《单片机原理及应用》金课建设研究与探索

王 影，梁 凯，刘 麒，苟 垚，徐姣姣

(吉林化工学院 信息与控制工程学院，吉林 吉林 132022)

2018年6月21日，教育部召开了改革开放以来第一次新时代中国高等学校本科教育工作会议。强调一流本科教育一直是高等教育界乃至社会上热议的话题。正如陈宝生部长所说：“我们把高等教育的这池平静的水，搅动起来了！”就是消灭“水课”、建设“金课”[1]。“水课”和“金课”已经成为热词，“消灭水课、打造金课”得到了高等学校乃至社会上一边倒的叫好。建设五大“金课”的目标包括线下“金课”、线上“金课”、线上线下混合式“金课”、虚拟仿真“金课”和社会实践“金课”[2]。何为“金课？吴岩司长说只有符合“高阶性、创新性、挑战度”标准的课程才是“金课”。与传统的线下课程不一样，具体而言，高阶性,就是知识、能力、素质有机融合,培养学生解决复杂问题的综合能力和高级思维；创新性主要指课程内容有前沿性和时代性、教学形式体现先进性和互动性、学习结果具有探究性和个性化；挑战度是指课程有一定难度，需要跳一跳才能够得着，对老师备课和学生课下有较高要求。以吉林化工学院《单片机原理与应用》课程为例，打造《单片机原理与应用》线上线下混合式“金课”。

一、线上线下混合式“金课”的建设思路

(一) 建设目标

《单片机原理与应用》是自动化、测控技术与仪器、电子信息工程、计算机科学与技术、电气工程及其自动化、机电一体化、应用电子技术及数控技术应用等专业的专业基础课，在整个电类专业课程体系建设中处于承上启下的核心地位[3-5]。本课程以51系列单片机为模型，主要向学生介绍单片机的基本结构、工作原理、指令系统与程序设计、系统扩展与工程应用。通过本课程的学习，可以培养和开发学生的实践动手和技术创新的能力，为将来进行各种智能化产品设计开发奠定坚实的技术准备。线上线下混合式“金课”[6]的建设以社会需求为导向，优质资源融合创新、难易层次梯度分明、思政教育植入课堂，切实提高学生解决复杂问题的综合能力和高级思维的课程体系。

(二) 建设内容

以吉林化工学院为例，我校的《单片机原理及应用》是一门吉林省精品课程。同时，也是我校电类专业的一门专业基础课。1987年至今，学校面向自动化、测控等多个专业的大三学生开设本门课程。旨在培养学习兴趣、提高学习效率、拓宽理论基础、增强动手实践能力，引入当前最新的教学理念及教学内容能够最大限度的进行教学资源整合，有效地提高资源的利用率。

《单片机原理与应用》线上线下混合式“金课”课程建设内容主要包含课程网络资源建设、翻转课堂教学设计以及现场教学组织三部分。

课程网络资源的建设主要包含：网络教学视频的制作、教学辅助资源的设计、知识点及综合测试题库的建设、网络互动平台的功能完善及日常维护等等，网络资源结构框图如图1所示：

图1 网络资源建设框图

翻转课堂的教学设计主要包含：翻转任务的适当选取及下发、翻转课堂教学形式精心设计、翻转课堂的组织与师生互动、以及对知识点凝练归纳总结，广度深度提升等。翻转课堂结构框图如图2所示：

图2 翻转课堂建设框图

现场教学的教学组织主要包含：设备的及时更新维护、现场为学生解惑排难、知识能力素质有效贯通以及个性化任务，因材施教、层次区分等。现场教学结构框图如图3所示：

图3 现场教学建设框图

具体的呈现形式主要以社会需求为导向，将单片机课程的知识体系分为“基本理论、知识延伸、实践应用”三个层次，按教学效果分别以“微课MOOC、翻转课堂、现场教学”三种教学形式，在“网络覆盖地、多媒体教室、实训基地”三种教学场所进行教学组织，教师可根据具体教学目标，进行多种教学手段、不同模式的灵活设计。具体呈现形式如图4所示：

图4 课程体系呈现图

二、线上线下混合式“金课”的条件保障

以下几个方面有机地结合，相辅相成会促进《单片机原理及应用》课程“金课”建设不断发展，为打造国家级“金课”奠定基础。

(一) 加大精品课程奖励力度

调动教师参与精品课程建设的积极性，积极鼓励教师参加国内外学术交流。我校对精品课程建设重点课程有政策性的经费支持，用于对该课程进行教学改革、实验室条件改善和教学网站等方面的建设[7]。

