行动导向教学模式在《单片机原理与运用》课程中的创新实践

刘俊峰，杨柠瑞，曾君

（1．华南理工大学 自动化学院，广东 广州；2.华南理工大学 电力学院，广东 广州)

一 引言

在我国高等教育的理念从精英教育向大众教育转化的转型期，高校的教育质量成为了一个突出的问题[1-3]。在自动化专业中，《单片机原理与运用》是一门实践性与工具性极强的工科课程[4-5]。课程内容之广，涉及“自动控制理论”“电路原理”“电机拖动基础”“电力电子技术”等专业性理论课程，且在工业控制、数据采集、智能仪表、机电一体化、家用电器等企业应用领域中得到了广泛应用[6-9]。但《单片机原理与运用》不同于理论性课程，不仅需要良好的课堂理论教学，更需要大量的时间进行实际实践练习才能保证该门课程的教学质量。因此行动导向教学模式非常契合这门课程。本文将聚焦行动导向教学模式下《单片机原理与运用》课程改革的设计与实现。

二 单片机教学的现状分析

（一）课时较短

单片机课程的学时仅为32学时，课程主要内容仅涉及定时器/计数器、并行接口、串行接口及中断等内容，关于PCB设计等更深层次的内容介绍较少，向更深层次的内容拓展的难度较大。因学时压缩，在配以必要的课堂授课之后，实验所占比重降低，对培养学生的工程实践能力有所不足，不利于学生将课本知识与实验实践有机结合。

（二）授课模式单一

传统教学中教师过于重视理论而忽略实践活动，而单片机课程自身的特点，实践能力与理论知识同等重要，这并不是仅通过几次实践活动就能完成对学生实践能力培养的[10]；同时理论课堂与实验课堂分开，学生无法将理论和实践有效结合，将造成理论知识理解不透彻，实践动手能力得不到有效锻炼。

（三）考核缺乏全面性

传统的单片机课程的教学方式仅仅依赖于单片机课本知识本身，而缺少与其他基础课程知识的有机结合，如模拟电路技术、传感器原理与自动控制原理等，相应地会导致考核内容设计单一，进一步会带来课程知识运用深度不足等问题。同时现有考核方式配备统一的实验指导书，实施方案较为陈旧，忽略了学生的个体差异，缺乏独立思考、更深层次的研究。

三 单片机课程教学改革实践

（一）课程改革的目标

改革将以行动导向教学模式为模板，对“单片机原理与应用”课程的教学模式进行探讨和摸索。一方面让教师针对就业市场中对单片机技能的要求对课本知识进行划分，在理论课中着重突出重要知识点的讲解；同时仿照企业项目开发的模式针对课程内容进行研究性项目的设定以提高学生工程实践能力，培养综合应用专业知识的能力。具体改革的方向目标如下：

（1）课堂中心从教师变为学生，充分激发学生的主观能动性；

（2）根据设定的教学目标，以教师为引导，让学生在主动学习的过程中，不断分析问题并思考相关知识的关系，建立起扎实的知识网络；

（3）通过完成完整的课题任务，逐渐培养能够独立解决实际问题的能力。

（二）行动导向教学模式运用在单片机课程教学的可行性

行动导向教学模式最先于德国开展运用。其与传统理论课教学相比，教师不再单纯地向学生灌输知识，而是让学生自主地学习并构造搭建自己的知识体系。因此学生将不再是被动接受知识的客体，而成为了实践教学中的主体[11]。

单片机课程与传统理论课相比，实践性强是最突出的特点，相应地更适合与在实际操作过程中进行相关知识的学习，在具体的项目里，学生通过查阅相关资料后及时进行实践操作则能够将知识及时运用并内化再处理从而形成较为深刻的印象。因此单片机课程非常契合行动导向教学模式。

（三）基于行动导向学习模式的单片机教学改革内容

1.构建学生自主选题的研究性学习模式

依照行动导向的教育思想，放开课程考核标准，由统一的实验结果考核，转变为学生自主选题考核。同时依照单片机不同模块在实际工程应用的协同作用，通过巧妙的教学设计，提炼出一批基于单片机的小型研究课题供学生选择，让学生自主动手参与并验证理论教学的知识点。最终让学生在单片机课程中培养工程实践能力、研究并解决问题的能力，有效保障学习质量。具体模式如图1所示。

