基于项目驱动的单片机原理与应用课程教学改革探析

徐晓霞

（西安工商学院，陕西西安 710200）

0 引言

以人工智能为代表的第四次工业革命已经到来。单片机和嵌入式系统设计是人工智能的核心技术。单片机原理与应用作为电子信息大类专业的一门专业基础必修课，是培养学生专业应用技能的重要组成部分。本课程在人才培养方案中，为学生掌握嵌入式系统开发和人工智能的学习奠定坚实的基础，同时在培养学生的思辨能力、创造能力、工匠精神以及解决实际问题的能力层面发挥着十分重要的作用，是高等院校电子信息和电气工程专业教学必不可少的专业课。

1 项目式教学解决的问题

课程与教学改革要解决的重点问题：1）在传统的“教师讲授-学生记忆-期末考试”教学模式中，学生缺少内动力，课堂参与度低，实践和创新能力不足。2）传统的教学内容与教学资源陈旧，不能满足新时代和“新工科”建设协同育人的要求。3）以往课程考核方式存在弊端，不能反映出学生的真实水平，成绩分布存在单一性和离散性，难以辅助课程持续改革和改进。

在STEAM 教育理念下，针对单片机课程应用性和实践性强的特点，就单片机课程的课程体系、课程内容、教学模式、考核方式等方面进行改革[1]。

2 基于项目式驱动的“单片机原理与应用”课程方案

项目式教学颠覆了传统意义上的课堂教学模式，实现了教师和学生主体地位的转换，被广泛运用于不同学科、不同专业的课程教学中，对促进课堂教学效果起到了积极的作用，正因为这样被教育工作者喜爱和关注。课改以“立德树人”为导向，以工程认证和“新工科”建设为抓手，通过对企业调研、岗位职业技能分析、引入专业课程思政、制订全新的课程标准。采用新的教学模式和方式，为培养工程应用型人才起到显著成效。

2.1 课程内容与资源建设及应用情况

制订单片机课程标准。课程标准的建立和实施，是单片机课程的教学规范和质量要求的基本保证，是进行教学评估、考试命题和教材讲义编写等课程实施的主要依据，也是管理、考核和评价该课程的基础。

建立和完善单片机教学资源系统。在单片机教学资源库建设方面投入大量的人力和物力，在英华在线平台建立线上课程，并平稳运行了两个学期。在此基础上，继续加强和完善资源库的建设工作，增加作品库、知识库、图片视频库和典型案例库。为教师的教学、学生的自主学习搭建更宽平台，促进单片机教学的发展。

单片机课程理论和实践有机结合，学有所用。在单片机教学中，使用Protues 和Keil 的联机调试，可将实验室带到课堂上来，以成果为导向的课程改革充分完善了这个环节，在平时教学中加强职业素养和工程能力的培养，提高学生自主创新意识和工程实践能力[2]。

2.2 项目驱动设计方案

本门课程传统的教学流程是：首先介绍单片机的内部结构和引脚，然后讲述指令系统和程序设计开发所用语言及软件，接着阐述单片机应用模块，包括中断、定时计数器、存储器扩展以及各种外围设备，最后通过实例分析总结课程，是一种典型的先理论后实践的串行讲法，学生入门缺少直观的感受力。本着遵循有效教学基本规律，结合单片机原理与应用的课程实际工程应用的特点，采用基于“教学项目化、学习自主化、学生角色双元化”的行动导向教学模式，通过对企业调研、岗位分析、职业技能分析制订了全新的课程标准，基于实际工程项目，设计了项目化教学的结构。本课程共有10大的教学情境。将单片机原理与应用的知识点和关键内容融入这10 个项目任务中，基于Proteus 和Keil C51,通过仿真与硬件调试，虚实结合，在10个项目任务中的动手操作过程中，既掌握了单片机的基本知识，还熟悉单片机控制系统的硬件设计和软件设计的方法，真正实现了知识性、趣味性和工程性的完美融合。教学情境如表1。

