“单片机原理与应用”精品在线开放课程建设与应用

黄 峰，林国汉，李 亚，汪 超

（湖南工程学院 电气与信息工程学院，湖南 湘潭411104）

2018年，教育部高等教育司司长吴岩在第十一届“中国大学教学论坛”上提出：人才培养的关键核心是课程，课程本身是微观的普通问题，但解决的却是宏观上的战略问题，要充分利用课堂教学这个主阵地、主渠道、主战场，建设“金课”，淘汰“水课”。［1］随着“互联网+”深入教育领域，“互联网+”时代下学生的学习和思维方式、学习习惯不断改变，对课堂的教学形式和教学内容也有了更多、更新的要求。新时期的大学课堂要求有新的教学场域、新的教学和学习范式，大学课堂以学生为中心，是学生能够自主探究与交流、充分展示有深度和维度的课堂；是以信息技术为先导，培养学生获取信息数据能力的课堂，是以创新为导向，培养创新创业人才的课堂；是以适应市场需求能力评价为核心的多元化考核评价的课堂。［2-3］

一 在线开放课程建设的意义

在线开放课程是高等院校适应新时代信息技术发展进行教学改革工程的重要组成部分，其宗旨是以提高教学质量为抓手，把教师、学生及社会学习者在内的群体当作服务的目标，通过教学素材聚合、开发以及开放共享，为所有求知者提供一个可以进行终身学习的渠道，促进高校转变传统的教育教学观念，通过混合教学、翻转课堂、碎片化学习、自主与互动学习、线上线下教学等新的教学与学习方式，以及全新的综合评价考核机制，提高学习者的学习质量和效率。与传统线下课程不同，在线开放课程可让知识索求过程脱离空间和时间的限制，线上大量的优质教学素材可供在校大学生及社会学习者随心利用。在线开放课程的建设可以改变“以教师为中心、知识灌输为主”的教学模式，形成以“成果导向教育”为引领，确立“以学习者为中心、以自主学习为主”的新模式。

“单片机原理与应用”是一门应用性非常强的电子信息类专业基础课程。课程目标是提高学生的单片机系统实践能力和利用单片机解决应用问题的能力，但由于教学课时有限，所学内容的深度和广度就受到一定约束，如何建设“单片机原理与应用”在线开放精品课程，最大限度发挥在线开放课程共享资源的作用，对拓宽师生互动交流渠道具有现实意义。

二 在线开放课程建设与实施

根据“单片机原理与应用”课程特点和应用型人才培养目标，结合学习通平台的运行特点，在线开放课程建设包括教学队伍、教学资源、学生学习、师生互动、综合评价等方面，按照实用性、兼容性原则进行建设，在建设过程中充分考虑移动互联网工具的特征，设计碎片化的知识点与“互联网+”融合，让课程更好地服务所有学习者。［4］

（一）课程团队建设

按照课程思政原则，“单片机原理与应用”在线开放课程建设的教学团队中有三类人员。一是责任老师，为教学团队固定成员，所有成员均有多年单片机课程教学经验，确保能够制订实用性和使用性更强的教学方案。按照团队成员分工，主要负责方案脚本设计、视频录制、编辑和制作，资料收集整理、归类。二是辅导老师，邀请刚从教师岗位退休、教学经验丰富、教学效果好的老师，不定期参加教学团队的教学研讨活动。三是助教，从研究生和学校创新实验室选拔3～4 名学生，这部分学生具备扎实的单片机基础知识和项目设计经验，主要承担线上辅助答疑、辅助实验指导、讨论学习组织、平台维护、数据收集整理等工作。

（二）课程资源建设

“单片机原理与应用”教学素材构建主要包括课程简介、课程优势与特色、教学安排、教师队伍、主要教学内容、课程教学大纲、课程考试大纲、课程课件、主要教学方式方法等基本信息，而课程资源主要由基础部分与扩展部分组成，各部分资源详细信息如表一所示。

