单片机原理与应用课程对分课堂教学模式的实践探索

关键词：单片机原理与应用；对分课堂；教学改革；课堂教学；教学实践

中图分类号：G642 文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2025）03-0154-03 开放科学（资源服务） 标识码（OSID） ：

0引言

传统教学模式以教师为中心，课堂教学主要采用讲授法，教师几乎占用整个课堂教学时间，扮演着知识灌输者的角色，学生则处于被动学习状态，缺乏长期思考训练，难以培养创新思维。2014年，李克强首次提出“大众创业、万众创新”[1]，2017年，教育部提出了“新工科理念”[2]，两者均突出强调了创新能力的重要性。这要求高校在人才培养过程中，注重大学生创新思维能力和自主学习能力的培养。课堂教学需要实现教师与学生角色的转变，突出学生的主体作用，同时培养学生的思考习惯，并激发其创新潜能。

张学新教授于2014年提出了对分课堂这一新型教学模式[3-4]。该教学模式将教学时间分为三个部分：第一部分为教师的精讲留白，第二部分为学生的内化吸收，第三部分为课堂的讨论交流。教师的精讲留白为学生的内化吸收奠定知识基础，学生在内化吸收后的成果通过小组讨论和全班交流得到展示、分享和完善。课堂讨论过程中生成的知识增量不断丰富课堂教学的理论深度和知识广度。该教学模式不仅能够调动学生学习的主动性和课堂参与度，充分挖掘学生的创新潜力，同时还能提升学生的学习效果，有助于高等教育教学质量的提升。

在单片机原理与应用课程的教学过程中，引入“对分课堂”教学模式，根据教学内容与学生实际情况，灵活运用“当堂对分”和“隔堂对分”两种教学策略。在教学实践中，教师不仅要讲解知识点的重点、要点和难点，还需要给予学生充分的时间进行自主学习、小组讨论以及自由提问，从而注重培养学生的自主学习能力、实践应用能力和创新创业能力等三大核心能力。

本文共分为5个部分：第一部分介绍单片机原理与应用课程的教学现状；第二部分阐述基于对分课堂教学模式的课程教学设计；第三部分描述该课程对分课堂教学模式的实践；第四部分分析课程对分课堂教学的效果；第五部分对研究成果进行总结与反思。

1 单片机原理与应用课程当前教学中存在的问题

单片机原理及应用课程是自动化类专业人才必须掌握的一门专业课程。该课程不仅要求学生掌握相应的理论知识，同时具有很强的实践性和工程性，强调理论教学与实践教学的高度结合。单片机原理及应用课程总学时为48，其中实验学时为12，理论学时为36。在课程教学实施过程中，存在以下问题：

1） 重理论轻实践。教学计划中理论学时为实验学时的3倍。在课堂教学中，教师注重讲授理论知识，而学生的实践环节时间占比较低[5-6]。学生花费大量时间理解并消化理论知识，但在实践实验教学中，往往不能合理规范地将理论知识运用到具体项目中。学生无法明确学习单片机理论知识对于自动化专业的重要性，也不清楚其在自动化控制中的具体应用，导致学习过程中出现困惑，并在理解与应用上有所不足，从而影响教学效果。

2） 教学方法单一。目前单片机原理及应用课程中常用的教学方法为讲授教学法。在这种方法中，教师成为课堂的主角或主演，而学生则充当听众或观众，课堂缺乏互动性和创新性[7-9]。实践环节也未得到足够的重视，课堂中缺少对学生自主学习能力和实践应用能力的训练。实验课程通常依托现成的实验箱完成实验，但这几乎仅限于简单的理论知识验证，缺乏设计性和创新性的实验。

2 单片机原理与应用课程对分课堂教学策略设计

根据单片机原理及应用课程教学大纲安排，课程理论讲授部分共48学时，每次课3节连上。在实施对分课堂教学策略前，需先将授课内容按3节/次进行详细拆分，并根据知识点的难易程度及内容特点灵活选用“对分”模式。学生在前续课程中已经学习过C语言程序设计和微机原理与接口技术课程，因此对于基础知识、开发环境、中断原理与应用、时钟、复位、ADC原理与实现、SPI应用等偏重基本知识和简单实践操作的内容，重点在于即刻应用，采用“当堂对分”的教学策略。

在讲授硬件基础知识（如复位和电源模式及实现、定时器原理与应用、串行收发器原理及实现、SPI原理等） 时，由于知识点难度较大，需要学生自主学习，因此需为学生预留足够的时间和空间以消化吸收知识，采用“隔堂对分”的教学策略。“隔堂对分”需为学生指定明确的课后准备任务，并引入适度的督促考核机制。

当堂对分的环节包括：教师讲授、学生自主学习及课堂讨论，这三个环节均需在一次课中完成。隔堂对分的环节为：课堂进行教师讲授和课堂讨论，课后留学生自主学习任务。

单片机原理及应用课程对分策略的具体安排详见表1。

3基于对分课堂教学模式的教学实践

对分课堂教学模式主要包括三大基本环节：教师讲授、自主学习和课堂讨论。在教学过程中，学生的主要任务是个人自主学习并参与课堂讨论，而教师的主要任务是讲授内容并主导课堂讨论。

