单片机工程应用课程教学改革探索

摘  要：高等教育的所有课程都应承担育人的功能，高校教师应积极进行专业课程思政的建设。首先分析研究生课程——单片机工程应用的课程特点，课程具有知识点多且交错联系复杂，内容比较抽象，综合性、工程应用和实践性都非常强的特点。然后整合课程内容，设计出既能体现关键知识点，又能在工程中经常用到，而且能方便学生动手实践的教学案例。实施任务驱动的案例教学，在案例教学中融入思政元素，达到育人育才的目的。通过课程教学实践表明，在教学实施过程中明显提升学生的参与感，学生的知识和能力获得感强，增强动手实践能力，升华自己的思想，坚定科技报国的决心。

关键词：思政元素;案例教学;单片机工程应用;研究生课程;教学改革

中图分类号：G642      文献标志码：A          文章编号：2096-000X（2024）27-0130-05

Abstract： All courses of higher education should have the function of educating students， and teachers in colleges and universities should actively carry out the ideological and political construction of professional courses. Firstly， the characteristics of the postgraduate course -- SCM Engineering Application are analyzed. The course has characteristics of abstract contents， many theoretical knowledge points， and strong comprehensibility， practicality and engineering application. Then the course contents are integrated into several engineering cases. The cases are designed that can not only reflect the key knowledge points， but also can be often used in engineering， and can be facilitated to practice for students. By implementing task-driven case teaching and melting ideological and political elements into cases， the purpose of educating the students' thinking and knowledge talents are achieved. In the teaching implementation process， students' senses of participation are significantly improved. The abilities of acquisition of knowledge and capacity of students are strength. The practical abilities are enhanced. The student thoughts are sublimated. The determinations of student using the science and technology to serve the country are stimulated and firmed.

Keywords： ideological and political elements; case teaching; SCM Engineering Application; postgraduate courses; teaching reform

教育部在《高等学校课程思政建设指导纲要》（教高〔2020〕3号）文件中指出，全面推进高校所有专业课程思政的建设是落实立德树人根本任务的战略举措。落实立德树人根本任务，必须将价值塑造、知识传授和能力培养三者融为一体、不可割裂。全面推进课程思政建设，就是要寓价值观引导于知识传授和能力培养之中，帮助学生塑造正确的世界观、人生观、价值观。这是人才培养的应有之义，更是必备内容[1]。所有高校，所有教师，所有课程都必须承担好育人责任，使各类课程与思政课程同向同行，将显性教育和隐性教育相统一，形成协同效应，构建全员全程全方位育人大格局[1]。

高等学校人才培养是育人和育才相统一的过程， 要牢固确立人才培养的中心地位，围绕构建高水平人才培养体系，不断完善课程思政工作体系、教学体系和内容体系。建设高水平人才培养体系，必须将思想政治工作体系贯通其中，必须抓好课程思政建设，解决好专业教育和思政教育“两张皮”问题。应深度挖掘高校各学科门类专业课程蕴含的思想政治教育资源，解决好各类课程与思政课相互配合的问题，发挥所有课程育人功能，构建全面覆盖、类型丰富、层次递进、相互支撑的课程体系[1]。

高校教师要充分结合不同专业学科知识内容的特点和规律，应积极创新专业课程思政的教学模式，在讲授专业理论和实践知识时，注意挖掘专业知识中蕴涵的思政元素点，合理地融入思政元素，以润物无声方式完成对学生价值观的引领和塑造。高校专业课的教师不仅能够对专业知识进行讲授，还能在给学生讲授专业知识的同时，将正确的世界观、人生观和价值观传递给学生，实现学生专业知识学习与“三观”养成的并行并举，并相互促进，树立科技报国的学习目标，激发学习动力，调动学习积极性，使学生成人成才[2-3]。

一  课程特点

单片机工程应用是机械学院研究生的必修课程，单片机具有体积小，重量轻，价格便宜，与工程应用结合紧密，实践性强等特点。学生在后续的课题阶段控制系统大都采用单片机系统，因此每年多数学生都会去选修该课程。

单片机工程应用课程具有知识点多且交错联系复杂，内容比较抽象，综合性、工程应用和实践性都非常强的特点[4]。基础知识学习是学生设计单片机应用系统的基础，而单片机应用系统开发的工程实践是理论学习的应用和拓展。学习过程中要想达到很好的效果，教学过程中要求知识体系学习和单片机应用系统开发同步进行，因此采用理论知识学习融于案例实践中的案例式教学，立足具体应用系统开发的实现、强化实践应用，培养学生单片机工程应用系统的硬件系统设计和软件系统编程的实践能力和应用能力，使理论知识在实际案例应用中更深入理解和掌握。学生通过案例式单片机应用系统开发和实践，掌握单片机应用系统设计的基本步骤与基本方法，掌握工程中机械装备等的控制系统的设计方法，具有单片机应用系统的硬件系统设计、程序设计的能力，具备单片机应用系统的软硬件联合调试的能力，为机电设备的单片机应用控制系统的开发打下坚实的基础[4-5]。

