聚焦应用型人才培养的单片机课程改革研究

郭敏杰 宋俊慷

摘 要：为解决传统授课模式下学生在课堂上对所学知识掌握不足的问题，本文提出了一种基于BOPPPS教学模型的新型混合式教学模式。通过在传统讲授法的基础上融入现代虚拟仿真教学方法，在每一个案例教学基础上及时融入仿真练习，能够充分发挥学生的自主学习能力，提高学生的学习效能感，促进学生在课堂上最大限度地掌握知识。经由以广西民族师范学院通信工程专业单片机原理课程为试点进行为期半年的教学实践，对该教学模式进行了充分论证，所得研究成果可为工学类专业课程改革提供一定的借鉴。

关键词：应用型；单片机；课程改革；混合式教学模式

一、背景介绍

近年来，我国高等教育逐渐走上普及化发展道路，高等教育结构和类型发生了巨大变化。不论是以双一流院校为代表的学术性本科院校，或是当今快速发展的地方本科院校，招生数量及教学规模都在逐年扩大。伴随教学规模的快速发展，各类高校在培养本科应用型专门人才、服务区域经济社会发展方面的不足逐渐显露出来。为解决该问题，推动地方本科院校向应用型转变，党中央、国务院出台了一系列政策，如《国民经济和社会发展第十三个五年规划纲要》《国民经济和社会发展第十四个五年规划纲要》《国家职业教育改革实施方案》等，来支持具备条件的普通本科高校将产教融合项目建设和学校转型深化改革相结合，逐步把办学转到服务地方经济社会发展上来，转到培养应用型人才、技术技能型人才上来［1］。从历史上来看，应用型高校理念的提出是我国在当前历史阶段为满足经济社会发展而对高等教育发展提出的新要求，其充分考虑了地方本科院校的存在逻辑和办学组织机制的特殊性，集中表现为：办学目的的实用性、办学面向的实际性和办学过程的实践性。基于以上理念，在地方本科院校中开展“应用型”教育改革和創新，进行高校课程改革对于培养应用型人才具有重要意义，满足高校社会服务职能的发展要求。

社会发展层面随着我国的信息化建设水平快速提高，企业建设和生活实际对智能化设备研发提出了更高要求。作为当前大多数仪器仪表的控制核心——单片机，无论是经典的51系列单片机，还是如今常用的STM32系列，在各类高校教学过程中都普遍存在理论课程与实践课程分离的情形，在校学生大多需要首先完成理论学习，后续再另设时间开设实验、实训课程才能完成对单片机课程的学习［2］。在这个过程中，理论和实践课程之间不可避免地会存在一定的时间差，这便容易导致学生在艾宾浩斯遗忘曲线的作用范围内对理论课所学知识产生遗忘行为，致使很多学生难以正确完成相关实践操作，最终导致毕业学生在实操项目进行中容易因为知识遗忘进而出现操作失误，给企业和自身造成一定损失，故而高校对单片机课程进行改革，在理论教育过程中进一步融入实践操作的培养，提高学生的应用操作能力势在必行［34］。

二、改革思路

为改变现阶段地方本科院校在工科课程教学方面实验和理论过度分开的现象，以所在单位通信工程专业为试点专业，进行课程改革实践。其中主要实施的教学模式以BOPPPS教学模型为基础，在充分尊重学生学习主体地位的条件下开展参与式、混合式教学，以最大限度促使学生在课堂上掌握知识，提高知识的应用能力［5］。

