基于“一库一书一装置”的“单片机应用技术”课程教学改革＊

李祖明

（清远职业技术学院，广东 清远 511510）

“单片机应用技术”课程是高职院校电类工科专业的专业必修课程，该课程主要培养学生以单片机为核心，设计其外围电路以构建控制器硬件系统，并结合可剪裁、嵌入式编程的软件系统，“软硬”结合实现自动控制功能的一门课程。该课程直接对应行业企业中的电子电气工程师岗位，因此，很多高职院校的电子、电气、机电类专业把该课程定为专业核心课程，是一门极为重要的专业课程。目前，高职院校该课程的课程标准大多被修订于若干年前，教学内容与现今技术发展水平、行业企业对单片机从业人员的能力要求存在较大的差距，教学项目与行业企业工程实践不相符。教学实施方面，虽然推行项目化一体化教学，但即便是同一院校，既没有形成规范的标准化教学项目资源，也没有形成统一的教学实施流程，各个教师各自为政。各个院校单片机实训室多以实验箱、学习板为主，存在实训设备损耗严重、实训设备自身的实训项目明显落伍跟不上现今的技术发展等问题。以上诸多因素已对单片机课程教学效率、教学效果产生严重影响。为解决上述问题，本文研究的主要内容是通过修订课程标准、开发单片机仿真项目库、编制项目教学任务书、研制实训装置，建立可进行深度项目化教学的教学项目资源，并探索基于“一库一书一装置”的深度项目化教学实践。

1 基于“一库一书一装置”的教学改革思路

OBE（Outcome Based Education）教育理念是一种强调以学生为中心、学习成果产出为导向、持续改进为原则的教育理念[1]。本课程的教学改革以OBE 教育理念为指导，以精准对接行业企业需求与岗位要求的“单片机应用技术”课程教学标准为依据，以建立满足深度项目化教学的标准化教学项目资源为基础，以基于成果输出导向探索深度项目化教学模式规范教学流程为目标，对课程实施基于“一库一书一装置”的教学改革。所谓“一库一书一装置”，指的是一个仿真项目库、一套项目教学任务书、一个实训装置。“单片机应用技术”课程教学改革的具体思路为：通过充分调研精准把握单片机技术发展现状、人才需求及典型岗位要求，从工程实践中提炼教学项目构建课程教学项目库，采用与行业企业电子产品设计、测试从业人员使用一致的计算机辅助设计软件进行电路设计与编程调试开发仿真项目库，基于工程实践的仿真项目库、根据电子电气产品开发流程、结合学生的认知规律，编制项目教学任务书并研制实训装置，实施基于“一库一书一装置”的项目导向任务驱动式教学实践以建立深度项目化教学模式，具体如图1 所示。

图1 教学改革思路

2 “一库一书一装置”条件的建立

2.1 基于职业岗位，修订课程标准[2]

通过对行业企业进行充分调研，把握单片机技术发展现状，收集各种单片机技术实际应用案例，了解行业企业对单片机技术人才的需求，掌握行业企业对单片机技术人才知识、能力、素质的要求，形成调研报告。依据调研报告，重新审视、修订相关专业人才培养方案，强化“单片机应用技术”课程在电子、电气、机电等相关专业人才培养方案中的核心课程地位；从行业企业单片机技术实际应用的工程实践案例中甄选教学项目，并按难度递增、100%覆盖知识体系及能力点的原则，确定教学项目；以紧贴技术发展前沿，契合单片机技术在目前行业企业中的主流应用，满足自动控制系统设计及测试岗位的知识、能力、素质要求为基本原则，重新修订“单片机应用技术”课程标准。重新修订后的课程标准，包含课程面向职业与典型岗位、课程知识能力及职业素养、课程目标、课程内容、课程教学设计、教学实施条件与要求、考核方式等内容，使之科学、准确、实用，成为指导“单片机应用技术”课程教学的纲领性文件。

2.2 基于工程实践，开发仿真项目库并研制实训装置

单片机技术目前在生产自动化、物联网底层、智能家电、智能测控等众多领域均有大量的应用场景，在生产制造自动化控制、智能化应用领域的需求迅速增长，因此从工程实践中选取教学项目完全可行。在行业企业实际应用中，单片机控制系统设计及测试均借助计算机的性能优势采用计算机辅助设计的方式，不仅可以实现电子电路设计及程序开发，还可以对电路中的可编程芯片（如单片机）加载程序后进行系统运行仿真并直观地呈现运行状态，从而缩短产品开发测试周期、减少人力物力成本、提高系统实物成功率等，因此对教学项目进行仿真项目库开发也完全可行。

本文对项目库中的每一个项目，通过行业企业主流应用的电子线路计算机辅助设计软件，如Proteus 软件、keil 软件、串口调试助手、显示字模软件、Altium Designer 等进行电路设计、程序编写、仿真调试，建成仿真项目库，同时也进行与仿真项目库配套的实训装置设计、pcb 绘制及实训装置实物制作调试，完成实训装置的研制。

2.3 基于项目导向任务驱动，编制项目教学任务书

基于工程实践的仿真项目库及实训装置，根据企业电子电气产品开发流程结合学生的认知规律，设计教学实施流程编制项目教学任务书，实现教学内容及仿真项目可根据单片机应用技术发展动态调整，教学流程设计与课程直接对应岗位（电子电气工程师）典型工作任务的工作流程相一致。

项目教学任务书主要由“教”和“学”2 大部分组成。其中，“教”的部分针对教师，其内容包含项目及任务名称、教学目标及重难点、教学流程设计及实施要点等；“学”的部分针对学生，其内容包含项目及任务名称、项目背景、任务目标及任务说明、任务实施流程及实施方法、所需知识储备及条件等。通过项目教学任务书，既让教师规范了教学流程和教学进程，也让学生了解教师的教学设计、明确任务目标及如何达成任务目标[3]。