表一 课程信息表

基础资源主要是课程模块建设，知识体系需要适应教学模式的变化，通过调研与分析，根据单片机技术发展及课程特点，我们对课程知识点进行了梳理，梳理出适合录制视频的知识点。教学主要内容共分单片机硬件基础、单片机软件基础、人机接口技术、单片机扩展技术、单片机系统设计五个大项目，每个项目又划分为若干子项目，每个子项目设置若干学习任务。以人机接口技术项目为例，知识点分解如图1 所示。［5］

图1 项目知识点划分

根据项目知识点进行学习任务分解，并根据每个任务的内容特点，设置对应的学习指导、课件脚本、微课视频、线上线下任务等。

扩展资源建设主要是课程建设的辅助资源，“单片机原理与应用”涉及电子、电气、自动化等信息类专业，需要有不同的扩展资源，以满足不同专业学习者对专业领域知识的需求，例如：电机驱动技术、无线/有线通信技术、图像处理技术、课程发展前沿、微控器专题讲座、仿真实验实训、单片机热点问题及技术发展等。［6］

通过精心设计，“单片机原理与应用”的课程资源体现了在线开放课程的特色。

1.教学课件微型化、碎片化。根据单片机课程特点，以项目为单位，对教学内容进行细化，将设计与学习融为一体，把每一个项目分解为项目要求、项目设计方案、软件和硬件设计、项目总结，每个部分若干知识点，用于考核学习者各方面能力，每个知识点都有对应的PPT、背景资料、10 分钟左右的教学视频。在学完每个知识点后，设置了对应的线上/线下习题和作业进行巩固，在项目学习完成后，通过分组进行交流互动。

2.针对单片机及相关技术的发展趋势，结合教学团队工程实践经验，遴选一些对单片机有浓厚学习兴趣的同学组成学习小组，通过实际项目或者案例的设计提高学生电子系统设计能力、单片机系统综合设计与应用能力，线上展示全国大学生电子设计大赛、湖南省电子设计大赛、校级电子设计大赛和各类电子创新设计大赛等专业竞赛的照片、视频以及相关素材。

（三）师生互动资源建设

师生互动资源是影响课程教学效果的重要因素，互动的途径是多样的。在“单片机原理与应用”课程中，学生可先预习学习通平台上提供的大量教学资源，了解每个知识环节的任务需求，并通过针对每个项目或者知识点的练习和测试题对学习效果进行自我测试，学习者在任何情况下都可以与其他学习者及老师、助教进行实时互动联系，学习者可以不受空间和时间的限制，通过平台与老师或者其他学习者互相交流。［7］

1.在线学习是学习者通过平台提供的账号登录网络平台进行自主学习。根据每个项目，设计不同的学习单元，以单片机直流电机控制项目为例，整个项目分成CPU、时钟电路、复位电路、驱动电路、显示电路、按键电路、PWM、速度反馈、PID 控制九个单元，每个单元都有若干个知识点，学习者根据所选单元进行学习，学习驱动电路方案设计、PWM 波形产生方法、PWM 波形调整方案，掌握不同产生及调整方法各自的优缺点，并可通过选定单元模拟测试检验学习效果。

2.学习者与教师和助教的互动交流也分成线上交流和线下交流两种途径，与一般的课程线上交流方式不同，“单片机原理与应用”课程的线上交流参与者既包括学生和授课教师，又包括在各级别电子设计大赛中取得良好成绩以及在学校创新实验室有过较长实践经验的高年级学生，还有来自相关企业精通电子产品设计的技术骨干。通过线上交流，学生既可以解决课程学习遇到的各类问题，同时也可以通过行业精英了解到单片机技术在企业产品设计中遇到的挑战及解决的办法，更有助于提高学生对掌握单片机技术的兴趣。

（四）学习方式构建

在线开放课程可以从根本上改变学习者的学习方式，除了课堂学习以及课外自学，学习者还可以采取自学、听学、探究、体验和问题解决等多种学习方式。

1.线上/线下学习深度融合。在新冠肺炎疫情防控进入常态化的情况下，充分利用网络平台，经过精心建设，设计合理的平台既有助于学生学习方式的改变，也有利于培养学生自主学习的习惯。

