基于新工科的混合模式下单片机课程教学改革探索

曹璐莹 郭金磊 李雨 朱煜尔 赵奕芳

摘 要：为提高单片机的教学效果和学生应用开发单片机的实践能力，本文结合“新工科”大背景，对单片机课程的教学内容、教学技术、教学手段和方法以及考核评价的改革进行探索，组织和开展线上学习+线下仿真、虚实结合，项目设计、课赛结合的混合式教学，将互联网教学资源引入教学中，并结合Keil μVision开发平台和Protues虚拟仿真平台辅助教学，采用兴趣与项目相结合完成教学内容，将理论知识应用于实践中，学生解决实际应用问题的能力进而得到提高，同时学生学习的主动性也增加了，培养学生养成独立思考的习惯，同步提升学生对单片机的开发应用能力。

关键词：新工科;混合式教学;单片机课程;教学改革

在国家战略发展新环境下，2017年，教育部高教司提出了为应对新一轮科技、产业革命和经济环境的“新工科”建设，形成了“复旦共识”“天大行动”“北京指南”。新工科是全力探索形成领跑全球工程教育的将新理念、新结构、新模式与新质量、新体系共同开展的中国工科人才培教育模式，推动学科跨界融合，适应新时代社会经济发展。单片机课程是新乡医学院三全学院生物医学工程专业的其中一门主要专业课程，学生能通过这门课程的学习达到掌握单片机的基本流程及使用开发方法的程度，具备单片机系统的综合应用能力。

1 课程现状及问题

单片机课程的教学存在一些问题，授课过程中面临着诸多困境，效果不尽如人意。

（1）该课程理论知识枯燥，实践性、专业性较强，学生难于接受理解，传统的课程学习是以教师课堂讲授为主与学生课下练习为辅的模式，满足不了学生的个性化需求。

（2）学习过程受时间和空间限制，单片机技术实践性、综合性强，需要大量实践训练获得经验及技能，从而具备实践创新能力，仅靠课堂上有限时间学习，教学效果难以保证。

（3）首先，理论知识与实践技能难于融合，课堂理论教学和实践操作相互脱离。其次，实验主要是验证型实验，学生按照实验手册和老师指导步骤进行就可以完成实验内容，没有思考开发单片机的应用，做不到真正的学以致用。

（4）教学深度不足，学完单片机后，大部分学生只了解基本的单片机基础，对单片机有个简单的认识，并没有真正懂得掌握单片机使用及设计开发的方法。由于课堂学时受限的问题，很难有充足时间来引导训练学生学会对较复杂项目的分析与设计。整体的单片机课程主要存在以下问题：教学模式单一，教学过程枯燥，教学效果不佳，实验实践内容匮乏，岗位能力培养不足，课程评价不能全面评价。

2 混合式教學模式

混合式教学（Blending Learning），将传统课堂教学和网络化教学相结合，形成“线上”+“线下”的教学模式。混合式教学模式包含：传统教室课堂学习与网上线上学习相结合的教学形式，传统的教学形式与多媒体技术相结合的教学手段，教师引导与学生自主学习相结合的教学过程，形成性评价与总结性评价等多种方式相结合的教学评价。混合式教学为学生提供了自主学习的通道和信息传递的方式，学生学习的积极欲望被激发出来，教学效率也被提高，适应“新工科”建设需求。

混合式教学是以“学生为中心”，更注重学习者的体验与感受，引导学习者进行探究式学习，提高了学习者的学习兴趣，提升了学习效果。混合式教学培养了学生的知识迁移能力、自学能力和创新能力，提高了学生的团结合作、共同协作能力，表达沟通能力。

3 混合式教学设计

单片机课程利用现在先进技术融合的混合式教学改革模式，依据教学目标、教学手段、教学内容、教学技术和形式，设计不同的教学模式，即线上线下相结合、教师讲学生练相结合、虚拟仿真实验操作结合、学生兴趣项目老师分配任务相结合的多种混合式教学改革模式。传统的课堂教学活动特点是以教师的“教”为主，教师可以根据学情分析情况、授课目标、授课重难点内容选择混合教学模式进行教学过程设计，线下线上结合方式。教师引导学生课下积极完成自主学习和分组讨论学习，然后教师再针对学生课下学习时难以理解和掌握的知识点，在课堂上面对面地进行讲解，这样既激发了学生学习积极性和热情，提高了学习能力，又提高了教学效率，从而取得良好的教学效果[3]。线上教学是以学生为主，教师为辅的形式，学生课下通过网络视频自主学习，教师线上辅导，同时还可以与其他同学借助多种平台（如在线论坛、贴吧、QQ、微信、雨课堂）进行交流、讨论、分享等自由互动的学习，及时解决一些难以理解的知识、问题[3]。混合的教学改革模式，可以满足不同层次学生的学习需要。单片机课程实践性强，采用多元化教学方法，自由分组建立学习团队，进行兴趣任务与项目相结合教学方法，在兴趣驱动下，自由建立小组，根据教学内容设计分析项目。通过展示实际案例，激发学生对单片机的学习兴趣，在正式授课之前，学生根据提前发布的教学任务，自由成立兴趣学习小组，分析设计项目，进行PPT汇报比赛。此外，还鼓励并要求学生积极参加电子单片机类的项目竞赛，这样既激励学生将课堂所学的理论知识应用到实践项目中，又可以迅速提升学生的单片机应用开发能力，培养学生的专业兴趣，激发学习热情和主动性、创造性，同时，学生在做项目任务的判断、分析、设计、实施、解决等过程中也培养了团结协作及实际的实践操作动手能力，从而获得学习的成就感。

4 混合式教学实施

单片机课程教学内容既有硬件电路又有软件编程，教材上知识点内容零散，理论性强。单片机课程教学改革是，以学生为主，整个单片机课程教学设计是以学生为主进行的混合式教学模式改革，混合式教学模式能够激发学生学习激情，转变学生学习态度，增强学生学习主动性和积极性，师生、生生间可以随时进行交流探讨学习。

4.1 线上下相结合

单片机课程中首先了熟悉掌握基础知识，名词、基本概念和原理理论等部分，例如：AT89C51单片机的引脚功能、内部结构、工作方式、存储器结构、特殊功能寄存器的基本功能，最小系统等，这些知识比较陌生且抽象，上课时直接讲解学生不容易理解，所以这部分用线上线下的教学设计方式，先对学生下达预习任务并布置问题作业，学生带着问题作业进行网络学习，教师通过“发布测试”对学生的线上学习内容和课前预习内容进行测试，以了解预习效果。学生通过网络视频的学习，对单片机有了基本概念，总体认识，然后再进入课堂，在教室课堂上，教师针对预习效果有针对性地深度讲解分析相关内容的重难点，然后与学生进行讨论探讨，化解学生疑难问题，重点知识的快速理解掌握，引导学生探索课程更深层次知识内涵，为后续单片机各部分功能的学习打下了良好基础，引起了学生学习该课程的兴趣和热情。网络学习和教室学习相结合方式，自主学习和监督学习优点被有效发挥，学生不仅掌握了单片机的基础知识也有学习的热情。