着手点，可以在学习过程的起点处翻转整个学习过程，把学生被动学习、被动接受知识的过程，翻转为学生有兴趣解决实际问题的过程。在这个过程中，教师引导学生分解问题、分析子问题，再寻找相关知识解决，解决以后再总结。在解决了一系列子问题以后，具体的目标得到实现，相关的知识和技能完成传授，达到课程的教学目的。

（2）三个原则是主线实施的保障

选择主线的目的是提高学生学习课程的兴趣，提供持之以恒的动力，又要符合专业的培养计划。要做到形散而神不散，放得出去收得回来，就应该遵循以下三个原则。

1）纽带原则

选择课程主线应该以专业培养目标为根据，符合培养计划的课程布局，课程主线应服务于专业知识体系的主线。既要保证本门课程的教学效果，又要在同类课程中巩固前导课程和服务后续课程，还要对其他类课程起到辅助作用，从而完成本门课程承上启下、内引外联的纽带作用。

以我院车辆工程专业为例，培养目标是现场工程师，培养方向是新能源车方向。选择智能小车的设计作为《单片机应用技术》课程主线，能运用同类课程中《电工电子技术》、《C语言程序设计》等前导课程的内容解决实际问题，也为同类课程中《控制工程基础》、《汽车电子控制技术》等后续课程的引入提供了好的开端，同时还能对车辆设计类课程中《新能源车原理》、《新能源车构造》和《新能源车设计》等课程的内容起到良好的促进作用。例如：在智能小车的控制系统中，直流电机驱动模块中的H桥电路、循迹模块中的电压比较器等内容要用到《电工电子技术》中模拟电路的内容；避障模块中的74HC00要用到《电工电子技术》中数字电路的内容；单片机程序设计要用到《C语言程序设计》的内容；小车的速度控制和位置控制要用到《控制工程基础》中的PID校正；传感器和执行器的选型、调理电路和驱动电路的设计都对理解《汽车电子控制技术》中的内容有较好的引导作用；在实际调试过程中，提出了诸如提高抓地能力、应对侧滑的方法、使用悬架的优点等问题，对车辆设计类课程的内容起到了巩固和提高的作用。

2）统一原则

选择课程主线必须以完成本门课程的教学任务为目的。教材中的知识点常以纲举目张的顺序安排知识点，而课程主线则应该像串珍珠一样把知识点串在一起。围绕一个实际的目标的课程主线统一所有的案例，每个案例实现一个模块的功能，所有的模块叠加后组成了实际的目标。这种教学设计的优点是：始终遵循提出问题、分析问题、寻找知识、解决问题的顺序，符合“实践、理论、再实践”的认知规律；随着教学进度的推进知识难度不断增大，如果提出的是在已经攻克的基础上必须解决的新问题，多数学生不愿意以往的心血付之东流，就会产生为解决新问题而学习新知识、新技能的迫切感。

以前《单片机应用技术》的课改采用的案例之间关联不大，导致学生在学习过程中，因为自身的惰性宁可使用简单的“笨办法”，也不学习新知识、新技能。如果把所有的案例统一在智能小车上，每次提出的新问题都是在原有功能基础上的叠加，知识点和案例的对应关系如表2所示。

表2 知识点和案例的对应关系

虽然每个知识点可以选择不同的案例，但是案例选择是否得当对教学效果影响很大。例如开课的第一个例子，如果选择点亮LED并在proteus软件中仿真，能够取得一定的教学效果，但如果选用驱动一个直流电机带动车轮旋转，在proteus软件中仿真以后，用智能小车的实物现场烧写HEX文件并演示驱动的效果，比点亮LED的观感强很多，教学效果会更好。学生在学习单片机课程之前，对智能车有一种神秘的感觉，如果用最少的代码就能在智能小车上实现直观的效果，就容易破除学生对编程的畏难情绪，培养学生掌握本门课程的信心。

