新工科背景下独立学院单片机课程创新教学探索

陈晓全

（江苏大学京江学院，江苏 镇江 212000）

随着2017年综合性高校工程育发展战略研讨会的召开，新工科的发展概念开始逐渐渗透到高等教育理念中。近些年来，国家大力倡导改革高等教育教学模式，“产学研”“应用型本科”等新型概念不断被提出，使得独立学院改革教学模式刻不容缓[1]。在学校层面上，独立学院的办学实力与普通高校有着一定的差距，无论是师资力量还是科研平台都处于较大的劣势地位，这就意味着学生在接触课程知识的广度与深度上存在不足。在学生层面，独立学院学生的理论学习能力与创新思考能力与普通高校学生之间存在相应的差距，采用常规的教学方法后学习效果不佳，难以达到复合型人才培养的要求。在课程层面，“单片机嵌入式系统”课程是电气等专业的一门重要专业课程，该课程需要学生具备电路、模电、数电、汇编语言等相关课程的专业知识，课程涉及面广，理论知识难度高，是一门综合性的专业课程。针对各个层面存在的问题，论文将从实际教学经验出发，分析现有教学模式的弊端，并给出一种基于改进翻转课堂模式的新型教学方法。从实际教学效果来看，该方法取得了一定的效果，部分学生的自主学习能力和实践操作能力得到了提升。

1 传统单片机教学模式存在的问题

1.1 授课模式单一

目前多数学校授课还是延续基本的“教师讲，学生听”模式，而电气、自动化等专业一般为多班级专业，上课人数偏多，教室一般为阶梯教室，如果教师在课堂上缺少互动，不注意班级纪律，很容易造成后排学生的听课质量下降[2]。“单片机嵌入式系统”这门课本身就带有极强的专业性，知识点烦琐，内容枯燥，如果长期保持这样一成不变的教学方式，会使学生逐渐丧失对该课程的兴趣。

1.2 现有翻转课堂存在的弊端

翻转课堂是目前针对素质教育衍生出来的全新授课模式。该模式以互联网为媒介，借用相关APP视频软件和中国慕课的资源，将传统的课堂分割成课上和课下，让学生自主学习[3]。该模式的本质是打破固有学习思维，转变学生和教师的课堂角色。可是从实际的教学活动来看，该模式存在以下一些问题：①难以保证每个学生在线下高质量看完相关课程资料。翻转课堂要获得成效的基础是学生们具备高度的自觉性。在如今大环境下，能够转移大学生注意力的因素有很多，部分学生在执行教师分配的任务时存在所谓“划水”的情形，课后并没有去预习课程，课堂研讨的时候对引导问题的响应局限在某几个人，进而会使其余学生产生懒惰心理，从本质上脱离该课程，与模式初衷背道而驰。②缺少监督机制。在参与课后预习课程的学生中，还有部分学生在预习课程的时候“走马观花”，造成学生对课程内容的理解局限于一些基本概念，课堂研讨的时候虽然可以一定程度上参与，但是最终对课程理解的深度还有所欠缺，处于一种不上不下的尴尬局面。

2 教学模式创新改革与实践

2.1 引入项目驱动法

针对授课模式单一这一问题，将项目驱动法作为优化授课模式的方案。“单片机嵌入式”课程作为一门偏向于应用的课程，教师在讲解理论知识点时不应该只局限于书本，否则随着课程进步的不断推进，学生们的学习兴趣会被逐渐消磨，更重要的是不利于培养学生们的动手实践能力。所以，教师在授课时需要结合当前单片机模块的特点，将实际生活中单片机应用的项目与本单元的内容相联系[4-5]。在引入项目时，需要注意以下几点：①引入项目的目的是激发学生们的学习兴趣，开阔学生们的视野，这就需要对项目的难度有所把控，不宜晦涩难懂，也不能过于简单，具体的难度分布如图1所示。②授课时要把握好实际项目与理论知识的平衡。在整个教学中，理论知识是基础，实际项目是目的，一味地强调实践能力而忽略理论知识的学习，会使学生仅停留在基础的应用层面。引入项目是为了更好反哺理论教学，通过实际例子中单片机的作用来激发学生们深层次地去思考单片机内部的工作原理，教师们需要把控的就是在合适的时间引入项目并且将对应的理论知识进行讲解，使项目与理论有机地串联在一起[6]。以“单片机嵌入式”课程第六章中断内容为例，在讲述51单片机中断的理论内容之前以图2的项目实例展开。

