三峡大学高健、金韦利 等：融入课程思政的单片机课程教学改革探索与实践

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三峡大学电气与新能源学院的高健、金韦利、文斌在2024年第10期《电气技术》上撰文，针对单片机课程传统教学中存在的忽视课程思政和工程伦理教育等问题，结合学生能力和课程特点，改革教学思路。采用线上线下混合式教学设计；从单片机工作原理、技术发展和应用实例等方面挖掘思政元素，突出课程思政教学建设，培养学生的科学思维方法、探索精神和工匠精神；将工程伦理融入实践教学，对综合作业课题进行工程伦理分析和决策，培养学生的工程技术素养、职业素养和社会素养。所提出的方法取得了一定的教学创新成果，在工科专业课程的教学中具有一定示范作用。

2019年8月，中共中央、国务院印发了《关于深化新时代学校思想政治理论课改革创新的若干意见》；2020年5月，教育部印发了《高等学校课程思政建设指导纲要》，对全面推进高校的课程思政建设和提高人才培养质量提出了具体的要求。

当前，各高校积极开展工程教育专业认证和工程教育研究，秉承以学生为中心的工程教育理念，大力培养具有创新能力的应用型人才。

“新工科”建设背景下的专业课程建设需要与思政教育深度融合，帮助学生塑造正确的世界观、人生观和价值观。因此，如何在专业课程中进行有效的课程思政教育成为高校教学改革的首要任务之一，各专业的专业课程也成为课程思政建设的新阵地。

1 课程特点及存在的问题

作为工科类专业，电气信息类专业在人才培养中不仅要加强专业知识的教育和实践能力的培养，更要注重强化课程思政和工程伦理教育，培养学生精益求精的工匠精神。

“单片机原理及应用”是电气信息类专业的一门核心专业课，具有较强的实践性和应用性，在整个专业的课程体系中起到承上启下的作用。通过本课程的学习，要求学生掌握单片机的硬件结构，指令系统和编程基础，中断系统、定时/计数器、数据通信、输入/输出（input/output, I/O）接口、存储器和I/O扩展、模数转换接口与数模转换接口等基本功能的应用，学会应用单片机进行基础的测控系统设计。

单片机课程的知识点多而繁杂，其硬件设计和软件编程需要学生具有较强的逻辑思维能力，在以往的教学过程中，存在以下几个问题：

1）教学形式多以教师讲授为主，由于具有较多的抽象概念，教学过程枯燥乏味，学生学习缺乏动力。

2）有实验环节，但主要是学生依据实验指导书上的实验步骤，在实验箱上插导线，在计算机上点鼠标，收获较少。不少学生在实验之后，依然无法独立完成一个简单单片机系统的设计和制作。

3）教师关注学生的专业知识学习，忽视课程思政教育和工程伦理教育，不利于学生健康成长，并会影响学生未来的职业生涯发展。虽然有的教师会对学生进行一定的思想教育，但是较为生硬，学生可能存在抵触情绪。

2 课程教改措施

2.1 课程教学思路

以学生为中心，明确学生能力和素质的培养目标；在线上线下混合式教学中充分融入课程思政元素，培养学生的科学思维方法和工匠精神，培养学生的工程师职业伦理道德；采用雨课堂互动、翻转课堂研讨、慕课单元测试、课后仿真作业、单片机综合作业等多种教学活动形式，有效利用线上线下资源和工程项目资源，突出学生工程实践能力的培养，提升课程的“高阶性”“创新性”“挑战度”，通过实践提升学生的工程伦理责任感。

2.2 混合式教学设计

课程教学设计如图1所示，依据上述教学思路，将课程教学分为理论教学和实践教学两个部分，线上和线下两个维度，课前、课中、课后三个阶段。

图1 课程教学设计

课前，学生学习慕课线上视频，收集网络资料，通过多种形式与教师讨论，并带着问题进入课堂，提高学习的主动性和自觉性。

课中，教师讲解重点、难点，提出探究性问题，组织翻转课堂，学生深度参与教学，并通过雨课堂练习反馈学习效果。教学中，结合单片机技术的发展历程、发展趋势、工作原理、应用实例等引入课程思政元素，培养学生的家国情怀、道德规范、科学思维方法、工匠精神和探索精神，培养学生的工程师职业伦理道德。

课后，教师利用仿真作业指导学生完成功能单元仿真设计，学生完成线上单元测试和最后的期末考试，并可以通过线上线下多种方式与教师交流讨论，教师依据学习效果的反馈，持续改进教学方法。

实践教学中，让学生经历单片机系统设计开发过程，提升实践动手能力和解决复杂工程问题的能力。由专业教师依据工程项目和学科竞赛提出单片机综合作业课题，学生组队选题，在指导教师的指导下完成系统设计和报告撰写。考核时，分组答辩，由多位专业教师评判打分，同时对系统的硬件和软件设计，以及设计报告规定统一的格式和规范，培养学生在工程项目中的探索精神、工匠精神及规范意识。