解决了第一个案例的要引发兴趣的问题以后，就要针对学生在学习过程中的容易因惰性而动摇的问题。以外部中断的知识点为例，学生普遍觉得特殊寄存器抽象、难以理解而不愿学习和使用。以往采用响应急停按钮的案例，学生普遍愿意使用简单的查询法，不愿意用能实时响应的中断法。如果采用智能小车循迹的案例，教师用实物演示小车在快速前进的过程中，循迹线变化没有规律，控制器必须高速检测光电开关的状态，如果仍然使用查询法，小车必然因为没有实时检测到循迹线的变化而冲出赛道。这个案例堵死了因为偷懒而使用查询法的可能性，让学生产生解决问题的迫切感，从而急于知道怎样才能解决问题。教师趁热打铁，引导学生学习相关知识点并解决该问题，就能够大幅度提高教学效果。如表2所示，后续的每个案例在设计的时候，都遵循在前面已有的基础上叠加功能的原则，让学生意识到懈怠只会让已经完成的小车半途而废，只有继续学习新知识、掌握新技能，才能逐步完善自己的智能小车，从而能够持之以恒的完成学习过程。

3）渐进原则

课程主线在实现的时候应该循序渐进，主线上每个点的难度应该逐步增加。学习如逆水行舟，在课程教学的过程中，学习难度在增加，疲劳和惰性导致的学习兴趣在降低，如果再遇到跳一跳也摘不到的果子，就一定会有学生选择放弃。所以改变纲举目张的教学顺序，就是把一个个的险峰变成一个较长的缓坡，每上一个高度带领学生看一下不同的风景，学生就一定会有兴趣克服疲惫走向新的高度。

以中断、定时/计数器和串行通信这三章为例，如果讲解中断的时候，列举所有的中断源，内容庞杂而抽象，不利于学习。只抽取外部中断进行讲解，配以循迹的案例，所学的知识少，写的代码少，效果很直观，学生学习的信心足，教学效果就有保证。和定时/计数器相关的中断内容，放在定时/计数器中讲解，提出测速的问题，讲解测速的必要性，引发学生解决问题的兴趣。讲解定时/计数器的中断时类比外部中断，再讲解定时/计数器本身的内容，用不多的代码实现了测速，在引导学生回顾外部中断的程序进行对比异同，既巩固了已有的知识，又掌握了新知识，让学生在不知不觉中不断得到提高。串行通信的内容则是在中断、定时器的基础上增加串行通信的内容，也可以按照这个思路处理教学过程。

5 总结

通过一个学年的试运行，学生的学习兴趣空前高涨，对编程的畏难情绪得到了有效地遏制。课外参与单片机兴趣小组的学生明显增多，在全体教师的引导下，把小车和各类比赛结合起来，取得了优异的成果。同时还吸引了低年级的学生主动参与，完成了从传统课堂教学到导师制再到学长制的教学形式改革，进入了多个年级互帮互学、比学赶帮超的良性循环。这就为下一步引导其他相近专业、引导研究生加入，形成更大的良性循环提供了可能。所以贯彻以学为本的教改思想，把握学生的脉搏，找到好的突破点，结合专业特色和课程特点，找到教学主线并优化案例，合理安排知识点的教学顺序，就一定能达到更好的教学效果。

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Curriculum Reform of Supply-side with Forward Access as the Core*

Zhai Renhe, Zhao Yongqiang, Shi Shaoning

( School of Mechanical Engineering, Shaanxi University of Technology, Shaanxi Hanzhong 723000）

With the advancement of national teaching reform and "double first-class" construction projects, curriculum reform has become the source of power and an important cornerstone for promoting higher education reform. Taking the teaching of single-chip technology course in vehicle engineering as the object, this paper analyzes the shortcomings of the existing education and teaching, and proposes the framework of supply-side curriculum reform with the main line of the previous channel as the core, reorganizing the teaching content and teaching methods by case, and exploring The "one point and three principles" of the course teaching is taken out, with the interest of students as the starting point, the training goal as the link, the unit content and the teaching task to be unified for the purpose of the course teaching content, and gradually increase the difficulty and depth of learning through the gradual and progressive approach.

supply-side reform; forward access; curriculum reform; Single-chip technology

G64

A

1671-7988(2019)18-248-04

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翟任何（1975.11-），男，硕士，讲师，就职于陕西理工大学机械工程学院，主要研究方向：新能源车辆设计及控制。

基金项目：陕西理工大学2018年教学改革研究项目（XJG1813）。陕西理工大学机械工程学院创新创业教学改革项目（JXJG201805）。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.18.087