2.以项目小组为单位的协作学习。以项目为纽带，每3~5 个学生组成一个项目小组，小组内由学生当小组长，每个助教参与2~3 个小组，指导小组在规定时间内完成项目设计任务。在项目完成过程中，通过一段时间的学习和协作，助教可以从组员中挑选出1~2 名学生，通过这种传帮带学习机制，培养学生在项目的方案设计、项目分工、方案讨论、定型中培养单片机应用系统设计的能力，同时亦可培养学生的团队协作精神。

3.每班学生分为4 个小组，每组8 人，在课余时间，学生以小组为单位，针对课程的每一个学习单元，由助教提出若干问题，所有组员学习后对问题进行解答，然后进行小组讨论。通过“主题设置→解答→分组讨论→反馈”这种互动方式，学生可以在一定程度上克服对单片机课程的畏难情绪，锻炼学生利用所学知识针对具体问题进行分析、找到解决问题方法的能力及对整个过程的总结能力。

（五）课程综合评价模块

课程评价是课程实施的重要环节，好的课程评价能全面真实地反映课程实施的效果，针对“单片机原理与应用”课程的特点，在课程实施过程中，建立了可行性较强的过程化考核体系。课程评价主要从过程评价和结果评价两个方面建立评价标准。培养过程与培养质量具有密切的内在联系，以此为基础构建全学习过程评价：过程性评价（50%）+总结性评价（50%）=综合成绩，其中过程性评价采用多种形式、多个阶段、多种类型的评价方式，由学习交互情况、资源利用情况、线上/线下作业情况、线上/线下测验情况、线上/线下考试情况等组成。通过结合各种评价方式，学生的每个学习阶段都嵌入到课程考核体系中，过程考核体现得更加具体，利用课程教学平台，可实时掌握学生的各阶段学习情况。具体的考核内容、形式及评价方式如表二所示。

表二 在线开放课程建设综合评价表 单位：%

（六）课程实施管理

老师和助教定期对课程实施进行管理：包括课程资源的补充与更新、课程运行机制有效性反馈、课程任务和通知发布、学生使用学习平台进行学习情况反馈、学生的学习行为和学习效果数据收集反馈，老师依据系统收集的学生学习数据，对学生的学习情况进行分析，根据分析结果对教学方法及学习进度进行对应调整，整个管理过程形成一个信息充分反馈的闭环系统，有助于提高教学质量。［8］

三 基于学习通的混合式教学设计

线上线下混合式教学是高校课堂改革的方向，其融合传统课堂教学与和网络信息化学习的优点，通过信息技术将课程知识点进行串联，能充分发挥教师的引导功能，能充分激发学生的学习兴趣，体现其作为学习主体的主动性、积极性和创造性。“单片机原理与应用”课程混合教学是将慕课、翻转课堂和项目式案例教学进行整合，采用“教-学-做”的教学模式。［9］

（一）教学准备

在实施教学之前，需要完成的准备工作包括：（1）进行精品在线课程建设，为线上学习提供丰富多样、可操作性强的教学资源；（2）根据“单片机原理与应用”课程体系构建项目案例教学库。

（二）教学模式设计

与传统课堂的“以教师为中心”不同，混合式教学更注重教师主导与学生主体的结合。需要科学合理地设计线上和线下教学环节，才能让老师既能关注“如何教”，也能关注“学生如何学”。

1.线上教学环节：（1）课前教师组老师根据学习知识点给学生设计若干问题；（2）学生通过学习通在线观看微视频，自主完成课程单元知识点的学习；（3）由老师或者助教定期组织学生通过学习通、QQ学习群、微信群等进行线上自由讨论、进行答疑解惑；（4）每个单元都设置对应的作业、测试及思考题，用于检验学生对所学单元知识的理解和掌握程度。