图1 研究性学习模式

2.确定具备特色与完善的研究性项目

目前，单片机技术已经广泛应用于仪器仪表、家用电器、医用设备、航空航天的智能化管理及过程控制领域。为了能更好地让学生通过探究、讨论、质疑、小组合作、批判、发现的研究性学习方法来学习“单片机原理与应用”课程并了解单片机技术的各类应用，初步设计的项目如表1所示。

表1 拟定的5项研究性项目

3.搭建教师辅助指导的研究性教学模式

如图2所示，为使整个研究性学习过程效率最大化，教师需要在适当的时候解决学生们所遇到的问题。因此在给学生最大限度自由的同时，课程将至少安排两次汇报节点，每个小组需要将当前项目的进展以PPT汇报的形式展示给教师；教师将根据项目进度和学生们所遇到的问题给出建议并鼓励理论能力较弱的同学进行项目的理论分析，工程能力较弱的同学从事项目工程开发等技术类工作，实现各学生综合工程素质的全面培养。

图2 教师参与的学生中心型研究性教学模式

4.完善课程考核机制

单片机作为一门综合性科目，是无法通过理论课考试这唯一标准来科学评价学生对该门课的掌握程度的，因此构建多元的考核体系对教学质量的提高具有非常重要的作用。据此从课程本身工具性和实用性的角度进行综合评定，具体如表2所示。

表2 课程成绩评定标准

通过上述评定的成绩与平时成绩（作业、出勤、课堂提问）进行加权平均来得到每位同学的最终成绩。这样既突出课堂学习重要性，又增加了实际操作环节，提升学生综合能力及实践应用能力，也兼顾了平时学习成效，为促进培养具有创新精神和实践能力的高级应用型人才奠定了结实的基础。课程的时间安排如表3所示。

表3 课程改革的目标与时间安排

四 改革成效与反思

（一）考核情况分析

图3给出了这次课程改革后学生的部分考核情况统计图。从图中可以看出各学生小组基本都完成了项目的大体设计，其中还有16%的学生小组在完成了项目⑤⑥中的基本目标后还进行了拓展功能设计。整体上看，在课程改革后七成以上的学生能够在实践中学习并掌握相关的理论知识，因此印证了行动导向教学模式运用在单片机课程中确实能够将教学的主体由教师转变为学生，并充分发挥学生的主观能动性，在教师设计的研究性项目里让学生主动地分析问题并思考相关知识的关系，建立起扎实的知识网络体系。但是在各位学生的PPT答辩过程中，依然有四分之一的同学无法完整地针对所做项目进行流程描述并回答教师的提问，目前分析是因为每个项目小组成员人数为4~8人，成员较多的小组难免会出现部分学生缺少项目参与感的情况。因此在往后的课程项目设计中应当对研究性项目选题进一步优化考虑，在保证一定难易度的情况下合理分配各个项目小组的人数以充分保证每位学生的参与度。

图3 部分考核统计情况

（二）教学反思

这次教学改革以行动导向的思想为核心，将传统的教师授课、学生听课的传统模式转型为学生自主学习、教师指导的学生主导型的新型教学方式，让单片机这门课程真正成为一门实践类课程，切实提升了学生的专业技能。结合拥有专业特色的课程设计，让学生们亲自体验了实际项目中的运作过程，学生通过主动地探究、讨论、质疑、小组合作、批判、发现的研究性学习方法来学习《单片机原理与应用》课程，培养了学生的工程实践经验。

改革后的教学极大地提升了学生自主学习积极性，通过课堂上理论知识的讲解结合小组的课程项目设计，进一步将学生所学理论同实践相结合，同时通过小组成员合理的任务分工，使得理论能力较弱的同学完善了单片机知识的理论体系的架构，工程能力较弱的同学则通过从事项目工程开发等技术类工作来增强动手能力，最终实现各学生综合工程素质的全面培养。