3 基于“一库一书一装置”实施教学实践

教学实践的目的，一方面是检验课程标准、仿真项目库、项目教学任务书、实训装置等前期改革的科学性、合理性和有效性，对存在的问题与不足之处及时进行反馈修正，巩固“一库一书一装置”的教学改革成果；另一方面是构建深度项目化教学模式，解决目前单片机教学存在的痛点问题提高课程教学质量，并使其达到易操作、可复制、能推广的条件。

3.1 教学实践的具体实施

根据高职院校学生轻理论重实践、主动性差专注力弱的特点，教学实践应充分突出教师主导、学生主体、内容主线、项目载体，以充分调动学生课堂参与度，使学生兴趣饱满，从“要我学”转变成“我要学”。因此，教学实践应基于成果输出教学理念，设计契合企业产品研发制作流程的教学流程，实施以基于“一库一书一装置”的项目导向任务驱动式教学为主、以在线网络课程平台为辅的教学活动[4]，按课前准备、课堂教学、课后拓展3 个阶段实施，具体如图2 所示。

图2 教学实践实施示意图

3.1.1 课前准备

对“一库一书一装置”进行充分的资源整合，整理准备好项目背景资料、项目结果视频、电子课件、项目所需的相关技术文档、完成项目所需的知识储备学习资料、项目教学任务书等，通过在线课程网站平台发放给学生。要求学生课前需对课程网站平台上的课前资源进行浏览，将课程网站浏览记录纳入学生过程性考核。

3.1.2 课堂教学

虽然项目教学任务书已经规范教学流程，但课堂教学实施质量很大程度上仍取决于任课教师的执教能力和单片机应用技术水平。因此，任课教师必须对课程标准、仿真项目库、项目教学任务书、配套实训装置、在线网络课程等资源有较强的整合及应用于教学的能力，深刻理解企业产品研发制作流程，在课堂上充分发挥教师引导教学进程的主导作用，对学生充分尊重及高期望以体现其主体地位，从项目功能分析、硬件设计（包含电路设计及计算机辅助绘图、实体制作）、程序设计、软硬仿真调试、实体样品调试、性能测试等方面推进教学进程。

3.1.3 课后拓展

通过在线网络课程平台向学生发布拓展任务，主要是项目作品改造和项目作品考核。项目作品改造是在原项目基础上，以项目在工程实践中的实际产品功能为参考，对项目提出具体的功能改进及完善要求，作为项目教学拓展任务向全体学生发布，但不要求全体学生完成，主要是针对优质学生进行高层次培养。项目作品考核要求学生对教学项目的完成结果进行总结整理，包括电路及PCB 图纸电子文档、项目作品运行视频、项目作品技术说明文档等，上传至在线课程网站平台，既是教师对学生进行项目结果考核的依据，也是学生间交流的载体。

3.2 “育人育才并重”的多元考核评价方式的建立

一直以来，高职单片机课程教学大多采用平时成绩（出勤及作业等）和期末成绩（期末笔试）按一定比例构成总评成绩对学生进行考核评价，这种传统的评价方式在基于“一库一书一装置”的教学改革中明显不适用，原因在于基于“一库一书一装置”的教学改革充分体现学生在课堂活动中的主体地位，课前课后学生要耗费大量时间精力，课中更要自主学习自行完成技术性强、实践性高的教学项目，在学习中涉及技术文档分析、资料查找、项目方案制定、硬件设计、程序编写、仿真调试、实体制作及调试、性能测试及改造、项目材料整理等方面的实践，传统的评价方式难以满足要求。因此，如何建立科学合理的评价方式对学生的学习态度、学习过程、学习效果进行整体而全面的客观评价，显得尤为重要。

本文通过建立“育人育才并重”的多元考核评价方式，对学生进行过程性考核、结果性考核、开放性考核的全方位综合考核评价，充分体现OBE 理念下以学生为中心的评价准则[5]。过程性考核包括学习态度、课堂出勤、项目学习参与度、课前课程网站资源浏览情况及课后拓展情况、团队协作、作业等，涵括了学生在课前、课中、课后学习全程的表现，并有效反映其职业素养。结果性考核包括项目及任务完成结果情况、期末实操考核、期末笔试结果等，客观反映了学生的技术能力和知识掌握程度。开放性考核主要是通过完成教师给定题目或学生自拟题目的课程报告，展现学生对单片机行业、单片机技术的现状及趋势，以及课程对应职业岗位的认识和想法。采用“育人育才并重”的多元考核评价方式既能够有效监督学生的学习过程及学习效果，同时又能客观反映基于“一库一书一装置”教学改革的实践效果，从而对教学改革形成正向反馈，构成教学质量持续改进的闭环，对教学改革进行有效的修正完善，具体如图3 所示。

图3 育人育才并重的多元考核评价

4 结语

经实践，通过对“单片机应用技术”课程实施基于“一库一书一装置”的教学改革，能有效解决目前高职院校单片机课程教学内容过于强调知识体系偏离行业企业岗位能力需求，课程标准陈旧或质量不高与单片机技术主流应用不相符，教学项目脱离工程实践与单片机技术实际应用及技术前沿契合度不高，缺乏标准化教学资源和规范化教学流程，同专业不同教师和不同专业同课程教学项目的教学模式、教学方法不统一，实训设备老化损耗严重、设备实训项目脱离技术发展现状等切实存在的问题，可显著提升课程教学效率和教学质量。