通过科学设计教学环节，合理分配线上线下的教学内容，保证混合教学能够取得良好效果。

2.课堂教学环节：（1）以预设问题为切入点，启发引导学生分组讨论；（2）以课程基本知识点为基点，进行扩展知识讲解，引导学生拓展学习范围和深度；（3）结合小项目进行知识点总结；（4）综合项目设计讲解。

3.课后实践环节。在学生完成线上自学、线下课堂学习后，通过学习通平台布置每个知识点的巩固或拓展任务，由学生利用自制单片机开发板或者单片机仿真软件进行线下仿真调试实践。实践过程中遇到的所有问题皆可随时在学习通平台讨论区进行互动交流。

四 精品在线开放课程建设的效果

（一）教学团队分工合理

相对传统的课程教学，在线开放课程包括教学脚本设计、教学内容细分、视频加工及制作、教学资源收集分类及更新维护、学教互动、案例规划、综合考核、效果反馈等。其时间和空间跨度、对信息技术的合理利用等都对教学团队提出了与传统教学团队完全不一样的要求。通过课程建设，“单片机原理与应用”教学团队由多位既有多年单片机原理课程教学经验，又具备扎实的计算机基础知识的教师组成，团队成员年龄、学历结构合理，对教学方法及教学理念都有深刻的体会，有助于实现教师不同教学理念取长补短，促进教学效果提升。

（二）学习兴趣提高，学习方式多样

学习兴趣决定学习效果，通过在线开放课程教学平台，学生“学“的主体作用相对强化，而教师传统意义上“教”的功能相对弱化，更多地充当引导者和答疑者的角色。通过兴趣小组、项目小组、助教的传帮带等，可以缓解部分学生畏难情绪，学生通过在线教学平台提供的丰富多样的学习资源，进行线上学习和课后巩固。

（三）教学方法更加开放

传统的“单片机原理与应用”课程教学采取的一般是在课上进行理论教学，然后再安排时间统一或者分批在实验室进行实践教学，这种理论教学和实践教学分开的模式难以充分激发学习者的学习兴趣。汇编语言、C51 语言、程序设计、电路设计、系统设计等专业知识常使学生产生畏难情绪，主动性和积极性不高，不能满足该课程的实践性要求。在教学过程中，根据教学内容的难易程度及教学目标，交叉运用各种教学方法，如在讲授定时器/计数器时，采用案例法、分组讨论、启发式和探究式进行教学，先以啤酒厂打包生产线案例引入，组织学生们对生产线上哪些环节需要使用到定时器/计数器进行讨论，讨论结束后，再讲解如何使用定时器/计数器。

（四）考核评价方式更加合理

传统的“单片机原理与应用”考核成绩一般是由“考试成绩+实验成绩+平时成绩”组成，其中考试成绩一般占比最大，这种成绩构成具有其合理性，但对课程学习的过程性考核不够全面。在线开放课程的考核形式及考核内容更加丰富，分布更加合理，其中网络资源利用情况、师生互动情况、小组讨论等几种情况很好地弥补了传统课程考核的不足。线上开放课程的考核也更加多元化，教师、学生、助教及企业专业技术人员都可以参与到课程考核中，通过互联网技术实现了课程过程性考核、应用性考核和实践能力考核。

五 结语

在线开放课程合理融合了现代信息技术与新时期的教育教学，如被有效利用，既能提高学生培养质量，又能让包括社会学习者在内的

学习群体共享其丰富资源，促进教育公平，更是未来教学手段发展的必然方向。以培养适应社会需求的应用型本科人才为目的，本文以建设高质量的“单片机原理与应用”在线开放课程为例，介绍了教师团队、教学资源及教学方法、教学过程综合评价等环节的具体建设过程。［10］“单片机原理与应用”是电子信息类专业的重要主干课程，在后续的课程建设中，根据新工科建设要求，结合单片机技术发展趋势，将进一步优化课程体系结构，拓展教学内容，探讨教与学方法，使课程教学质量进一步提高。