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基于《单片机应用综合创新》的跨学科综合教学方法研究

2023-11-02 15 上传者：管理员

摘要：嵌入式系统成为最有发展前途的IT应用领域之一，嵌入式技术的发展对于单片机软、硬件的学习更新速度要求也越来越高。单片机的应用更加趋向于智能化、信息化和网络化，更多跨学科、跨专业、跨领域的应用可以利用单片机去解决。基于此，高校需更新教学模式和方法可以帮助学生更快的掌握多学科相关知识，通过规划跨学科教学实施计划、跨学科拓展和改进考核机制，为通信、电信工程专业创新型人才提供创新性实验课程和拓展性学习平台。

关键词：
单片机应用综合创新
嵌入式系统
教学方法
考核机制
跨学科
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1、引言

《单片机应用综合创新》课程作为《单片机原理及应用》课程的扩展课程，是电子、机电、控制专业的一门非常重要的专业技术课程。课程内容是基于前期单片机原理的基础，程序存储器、数据存储器及特殊功能寄存器等工作原理抽象且复杂，并且在《单片机应用综合创新》课程实施中需要理解寄存器工作方式和调用指令等，属于学生对单片机的进阶学习[1]。同时，单片机的应用可以在各个领域发挥作用，跨学科应用是最能展现学生和教育者对于单片机的应用能力，也是科学技术持续发展的重要来源，但此项对教育者开展教学赋予极大的挑战。传统的课堂授课教学已很难完成跨学科应用的教育要求和目标。为了达成此课程的教育目标，增强该课程的实践性、扩展性和创新性，培养学生应用能力为主导的过程中，从规划跨学科教学实施计划、跨学科拓展和改进考核机制三方面进行教学方法改革探索。

2、规划跨学科教学实施计划

教师应提前规划跨学科教学实施计划，其中，比较重要的是完善课程设计、确定课程资源需求和明确课程时间。教师针对单片机应用综合创新的课程设计，需要确定学生需要掌握的关键概念[2]，明确跨学科应用技能方向和重要性，提前向学生准确阐述课程学习目标。

单片机应用综合创新是继上一个教学周期的理论和实践课程学习后，安排的一类综合性的扩展课程。跨学科的课程设计的目的就是让学生将单片机知识和模电数电、网络系统、传感器等相近课程知识点相综合（图1），结合计算机科学、电气工程、物理、数学和机械工程等学科内容加以运用和转化（图2），完成知识真正消化、知识合理运用和知识拓展应用，更是提高学生综合能力的重要手段。课程计划还包括为学生提供在学习中做出选择和行使自主权的机会，形式包括但不限于为作业或项目任务提供选项，学生根据课堂上老师教授的知识点及自己课下吸收的知识点，完成基本实验的基础上，可以给出几个选作实验任务，教师可以根据实事和社会新闻热点，有一些亟待解决的工程性问题进行展开[3]，拓展一些开放性、层次性、启发性的实验任务。同时，允许学生自行选择自己的研究内容或者探索主题，让学生自行探索有意义的选题和任务。

图1 与单片机可融合的课程

图2 可结合使用单片机的专业

教师需要整理好课程任务，进行分阶段下发，同时向学生提供相关资料及应用案例，重点对这些优秀案例在跨学科应用进行宣导。教师还需要从中确定资源需求，教师需要先学习与单片机应用创新课程知识点和课程任务相近的内容，或者在其他专业课程中了解学生正在学习的课程内容，记录其他学科学习过程中遇到的相似学科知识，总结知识点其中的相互联系[4]，在课堂上进行相关跨学科知识融合授课。让学生更加认可所学的科学知识是具有系统性的、高校对他们的课程设计是具有科学性的，教师对他们授课的进程是具有细节的，而各学科任课教师之间也是相互交流的，并且为学生能将知识串联起来运用着各种巧思。此外，根据教师经验推荐一些质量高、分享者多的优质网站，优质的指导学生自主学习，提升主动思考的能力。

3、跨学科拓展

跨学科拓展不仅是要根据其他学科的关联性，进行穿插教学和知识点互通，更重要的是需要教育者尊重学生的个性方面的发展，还要鼓励学生在单片机应用综合创新课程中进行创造性工作。更深一层次的提升，需要教师带领学生进行学生进行竞赛和企业联系，教师在这些教学、竞赛、合作和沟通过程中，可以帮助学生开发他们的创造潜力并实现他们在课程中的既定目标，在此过程中，顺利的完成跨学科拓展目标。