本次课程改革所依据的BOPPPS教学模型的理论依据是认知理论和建构主义，如何使学生在课堂上最大限度地掌握知识是整个教学过程的重点，教学互动和反馈在整个课程改革过程中具有重要地位。BOPPPS教学模型结构如图1所示，理论上，BOPPPS教学模型分为六部分：引入、学习目标、课前摸底、参与式学习、课后测验和总结。其中，在引入环节需要将本节课授课内容与学生的生活实际或未来工作内容相连接，诱导学生产生学习动机。学习目标环节需要向学生明确表达教师期望以及本节课的学习目标，以便于学生知晓学习重点进而合理分配学习精力。但该部分中学习目标通常必须具有可操作性，在知识要点、知识的掌握程度以及学生的自我评估方面必须具有明确的要求。课前摸底环节主要是为了掌握学生的受训能力，知晓学生之间在知识背景和学习能力上的差异，以便后续进行因材施教，避免因为学习内容超纲导致的低学习成就感以及学习内容过于浅显导致的低学习动机。参与式学习环节作为BOPPPS教学模型的核心，是该模式下培养学生的核心手段。该环节充分尊重学生在学习过程中的主体地位，通过组织讨论法、案例教学法、实验法与问题教学法等方法，使学生充分参与课堂环节，进而提高学生对知识的掌握能力。课后测验环节作为判断学生是否达到预期教学目标的重要环节，相比于传统教学模式，BOPPPS模型更加注重检测的及时性，以便学生及时了解自己对知识的掌握程度，也便于教师及时根据学生的实际学习情况进行教学设计调整。总结环节相比于传统教学模式，BOPPPS教学模型更加强调学生对知识的总结，而非教师的直接讲授，这有助于增强学生的自我思考于自我评估的能力。

由以上论述可知，BOPPPS教学模型在教学理念上更加关注学生“学到了什么”；在教学目标上，更需要教师按照学生现阶段的认知规律，设立清晰、具有可检性的目标；在教学方法上，更加强调学生的参与式学习，更加注重发挥学生的主观能动性和独立思考能力，满足我国现阶段培养应用型人才的需求，且具有良好的适用性。故以此教学模型为基础，结合所在单位的教学资源和学生实际进行改革。改革过程中，为适应学校实际，部分步骤进行了适应性处理。

三、改革举措

为了将BOPPPS教学模式更好地融入所提出的讲授法融合现代虚拟仿真教学方法中，对BOPPPS教学模式的各个阶段分别进行了调整，具体的调整和实施步骤如下。

（一）在进行实际授课之前，针对所采用具体教学模式进行实际调查

多年来，我国在大学教育中多采用讲授法进行授课。该教学方式虽然能够将知识以较高的效率传授给学生，但对于一些操作性较强的课程来说，比如单片机课程等，这种方法对学生的就业并非最优。为了解决这样的问题，提出讲授法（以案例教学法为主）结合现代虚拟仿真的混合式教学方法。在进行实际改革之前，在所在单位抽取了100位学生进行了问卷调查，所收集到的调查结果如图2所示。结果显示，参与调查的大部分学生支持所提出的新型教学模式，部分学生认为该教学模式在实际进行过程中容易发生问题，且问题主要集中在教学组织方面，故在实施该教学方法的过程中需要教师明确教学活动的组织流程，协调好师生之间的互动关系。除以上所示的有关调查结果以外，课改正式实施之前，还针对新教学模式中现代虚拟仿真教学与实验课程的冲突问题在学生之间开展了调查，结果显示支持实验和理论结合上课的学生和反对的学生各占被调查人数的50%左右。基于调查结果，课程改革将以图2所示结果为开设前提，并逐步进行实施。

（二）课程引入和课程目标设置的应用化变革

为了推动试点课程的应用化改革，本次课改在进行过程中，对BOPPPS教学模型的前两个环节进行了适应性处理。首先，在课程引入方面，不再以过去所掌握的某部分知识作为课程引入，转而由在企业工作多年转入本单位的专任教师进行实际项目式的课程引入，在开课之前，便将所学习内容的实际工程应用告知学生，引起学生的学习兴趣。其次，在课程目标设置方面，亦不再以传统的掌握某部分知识以应对考试为目标，转之以利用某部分知识能够进行特定操作为课程目标。基于这两点变革，本次课改将以培养知识应用为切入点，进行后续操作。

此外，由于目前我国本科院校学生在学期间大多缺乏相关企业的实习经历，且在知识背景和学习能力上，普通本科学生及专升本学生也存在较大差异，故针对BOPPPS教学模型的第三个环节——课前摸底做了普适性处理，即默认所有参训学生同时处于零基础状态进行后续改革。