同时，课程中蕴含了科学思维方法、爱国主义、工匠精神和学术道德等方面思政元素，具有良好的开展课程思政教育的基础[6]。课程中充分发掘其中蕴含的思政元素，在理论知识讲解、实验和案例教学实践等过程中，根据课程内容融入适合的相应的思政元素，既教书又育人，将会产生潜移默化、润物无声的效果。

课程思政不能为了思政而弱化专业知识的学习，因此在该课程的教学过程中，坚持以学生中心，以学生学习效果为产出导向、不断改进，探索如何科学合理构建课程中的思政元素的教学体系，充分挖掘该课程中所蕴含的思政元素点，在教授专业知识的同时实现思想价值的引领，不断提升学生的学习体验，提高学生学习该课程的获得感和学习效果[6]。

二  单片机工程应用课程教学改革探索

（一）  教学改革探索思路

课程思政和案例教学融合实施思路如图1所示，依据课程教学目标和理论实践需要紧密结合的特点，围绕知识点进行教学案例设计，采用知识目标融于案例中，通过案例任务加深对知识理解，在课程教学过程中实现传授知识目标，培养能力目标，融入思政目标的教学目标。通过知识讲解融于案例中，并通过案例设计仿真加工等动手实践环节，学生学到了知识，增加动手实践能力，形成正确职业操守和价值观的目标，并深入体会老师讲的思政点、能力培养目标和思政目标。教师结合教学中学生的反馈，调整优化设计不同的工程应用教学案例，形成较为成熟的融入课程思政的单片机工程应用教学案例。

首先，提高任课教师课程思政的站位，牢记立德树人的宗旨，做到言传身教。教师是学生学业领路人，职责是传递价值观、教授知识技能、解决学生疑惑。教师在教学过程中正确得体的言行对学生有示范性，对培养良好道德信念、树立正确价值追求、培养专注专业态度起到表率与激励作用[7]。教师在教学准备工作及教学过程中的精神面貌与投入程度是形成良好课堂氛围的前提，是课程思政实施取得良好效果的关键。提高任课教师对课程思政建设的认识，让教师承担起教书育人的责任，提升任课教师课程思政建设的能力[7]。

其次，设计教学案例。根据知识能力等教学目标，设计8个案例进行任务驱动式教学，开展课程思政建设。然后实施教学案例，按照先讲授案例中用到的相关知识点，接着进行案例分析，启发学生设计相关案例的单片机应用系统开发，根据开发流程，开发出自己的单片机应用系统。在案例中根据涉及的知识内容自然地以讲故事的形式融入思政元素，达到育人和育才的目的。

最后，总结每次教学过程中出现的问题，根据学生的反馈持续改进。按照与时俱进的原则，结合当前热点新闻，调整讲授的思路和顺序，建立知识点的连接以及在案例中插入的思政元素。

在整个单片机应用系统开发的过程中，老师布置案例任务，学生动手设计具体案例单片机应用系统。老师起到答疑解惑的辅助引导作用，体现以学生为中心，学生为主体，教师为主导，有利于知识能力和思政等教学目标的实现[6]。整个学习过程是一个不断培养学生工匠精神与实践创新能力的过程，以此来全面提升学生的科学素养。

（二）  课程思政和案例教学融合案例设计

立足“两性一度”，集成教学内容为任务驱动的案例教学。一是引入单片机应用系统开发仿真工具Proteus和Keil C软件，方便系统开发的同时加快系统开发速度，在Proteus中调用元件库中的电子元器件并按照原理进行连线，完成系统原理图绘制。利用Keil C编程软件编写单片机应用系统程序并进行调试编译。将调试编译正确的二进制程序代码装载到Proteus软件中的单片机ROM中，二者联合仿真，检查开发的应用系统功能是否能够实现，出现问题判断是硬件还是程序，反复前面的步骤及时修改调试，直至单片机应用系统功能完全实现。二是重组教学内容，将单片机基础知识内容让学生先进行学习，上课时采用翻转课程进行知识复用，设计相关案例加深对知识的应用掌握能力。三是结合技术的发展持续改进更新案例，多采用工程中实际应用案例，选择既能紧密联系工程实际和后续应用，又适合学生动手实践的教学案例，采用仿真与实物制作结合的形式，实现应用系统开发，增加学生的动手能力和获得感。

案例设计时的指导思想是确保案例内容既包含所有知识点，与工程应用密切联系，又方便学生进行实践。设计了如下八个案例：单片机应用系统开发实例——点亮小灯;单片机控制流水灯和信号灯;单片机串行通信应用案例;单片机控制步进电机应用案例;单片机控制直流电机应用案例;单片机控制交流伺服电机应用案例;单片机控制大功率高电压线圈及报警灯应用案例;温室大棚单片机应用控制系统。

（三）  课程思政和案例教学融合的思政元素设计