3.1 尊重学生的个性发展

高校的学生处于刚成年的阶段，对外在的信息收集存在搜索和探索局限性，存在只听自己想听到的信息的片面性，认知自己已经认知过的世界并进行扩展，同时，大学生在此阶段也是处在创造最佳的年龄段，他们既萌生创造的欲望，又正在接收创造性思维的培养和训练[5]，所以学校和老师应帮助学生接触不同知识领域，帮助他们完成训练自己思维和拓展认知的同：步发展。另外一方面，学校和教师在指导的过程中，不能剥夺学生选择的权力，需要教师队伍具有包容性，并且要重视兴趣爱好对学生的重要性。学生具有广泛的兴趣爱好，可以培养学生的观察力、思维力、想象力和注意力，可以在兴趣爱好领域更快的提高学生视野的宽阔程度。

我们教育者在指导的过程中，首先要提高自身识别学生个体差异的能力，高校的学生是来自不同省份、不同成长背景、甚至是不同国家的学生，他们拥有这个不同的学习风格、不同的习惯、不同的喜好、爱好和偏好，更加拥有多种多样的兴趣和自身着重发展方向。教育者应该识别和认识到这些学生的个体差异并根据他们的需求定制课程扩展内容，在学习扩展活动中，可以帮助学生感到受到重视和尊重。教育者需向学生提供促进积极的学习环境，促进同学之间相互尊重，让他们与同龄人或者师生之间进行有效沟通和协作，让同学之前获得一种群体归属感，并且在课堂和生活中完成一定的共同目标。

3.2 鼓励学生做创造性的工作

创新是一个民族的灵魂，并且培养创新人才也是高等院校的基本任务。在广泛涉猎更多学科的基础上，为学生提供在单片机应用综合创新课程中探索自己更多想法和兴趣的机会。教师提供开放式作业任务，允许灵活的应用项目主题，或选择使用创造性方法解决实际问题。学生去做更多创造行的工作，才能在未来人工智能兴起的大环境中立足。

教育学家杜威特别强调，学校即是社会[6]，高校也是保护学生步入社会的前期阶段。所以，教师应该鼓励学生去做非校内活动内容，去做一些感兴趣的活动，能延续下去学习的东西，或者对有意义的事物进行学习，学校和教育者都应该给予支持。学生的见识越多，他们就具有更高的创造性可能。鼓励学生与同龄人合作并分享他们的想法，教师可以在课程计划内设置小组项目或协作作业，要求学生共同努力创造创新和独特的东西，小组作业更能突出学生的主体地位，增加学生的参与感、协作感和责任感，不同于教师独力授课的方式，小组合作更能激发学生的创造新，更有利于学生独立思考。更深一层次的，高校应该利用好自己的社会资源，让学生更多的接触同行业和跨行业的专业人才，并鼓励学生与行业专业人士联系，学生在与行业内人员的沟通中[7]，基础的可以通过讲座、宣传、会议等形式，让行业专家与学生进行当面接触，深入的渗透单片机技术的最新趋势、前沿发展和技术壁垒，这有助于学生更加理解学习单片机课程的在实际行业中的应用领域、使用方法等，还有利于学生发现现有行业存在的技术不足，激发学生的灵感[8]，以解决实际问题为导向，更加深入的学习单片机的原理。

教育者除了培养学生技术和技能外，还需对学生提供有关创造力的反馈，针对如何改进创造性工作提供建设性反馈，以及对学生在阶段性完成创造性工作时，进行认可和赞扬，达成学习与创造的良性循环。

3.3 教师带领学生进行竞赛和企业合作

人在解决实际应用问题时，学习速度最快、效率最高、知识成功转化的可能性越理想。基于项目的学习可以帮助学生发展实践技能，并将理论知识应用于实际应用场景。让企业征集解决方案或者企业中实际应用任务要求，以比赛、竞赛等形式，让学生真正投入解决实际问题的思考中去，让学生以实际出发，真正的将现有的知识转化为解决问题的工具。高校和教师需要提高企业合作意识、鼓励参与、提供指导和支持，与行业建立合作伙伴关系等，引导学生更多的参与到单片机类课程竞赛和企业合作任务中。

首先，教师通过告知学生即将发生的活动和机会来提高对比赛和企业合作的认识。根据教师和学校的资源，分享竞赛和校企合作的电子邮件、竞赛公告和社交媒体共享信息，鼓励学生积极参与比赛并与企业联系。其次，教育者需要对其提供指导和支持，为有兴趣参加比赛或接触企业联系人的学生提供指导和支持。积极帮助准备比赛提供资源，例如：培训材料或练习课程，并将学生与可以提供建议和支持的校友或行业专家联系起来。更深一层次的，教育者可以与行业专家建立伙伴关系，并邀请专家向学生讲述他们在该领域的经验，这有助于将学生与未来潜在雇主联系起来，并为他们提供宝贵的交流机会。