图1 项目层次结构

图2 三相交流电的故障检测电路

图2给出的中断应用的项目实例为三相交流电的故障检测，此电路的硬件特点如下：外部中断INT1由3个交流继电器的触点和1个或非门扩展而成，3个220Ⅴ的交流继电器的线圈ZA、ZB、ZC分别接在A、B、C各相和交流地之间。项目的具体要求为该电路可以检测出缺相电路，并给出信号标识。当A相缺电时，发光二极管LED A亮；当B相缺电时，发光二极管LED B亮；当C相缺电时，发光二极管LED C亮。

针对独立学院学生的实际理论水平，引入的项目难度需要酌情考虑。结合前面几个章节的学习效果，本院该课程选用的项目实例为交流电的故障检测，该例子的难度处于应用层的水平，囊括了电路知识、单片机结构知识以及汇编语言知识等。在引入项目实例后，首先向学生们讲解项目的实际要求，引出中断的概念，并按梯度提出若干问题。例如中断的具体含义是什么？单片机如何处理多中断？如何设置中断？用汇编语言实现中断时有哪些注意点？在项目中，实际问题与理论知识如何建立联系？

在引入项目后，开始介绍理论知识，逐步讲解中断定义、中断源、中断优先级、中断相关寄存器以及汇编语言实现中断的例子。学习理论知识过程中，教师需引导学生将理论知识映射到项目实例中，找出三相交流电的故障检测电路中用到了哪些中断的知识，将实际的项目需求“翻译”成汇编语言。以该项目要求为例，当A相缺电时，发光二极管LEDA亮；当B相缺电时，发光二极管LED B亮；当C相缺电时，发光二极管LED C亮，这句话转换成编程的思想就是当有缺相时，INT1端为低电平，在服务子程序里逐步读取P1.0、P1.2以及P1.4的状态，若P1.0为高电平，则从P1.1输出高电平，点亮LEDA，其他端口依次执行。通过研究一个项目实例，学生们对中断内容的掌握会更加牢固，而不是仅停留在理论层面，学习的热情会逐步提高。

2.2 改进翻转课堂模式

前文分析了传统翻转课堂的弊端，针对其存在的问题，论文提出一种改进型翻转课堂的模式，在原有模式的基础上引入有效的监督机制与评分机制。由于翻转课堂的特点是将学习的时间分成课堂和课后，而课后的时间又占相当大的比例，这就会给学生很大的空间，如果自控能力不是很好，会极大影响整体的学习效果，具体的改进措施如下[6]。

2.2.1 灵活设计线下课程测验

传统模式下，学生们在课下预习完课程后会有相应的试题测验，而这些题目通常情况都是固定题目，整个教学班都是同样的试题，这就会造成大面积抄袭的现象。针对这样的问题，论文给出这样的方案：将班级分成若干学习小组，每组人数4～6人不等，各设置负责人1位。每次开始新课程前，将相关学习视频或链接以及每组的题目发给各组负责人，尽量保证各组题目不重复或重复比例不超过1/3。题目的内容要以主观题为主，主要考察学生的知识整合能力和语言组织能力，逐步提升思考能力，再此基础上适量加入一些客观题，帮助学生理解新的知识点，避免出现全是主观题，答案互相抄袭的情况，从课程要求上实现自我监督。

2.2.2 组长责任制

一部分学生由于思想意识淡薄，很难做到自我监督，这就需要发挥组长的监督作用。在课堂学习时，需验收预习课程的试题测验，根据验收的结果设立相应的奖惩措施。对于测验成绩优秀的小组，会给予组长额外的奖励，比如增加平时分，科研活动优先选择等；对于测验成绩不好的小组，不仅要对组员进行惩罚，也需要进一步问责组长。这就会形成组长对组员的监督机制，不仅可以激发学生们的团队荣誉感，还可以培养一部分学生的领导统筹能力[7-8]。

2.2.3 综合评分制

当前各高校对课程的评分主要为3部分：期末成绩占70%、平时成绩占20%、实验成绩占10%，这样的评分机制会限制学生们的学习维度，导致学生只关注期末成绩，形成一种“平时不努力，考前搞突击”的不良现象。在此基础上，给出一种综合评分机制，引导学生形成正确的学习观念。最终的期末总评由常规的考勤率、课程预习测验成绩、课堂研讨表现、实验课成绩以及期末总评几部分组成。具体规则如下：期末成绩占40%，其余各占15%，削弱卷面成绩的比例，鼓励学生从多方面参与课程，对于课程预习与课堂研讨表现优秀的学生，期末总评可酌情加分。

3 结束语

在如今都在提倡教学改革的大环境中，独立学院更应该积极响应，尤其对于工科院校，要深刻践行学以致用的理念，紧紧跟随“产学研”的指导思想。从单片机课程的实际效果来看，部分学生已经开始转变原有的学习方法，理论学习能力、实践动手能力都得到提高，对课程的理解更加深刻。本文提出的这一教学模式目前只针对单片机课程，其余课程可酌情参考。