（三）以案例教学法为核心的混合式教学模式

案例教学法作为自1918年哈佛大学首创并被广泛应用的参与式教学方法，主要包括选编案例、组织讨论、方案评价三个关键环节。在本次课程改革中，为了提高学生的实际应用能力，全部案例选择以典型工程应用为背景，在此基础上将案例按照教学内容进行分解，以供学生针对不同知识点进行练习。由于所选案例皆来自于工程实际，符合真实性、典型性和具有分析价值的要求，故对于提升学生的应用能力具有良好的推动作用。在组织讨论环节，由于在教学模式上采用了讲授法和现代虚拟仿真教学方法相结合的混合式教学模式，学生在完成案例知识学习后，首先需要借助虚拟仿真软件对案例内容进行硬件和程序仿真测试，由于对实际案例的运行结果已有正确认识，故本环节主要针对问题的多样性解法和操作过程中易出现的问题进行讨论。在方案评价环节，依托BOPPPS教学模型，主要以学生自评的方式进行，评价标准以案例实现流程规范与否、预期结果是否达到、解决方案的多样性为主要评价标准。

另一方面，为了避免案例教学法所授内容与后续的实验、实训课程教学内容发生冲突，在案例教学过程中，所选案例相对于实验、实训内容在难易程度上较低，以作为后续实践课程内容的学习基础，尽可能扩大学生的知识面，提高学生的实际操作能力。

（四）以学生为主体的课程总结环节

现代教育要求学校和教师在教育过程中更加尊重学生的教育主体地位。在本次课程改革中，在课程结束时，不再采用传统教学模式下教师总结归纳的方式，转之采用学生自我总结归纳的方式进行该环节。通过引导学生进行自我总结归纳，有助于学生对课程学习内容的宏观掌握和微观利用，提高学生的自主学习能力。

（五）多样化的课程考核模式

在本次课程改革中，课程考核主要聚焦于过程性评价和终结性评价两方面。其中，过程性评价主要以授课过程中虚拟仿真软件的操作能力、解决问题的实际能力为评价内容，在综合考量实操结果和学生在方案评价环节给出的自我评价结果的基础上由教师给出过程评价，其对应于传统教学模式下的平时成绩。在终结性评价方面，为了更加全面地了解一个学期结束后学生对于所学内容的掌握程度，在传统试卷考试的基础上增加了上机考试环节，学生需要在规定时间内完成相应的实际操作问题，包括硬件设计和程序编写。其中上机考核环节占总结性评价过程的50%，和传统卷面基础理论评价共同构成了学生的最终成绩。所使用的考核方式符合現代教育全面看待学生发展的理念，有利于教师看到学生的优点，有助于之后其他课程改革的开展实施。

结语

以BOPPPS教学模型为基础，本文进行了单片机原理课程应用化改革。通过将传统讲授法与现代虚拟仿真教学相结合进行混合式教学，将应用型人才培养理念融入教学实际当中，有助于优化单片机原理课程体系。同时，由于在理论教学过程中融入了实践操作，能够在很大程度上提高学生对该课程的学习兴趣和掌握程度，有助于提高学生的应用能力。本次课程改革在一定程度上增加了教师的工作量，且复杂化了教学过程，这需要在后续课程改革过程中继续优化。

参考文献：

［1］汪石农，刘世林，王冠凌，等.面向工程教育认证的单片机课程教学改革与实践［J］.皖西学院学报，2022，38（05）：3944.

［2］严育才，张融，陈爱平.应用型高校单片机实验课教学难点与改革实践［J］.南方农机，2022，53（17）：169171.

［3］梁会军.单片机课程项目化的改革与探索［J］.教育教学论坛，2022（43）：3740.

［4］李瑛，倪冰.应用型本科院校一流课程建设困境与突破路径［J］.湖北经济学院学报（人文社会科学版），2022，19（11）：141144.

［5］江世明，赵乘麟，付琳.工程教育专业认证背景下单片机课程教学改革和实践［J］.中国现代教育装备，2020（21）：2831.

基金项目：2022年度广西高等教育本科教学改革工程项目（项目编号：2022JGB388）；广西民族师范学院一流本科专业建设项目（YLZY202102）

作者简介：郭敏杰（1995— ），男，山西晋城人，硕士，专任教师，主要从事民用天线设计及超材料应用方面研究；宋俊慷（1989— ），男，陕西汉中人，硕士，讲师，工程师，主要从事高职电子信息类专业课程教学改革研究。