4、改进考核机制

在创新课程的考核方法上，应该改变理论课中的应试考核，并不应仅仅使用分数去筛选学生是否有记住知识点，学生是否理解消化重点内容，学生是否符合高校毕业条件。高等教育阶段不应该仅仅依靠分数去评价学生学习的结果，并且在单片机这类应用型课程上，更应该忽略分数对人才的筛选，无需再去筛选课程学习的合格人数。在创新课程中，更应该注重提高学生的知识应用能力，并且侧重于学生演讲技巧与技术内容的配合的能力、解决问题的能力和创新和团队合作的能力，根据学生在创新课程上的综合能力进行最终的评定，然而分配给每个标准的权重将取决于当前课程的课程目标。针对课程中查看学生的课程设计内容和进展，完成平时分数的评定。最后采用演讲答辩的方式，对学生完成指定任务进行自我阐述，既注重过程与结果相结合，又能锻炼学生语言表述能力，培养学生敏捷的思维能力和一定的组织语言的能力[9]，达成培养综合人才的目标。

教师需要设定好该课程最终考核形式为演讲答辩，为学生学习此门课程的考核形式进行心理建设，鼓励学生接受挑战、从失败中学习并坚持不懈地努力来培养成长型思维。教师提供侧重于给予完成答辩项目进度和改进的反馈，针对课程答辩的技术内容所涵盖知识点的准确性、完整性进行指导。根据学生向观众及评委有效传达技术内容的能力来评估学生的演讲技巧[10]。教师和评委将评估学生清晰表达能力、组织他们的想法的能力、使用适当的视觉辅助工具和吸引观众的能力以及为技术问题开发独特解决方案的能力，结合学生对单片机硬件和软件的理解、调试代码、开发的代码质量、所提出想法的原创性和创造性等，综合以上情况完成对学生学习情况的综合评价。

教师可以在课程设计中设定，课程任务其中一项可以更改为小组项目，考核方式依旧可以选择演讲答辩，并且以小组形式的演讲答辩。单片机应用综合创新的任务可以让学生完成商业电梯设计、校园快递柜存放设计、带有倒车雷达和倒车影像的多轮小车等实用性价值比较高的设计任务，由于此类项目设计的工程量较大，课时相对不够用，较适用于进行小组设计任务。教师在指导和引导学生完成任务的过程中，可以观察学生团队有效合作、协作和平等地为项目做出贡献的能力，进行有效的评估团队合作技能[11]。并且在此过程中教师要鼓励学生反思他们的学习和个人成长，最重要的是思考自身在团队内的重要性，提供自我评估的机会，能够真正在组内活动中比较客观的认识到自己优点和缺点，提前为步入社会，进行社会性工作进行铺垫。

5、结语

《单片机应用综合创新》课程是一门更加注重实践知识和创新创造的课程，在实际教学中应用以上教学方法，学生认为知识的转化变得轻松，在实际需要完成一项作品时，才会激发对某一项功能的探索欲望，才会真正的将知识点记牢并应用。今后，我们教育者还将不断地探索，加大理论课程和创新进阶课程的改革力度，让更多学生热爱所选择的专业，建立专业自信，体会科学的力量，为人类的进步和科技的发展付出自己的一份力。

参考文献:

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[2]董国永,李健宝,卓贞梅.法国雷恩高师职前体育教师跨学科素养培养的举措及启示[J].体育学刊.2023(02)81-88.

[3]唐艳,柳欣,王铮.电子信息专业开展课程思政建设的路径分析——以模拟电子技术课程为例[J].电脑知识与技术.2021(17)127-129.

[4]高茂,张丽萍.融合多模态资源的教育知识图谱的内涵､技术与应用研究[J].计算机应用研究.2022(39)2257-2267.

[5]教育部人事司.高等教育心理学[M].高等教育出版社,202009:161.

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[7]荆全忠,邢鹏.“互联网+”背景下高校教学模式创新研究[J].教育探索,2015(09):98-100.

[8]吴俭.数字媒体技术专业课程与实践教学模式创新研究[J].南国博览.2019(04)202.

[9]孙宏志,解月光,张于.核心素养指向下高阶思维发展的表现性评价设计[J].电化教育研究.2021(42)91-98.

[10]林金辉,刘梦今.高校中外合作办学项目内部教学质量保障基本要素及路径[J].中国大学教学,2014(05):62-66.

[11]蒋道平.论科学精神及其对当代中国社会进步之影响[D].中国科学技术大学,2016.