多种教学模式在单片机课程教学改革中的应用和探索

李晓梅　贺明妍

摘要：单片机课程的工程性和实践性很强，传统的教学模式已经无法满足新工科工程技术人员的培养目标，因此单片机相关课程的教学改革是很必要的。本文介绍雨课堂混合式教学、實践项目教学和兴趣小组辅助教学多种教学模式在单片机课程改革中的综合应用和探索，通过几种模式的融合，使学生在课堂上的学习内容有了实践应用背景，从而提高了学生的独立思考、独立解决问题和独立开发应用能力。

关键词：单片机课程 雨课堂混合式教学 实践项目教学 兴趣小组辅助教学

The Application and Exploration of Various Teaching Modes in MCU Courses Teaching Reform

LI Xiaomei1 HE Mingyan2

（1.School of Information Engineering， Dalian University， Dalian， Liaoning Province， 116622 China）

Abstract： Due to the characteristic of MCU courses used on engineering and practice， the traditional teaching mode has been unable to meet the training objectives of new engineering technicians. Consequently， the teaching reform of the MCU courses is very necessary. In this paper， the comprehensive exploration and application of multiple teaching modes for the reform of MCU courses are introduced， which include mixed-mode teaching on Rain Classroom platform， practical project teaching and furthermore interest groups as auxiliary teaching tools. Through the combination of the teaching modes as mentioned above， students are expected to gain practical and applied backgrounds of the corresponding theoretical contents learned in class， and sequentially improve the independent abilities on thinking， problem solving and development and application.

Key Words： MCU courses; Mixed-mode teaching on Rain Classroom platform; Practical project teaching; Interest group assisted instruction

随着电子技术的发展，单片机已经成为新工科背景下非常重要的专业必修课程。工科院校中通信、电信类等专业学生，通过该课程的学习，可以提高对单片机应用系统的综合开发能力，培养学生解决问题技能和创新技能，为后续其他专业课的学习及毕业后从事相关领域的工作打下坚实基础。

单片机课程知识点繁多且凌乱，而实验内容又过于简单，在整个过程中学生无法了解实验的单片机开发思路，更不能提高学生的编程能力。

因此单片机课程教学不能只按照传统的教学模式和方法，亟须改革。本人通过近几年的单片机教学，在过程中不断摸索，融入了以下几种教学模式，很好促进了课堂教学的顺利进行和质量的提高。

1 多种教学模式在单片机课程教学改革中的应用和探索

1.1 将基于“雨课堂”的混合式教学模式引入单片机课程教学

雨课堂是移动互联网与大数据背景下的一种智慧教学工具。本人利用雨课堂的混合式教学方法，将网络教学优势融入到传统教学模式中，通过课前预习资料的推送、课堂教学效果的实时监控、课后数据的采集和分析，充分实现教师与学生的双向互动^[1][2][3]。

学生学习反馈系统

授课前教师通过平台给学生发送二维码，学生们扫描进入课堂后，可以在手机端看到授课PPT，在每页课件下方都有个“不懂”按钮，当学生不懂时，可以点击这个按钮，教师可以根据这些标记有针对性地进行讲解。学生还可以把问题或者想法随时通过弹幕或者投稿的方式发送给老师，在课后可以接收教师发送的教学内容与作业要求，可以反馈在课程学习过程中遇到的问题，因此雨课堂成为教师与学生的有效沟通路径^[4][5]。

课堂练习互动系统

授课教师可以提前在课件上设置一些测试题，规定答题时间和分值。在课堂上讲到该知识点时引出，由学生通过手机作答，并在大屏幕上投影学生的答题详情，及时反馈出题目答案和学生的对错比例情况。

教学数据采集分析系统

授课结束后，雨课堂平台系统会自动生成课后小结，采集授课过程中的相关数据进行统计，比如出勤率、课堂练习的回答情况、课件中的“不懂”标记情况、投稿和弹幕反馈等教学行为数据，教师可以针对这些统计数据进行分析和后续查阅。

综上所述，将雨课堂的混合式教学模式融入到单片机课堂教学中，一方面可以促使授课教师不断提升自我知识储备量和教学组织能力。另一方面可以利用便捷的网络化资源，激发调动学生主動性和积极性，使其养成良好学习习惯^[6]。

1.2 将实践项目教学模式引入单片机课堂教学

因为单片机课程的工程性和实践性较强，所以在授课过程中设置一些单片机实践项目课题，将课程的主要知识点融入到一个个具体的项目中，利用proteus、protel、keil等开发环境平台，重点研究实践项目与书本理论的知识链接和知识拓展关系。

在项目设计过程中，学生采取分组方式，小组成员根据各自的能力和优势负责不同工作。小组通过功能分析确定设计方案，学生以项目教学任务为对象，利用相关软件绘制电路原理图，编写程序代码，仿真调试并修改，运行出结果后撰写设计总结报告^[7]。