1） 教师讲授。 教师讲授是对分课堂教学模式中最关键的环节，其教学效果决定了后续自主学习和课堂讨论环节能否顺利开展。对分课堂教学模式强调课堂讲授要精讲留白[10]。这要求教师在备课阶段，基于教学目标对教材中细碎的关键知识点进行重构，精心设计出融合多个知识点的教学任务，并在有限的学时内完成对这些知识点的讲授。“留白”要求教师无须面面俱到，而是点到为止，为学生留下思考和探索的空间。

在这一阶段，教师可以使用任务驱动的方式整合零散的知识点，构建系统化的知识框架，具体如表2所示。

任务内容是通过定时器T0产生50 ms的定时，启用定时器T0中断使LED9和LED10灯反转，并在P35 引脚输出定时脉冲。要求在指定实验箱上完成实验，实验箱的硬件布局如图1所示。

为了完成这一任务，教师需要在有限时间内向学生讲解定时器的工作原理、定时器的计数模式以及定时器的初始化三个重要知识点，并带领学生一起动手完成任务。同时，定时器初值计算和定时器初值赋值这两个知识点则留给学生，通过自主学习环节来完成。

2） 自主学习。学生在听完教师讲授后，以完成自主练习为学习目标开展自主学习[11]。教师向学生提供课件和必要的学习资源，学生需精读教师讲授的内容，全面、深入分析理解并融会贯通各个知识点。同时，学生需独立完成个人“亮考帮”作业和自主练习，并通过学习通网络平台提交，结果作为过程考核的一部分。“亮考帮”作业具体如表3所示。

个人“亮考帮”作业设计包含4个部分。第1部分是“亮闪闪”，要求学生在自主学习后亮出自己的学习感悟和学习收获，通常以思维导图的形式将知识点进行系统化梳理；第2部分是“考考你”，学生将自己已经理解的学习内容以问题形式提出，挑战其他学习者；第3部分是“帮帮我”，学生将自己尚未理解或希望进一步了解的内容以问题形式向其他学习者求助；第4 部分是问题情况反馈，即针对“帮帮我”中提出的问题，记录在课堂中是否已解决。个人“亮考帮”作业鼓励学生用简明、科学的语言进行总结和表述。

3） 课堂讨论。课堂讨论由小组讨论、全班交流和教师总结3个环节组成。本学期教学班共32人，依据学生上学年C语言程序设计课程考核成绩进行相对均衡分组，将班级分成8个学习小组。

第一环节：小组讨论。 一般在课堂开始后10分钟内进行。各小组成员基于个人“亮考帮”作业，与其他组员分享、交流、讨论学习内容，切磋探讨并解决学习问题，同时完成小组“亮考帮”作业。小组“亮考帮”作业内容与个人“亮考帮”作业相似，但侧重小组共同的讨论结果[12]。为全面训练学生的书面表达能力，每次讨论的记录由小组成员轮流整理完成。此环节中，教师负责监督每名小组成员的参与情况，并可结合规定量表对学生的表现进行过程考核。

如图2所示，班级各小组正在进行课堂讨论，并同步完成小组“亮考帮”作业。

第二环节：全班交流。教师根据时间随机抽查1 ～3个小组，由小组代表向全班分享小组的“亮闪闪”，可以通过“考考你”环节挑战指定的小组，并向全班求助小组的“帮帮我”，从而形成课堂大讨论。在此环节中，教师负责引导讨论，对学生表述过程中存在的不足之处进行凝练，并强化相关知识点。为激励学生参与，可设置奖励机制，对积极参与解决其他小组问题的学生给予积分奖励。

第三环节：教师总结。教师梳理本节课的学习内容、学习过程以及学习中的重难点，帮助学生巩固知识并加深理解。

4 对分课堂教学模式的实践效果

单片机原理及应用课程在2021级自动化专业X 班开展了为期一学期的教学改革实践，采用对分课堂教学模式进行教学。围绕课程的知识目标、实践能力和创新能力三个目标，通过统计完整学期中21份教学考核评价表的得分，并与采用传统教学模式授课的2020级自动化专业Y班考核结果进行对比，同时对分值进行归一化处理，分析实验X班与对照Y班最终课程目标的达成情况。具体结果如图3所示。

由图3可知，在知识目标达成度方面，X班比Y班高约0.1，表明教师讲授与学生自主学习是有效的；在实践能力达成度方面，X班比Y班高约0.3，表明课堂动手实践与实验教学是有意义的；在创新能力达成度方面，X班比Y班高约0.4，表明创新实验与课程设计项目教学具有突破性。采用对分课堂教学模式，学生在实践能力和创新能力方面的提升效果显著。在教学过程中，学生精神面貌良好，思维活跃，课堂参与度高。

5结论

单片机原理及应用课程是自动化专业的重要专业课程，对后续嵌入式课程的学习、学生的毕业设计以及就业具有很高的支持作用。采用对分课堂教学模式，不仅促进了学生对知识的内化吸收，还培养了学生的独立思考能力、动手实践能力、创新创业能力以及团队交流合作能力，切实提升了课程的教学效率和教学效果。