(二) 加强课程师资队伍建设

随着集成电路技术的发展，单片机技术也在快速发展，对课程组教师的知识层次、结构和水平也不断提出了新的要求。加之，队伍年龄结构和职称结构也需要不断完善。为此，课程组采取在职提高、人才引进等方式，加强师资队伍建设。

(三) 改善课程实验条件

引入单片机领域的新知识和新技术，升级改造现有设备。增加自制单片机实验设备的数量，使单片机课程现场教学实验室由测控专业的试点，全部覆盖和扩展到自动化、电气、计算机、电子信息等电类专业的仿真综合实验室。

(四) 实时更新网络资源

课程在线开放视频及课程相关资源实时更新，安排学生进行课内实训。

(五) 利用网络开展互动交流

搭建网上辅导反馈、网上作业提交和批改、实验预约、单片机系统设计经验交流、电子设计竞赛论坛等网络模块，促进师生之间、学生之间进行资源共享、问题交流和协作学习。

(六) 强化课程过程管理

学校教学督导委员会委托有关专家定期对精品课程进行检查、评估[8]。同时，我校信控学院制定相关政策，定期组织在线学生测评，学院教学督导反馈，课程组自我评价，教研活动探讨等活动，全程记录教师和学生的学习过程、内容、反馈，跟踪和掌握每个学生的个性特点、学习行为，改进《单片机原理与应用》在线开放课程的教学质量，促进因材施教。

三、线上线下混合式“金课”的实施过程及成效

(一) 建设方法

1.完善和进行课程基本资源建设

“金课”中的课程资源包括课程介绍、课程标准、教学进程、教案、教学课件、教学重点难点、课后练习题库、考试题库、教材及参考书目录,慕课等教学活动的必备资源[9]。

2.“金课”重在网络课程资源共享开放

包括建立电子教材、课件、试题库、实验操作演示视频、实验仿真软件等，向本学校的老师和学生提供丰富的课程相关知识。设置学习交流互动板块，测试评价板块供本校老师以及学生们及时交流，发表观点。建立先下线上混合式“金课”宣传、推广、评价及管理体系。

3.“金课”的建设特别注重课程资源建设过程中行业或企业人员的参与程度

邀请行业或企业的专家参与课程的建设、目标的制定、重点知识的讲解等等,并以职业能力培养为重点,与行业或企业的专家合作,进行基于工作过程的课程开发与设计,充分体现课程资源的职业性、实践性和开放性[10]。

(二) 应用形式推进方案

1.反向设计,打造“金课”——以优异的人才培养方案保证“金课”；

2.持续改进,优化“金课”——施教者、受教者和第三方评价反馈循环驱动模式；

3.从以教师为中心到以学生为中心的转变；从以考试为中心到以学习为中心的转变；从以学科为中心到以专业为中心的转变；

4.变革教学内容，体现课程高阶性；改进教学方法，强化课程创新性；优化考核方式，增加课程挑战度；

5.情感教育潜移默化进课堂,提升学生爱国主义情怀，实现教育之本“立德树人”[11]。

以下是我校“金课”建设的效果图，以2019年17级测控技术与仪器专业学生为例，图5《单片机原理与应用》“金课”课程内容建设图。

图5 单片机原理及应用“金课”课程内容建设图

针对教学内容研制了具有我校特色可根据知识点的不同实时扩展的实践装置，并撰写了配套的囊括大量工程案例的教材。如图6所示：

图6 实践装置及配套教材

图7显示课题组上传的课程资料，相关题库，作业库，试卷库等资料。

图7 “金课”建设资料

图8反应的是教师课后布置一些小问题，以供同学们讨论交流与教师达成互动，促进教学。

图8 课后网络互动

四、结 语

《单片机原理与应用》线上线下混合式“金课”课程建设加强了教学研究,改进了教学方法，提升了教学的深度。能够充分地激发学生自主学习能力，满足学生们的自主学习需求。构建起可持续发展的生态课程体系，打造吉林化工学院具有特色的“金课”品牌，与其他院校进行探讨改进，形成了良好的“金课”建设氛围，具有一定的参考价值。