个别有能力的小组，在软件仿真调试成功后，还可以通过采购电子元器件、焊接电路板、下载固化程序、安装调试等环节，最终完成实际硬件电路的设计任务。

将实践项目教学模式引入单片机技术课程教学，一方面可以充分发挥学生主动性，提高资料检索技能和知识点综合归纳技能;另一方面也加强了团队合作精神，通过思考、相互讨论和相互帮助来解决实际问题。

1.3 将单片机课后兴趣小组引入单片机课程的辅助教学

为了与单片机课堂教学内容相辅相成，在课后组建了单片机兴趣小组，选择动手能力比较强，参与过大赛的学生作为小组负责人，在教师的安排下对小组成员进行系统的强化训练，兴趣小组的活动采用单片机知识专题讲座、项目实践和自由分组讨论等丰富多样的学习方式。

通过兴趣小组的活动和培训，一方面把书本上的理论知识应用到实践中，另一方面又通过实践加深对理论知识的理解，与课堂教学形成有效的“互补”。

2 教学改革效果

在经过几年的不断努力和探索后，单片机的教学改革取得了很好的教学效果，分别通过以下几个方面得到体现。

2.1 理论教学成绩的提升

通过教学改革，学生对单片机课程的学习有了很大兴趣，很多学生从被动学习变成主动学习。通过下表近年来成绩统计可以看出，平均分的提升和不及格率的降低这两个方面有明显改善，其中最明显的是2017级的成绩，已经有了显著提高。2018级因为新冠疫情的原因无法返校，线上授课的效果和质量无法和线下授课去比较，但是通过测试可以看出，成绩也明显好于前几年。

2.2 学生在大学生创新项目中的成绩

近几年，因为对单片机课程产生了浓厚兴趣，很多学生积极参与到大学生创新创业团队，每年都有学生申请到国家级或者省级的大创项目。

其中，国家级大创项目有2018年申请的《基于ARM的自动跟随旅行箱》项目;2019年申请的《独立式智能公共卫生间设计》项目。省级大创项目有2020年申请的《智能窗户系统设计》项目。并且这些项目都通过软硬件设计和发表科技论文而顺利结题。

通过这些大创项目，学生从寻找项目课题、撰写项目申请书、查阅文献、确定实施方案和可行性、寻找创新点等等，真正实现了课堂教学内容与实践项目的深度融合，学生从中获得了锻炼和成长，更获得了自信和成就感。

2.3 学生在电子类相关大赛中的成绩

通过单片机课程的教学改革，很多学生也主动加入到各种比赛当中。通过竞赛，培养了学生对各种信息的快速获取能力、对系统的设计和分析能力，更重要的是培养坚定意志和团结合作精神^[8]。

近几年大赛成绩斐然，在中国互联网+大学生创新创业大赛、TI杯辽宁省高校本科大学生电子设计大赛、博创杯全国大学生嵌入式大赛等国家级和省级赛事中多次获得一等到三等奖的好成绩。

2.4 学生参与教师团队科研项目和校企合作项目

通过一系列的训练，已经有部分优秀的学生参与到教师的智慧农业科研项目中，从前期制定科研项目技术方案、芯片模块选型和采购、硬件电路搭建、到传感器信号采集、物联网通信及云平台设计，实现了将所学知识应用到实际科研项目中，对单片机系统开发能力达到新的高度，目前这些学生正在撰写科研项目方面的论文准备发表。

还有部分学生梯队，加入到校企合作实习实践基地，通过学习企业核心产品的研发技术，了解产品硬件控制电路、控制逻辑系统、样板焊接及测试等等，真正参与到单片机实际产品的调试与测试，也为学生就业和创新创业提供了锻炼机会。

综上所述，我们以新工科专业人才培养需求为出发点，通过探索因材施教、因专业施教的新教学方法和模式，采用多种教学模式引入到单片机课程教学中，通过掌握单片机开发技巧，使学生具有独立思考能力和独立解决问题能力，反过来又使学生的理论内容有了实践应用平台，更加引导学生去自主学习、主动探索，为学生的职业发展提供质量保障。

参考文献：

[1]燕芳.基于雨课堂的单片机课程混合式教学改革探索[J].教育教学论坛，2019（30）：99-100.

[2]关心.工程认证背景下基于雨课堂的数据库课程混合式教学改革探究[J].无线互联科技，2020，17（14）：149-150.

[3]陈香凝，高迎莉，蔡月凤，等.基于“雨课堂”的“分子生物学”分段式教学模式探索与实践[J].科教导刊（下旬），2020（1）：106-108.

[4]陈炜，李莉，赵秀军，等.基于”雨课堂”的组织学与胚胎学教学改革实践[J].中国组织化学与细胞化学杂志，2019（6）：82-85.

[5]要宏宇.基于雨课堂的高职院校计算机应用基础课程教学改革探索[J].科技视界，2020（18）：153-155.

[6]王帅国.雨课堂：移动互联网与大数据背景下的智慧教学工具[J].现代教育技术，2017，27（5）：27-33.

[7]王登贵.项目教学法在单片机课程教学中的应用实践[J].实验科学与技术，2014，12（1）：105-107.

[8]李晓梅.单片机课程教学改革的研究与探索[J].大连大学学报，2018，39（3）：130-133.