表1 单片机原理与应用教学情景模块

根据课程的教学情景，打乱传统的授课理论知识体，重新按照每个项目任务所依托的教学情景，把每个项目任务所需要的理论知识重组，强调理论知识在本项目中的应用，强调工程设计的完整性和规范性。表2体现了每个课堂教学情景对应的项目任务划分，同时列出了涵盖的知识点。

表2 单片机原理与应用项目教学目录

教师在授课环节采用“线上+线下”的模式。线上平台，采用英华在线平台完成线上理论知识的学习，线上教学资源包含整门课程的主要章节和知识点；课件、课程视频可供学生学习，习题、测试、讨论等具有网络实时性。另外实验、课程设计等基本要求、技能、内容等，均以慕课形式在网络上提供，节省课上时间，扩充教学容量。线下以项目驱动方式，教师以运用理论知识解决实际问题为主，学生以分组团队合作，完成项目任务，并汇总项目设计资料信息，进行项目设计汇报，并且进行学生互评，教师点评，实现课堂翻转[3]。

具体实施过程：第一个环节（课前）：线上教学，教师给出列出任务清单，提出问题，学生通过线上课程资源完成理论知识的学习，并进行在线测试，讨论，自我检测学习效果。线上学习平台可对学生的线上学习进行分析和评价，教师可及时对课程进行教学调整。第二个环节：课中：教师围绕项目任务，通过启发式、讨论法、互动式等教学方法，提出项目要解决的问题，将线上课程内容理论知识与项目任务相结合，对相应的硬件、软件设计方案进行讨论并进行举例仿真演示，将理论知识点映射于工程实践应用中，组后结合项目任务提出待问题，进行分组讨论，师生互动，完成具体设计项目的方案制订。激发学生解决问题的能力和知识的扩展能力；第三个环节学生在按照分组在课下，采用proteus 软件仿真和实验硬件开发板为手段，进行项目任务分析、设计调试以及技术资料报告的完成，本环节设计意图是培养学生解决在项目工作中出现问题的能力及团队协作精神。第四个环节:小组进行项目任务设计汇报表讲解，并进行学生互评，教师点评，实现课堂翻转，转换角色，发挥学生的主人公意识。锻炼学生工程实践能力，学习能力、组织能力、创新意识和团队意识。第五个环节：对项目设计任务进行总结，反思，知识拓展，同时教师给出评价，计入课程学习过程考核成绩。通过以上五个环节，锻炼学生发现问题和解决问题的能力，培养学生学习能力、组织能力、创新意识和团队意识，并树立正确的人生观、科学观，养成认真负责的态度和严谨细致的工作作风[4]。

2.3 过程性评价考核方案

课程的考核评价分为过程考核和总结性评价，体现综合评价。过程考核是对学生平时学习情况的考察采用多元化考核方法，包括线上学习（可以直接在线上学习平台上查看学生学习并统计结果）和平时项目任务完成参与情况，课堂表现情况，同时将学习态度、专业知识、专业技能、沟通能力、合作能力和创新能力等纳入考核范围；总结性评价指的是期末考试，重点检查学生对基础知识的掌握情况。多元化考核体系如图1所示。

图1 综合性多元化考核体系

2.4 创新特点

结合学生特点，采用线上线下混合教学方式，有效利用信息化教学手段。项目任务驱动式教学手段，激发学生学习兴趣，培养学生工程实践应用能力。翻转课堂，学生互评，教师点评，体现学生在教学中的中心地位[5]。

3 课程评价及改革成效

自2018 年开始实施以“以学生为中心”的“任务型-探究式”的翻转课堂教学模式以来，学生学习的积极性、主动性普遍提高，到课率、抬头率、作业完成质量以及期末考试卷面成绩及格率都得到大幅度提高。只要长期坚持让学生“做中学”“学中做”，就能够取得比较理想的教学效果。

单片机原理与应用课程的教学模式也可以应用到学院其他公共基础课程及专业课程的教学中；可促进解决民办学院学生的学习的热情和主观能动性不够、方法欠缺、自律性差等问题，培养学生一定的自主学习能力，提高学生的积极主动性，为今后的高层次、宽范围研究奠定基础。