2.3 课程思政教学

单片机课程属于工科专业课程，既不像文科课程那样可以进行大篇幅地价值观教育和文化教育，也不像数学、物理、化学等理科课程那样具有大量的典型人物和典型事例，因此要实现全课程育人的目标，就必须要结合本课程技术和应用的特点，从工作原理、技术发展和应用实例等方面充分挖掘思政元素，挖掘课程的育人价值。

课程思政教学体系见表1，本课程建立了包括15个课程思政案例和18个课程思政教学点在内的六维度价值培养课程思政教学体系，改变生硬的说教，将课程思政柔性地融入课堂教学中，并结合发展趋势、时事新闻等进行动态调整。思政案例与每节课的探索性提问，结合仿真作业和单片机综合作业等实践环节，从家国情怀、道德规范、科学思维、工匠精神、探索精神、工程伦理六个方面对学生进行价值塑造。

表1 课程思政教学体系

2.4 工程伦理教学

电气信息类专业主要是培养具备从事电气工程系统操作、设计和管理能力的工程师。工程师的职业特点决定了工程师在工程活动中需要承担更多的职业伦理责任。

本课程不是工程伦理课，而是应该将工程伦理知识应用到单片机系统的设计实践中。因此，本课程的工程伦理教学建设主要从理论教学环节和实践教学环节两个方面进行。

1）在理论教学中，将工程伦理教学融入课程思政教学中，结合思政教学中的家国情怀、爱岗敬业、规则意识等素质培养，培养学生的工程师职业素养和职业道德。

2）在实践教学中，要求学生从安全、健康、环境、生态、能源、法律、可持续发展等方面对所做综合作业课题进行工程伦理分析、判断和决策。在综合作业报告中增加工程伦理方面的内容和章节，并修改原有的评分规则，由指导教师对工程伦理内容进行评价打分。从而增强学生的工程师职业素养和职业道德。

2.5 教学实施案例

下面以“节能环保”和“工程伦理实践”为例说明课程思政教学的具体实施过程。

1）案例1：节能环保（低功耗模式章节）

（1）通过雨课堂提问学生：在外面使用手机时，最怕遇到哪种情况？引出嵌入式系统的低功耗节电模式问题。

（2）对比分析AT89S52、MSP430、STM32三种单片机的低功耗模式，引出AT89S52单片机的空闲模式和掉电模式。

（3）结合课前的慕课线上低功耗节电模式视频学习内容，重点讲解空闲模式和掉电模式的进入与退出方法。

（4）结合“积沙成塔，集腋成裘”的道理，指出使用低功耗节电模式不仅是对单个系统的节电，更是对整个社会的节电、节能，减少电池的使用也是对环境和生态的保护。

（5）特别指出，在后续综合作业中，进行单片机系统设计时需要考虑节能、环境、法律、可持续发展等工程伦理问题。建议学生可以把低功耗节电模式的设计作为其中一个方向。

2）案例2：工程伦理实践（综合作业）

（1）在综合作业任务书中，除了提出需要实现的技术指标之外，还要求在系统设计中对工程伦理因素的影响进行分析。

（2）指导教师在任务分配时，突出强调工程伦理问题，要求学生在系统设计中对工程伦理因素进行分析和判断；提醒学生注意“抄袭”“山寨”等职业道德规范问题和知识产权保护法律法规，禁止学生在软硬件设计和报告撰写中，拷贝抄袭网上资料和他人设计；鼓励学生在系统设计时考虑加密设计，保护自身知识产权。

（3）将综合作业的评分规则细化为：文献阅读10%，表达与规范15%，工程伦理10%，团队合作10%，经济决策5%，设计方案与实验方案50%。对于工程伦理打分项，要求至少合理分析一个工程伦理因素才能评价及格，合理分析三个因素才能评价优秀；系统设计和报告撰写明显拷贝抄袭的直接评判不及格，不允许参加答辩。

3 教学改革效果

课程思政教学是一种隐性教育，更加强调“春风化雨、润物无声”的教学效果。

当进行课程思政有关的教学活动时，特别是将热点新闻和应用实例融入课程思政时，学生听课的专注度比讲授专业知识时有一定提升。这与长时间的专业知识讲解容易使学生形成思维疲劳有关，融入思政元素后，学生的思维可以得到一定的转换。课后的学生访谈反映出课程思政元素能使学生有所感触，使其在严谨的作风、精益求精的精神、辩证的思维方法等方面有新的体会。

通过问卷调查评估学生对课程思政内容的感知和认可程度。针对表1中六个维度的课程思政教学体系，设计以下六个调查问题：

1）学习国内外单片机相关技术的发展与现状之后，是否增强了自己的家国情怀和社会担当意识？

2）学习本课程之后，是否提升了自己的职业道德、规则意识等道德规范？

3）本课程的学习是否有助于培养自己独立思考、辩证分析的能力？

4）完成仿真作业和综合作业之后，是否对系统设计中的精益求精有了更强烈的感受？

5）本课程的学习是否有助于掌握科学探究方法、提升自己的探索精神？

6）完成综合作业之后，是否对系统设计中的工程伦理问题有了更深刻的理解？

每个问题设置三个选项，即明显、有感觉、无感觉。课程思政问卷调查统计见表2。

表2 课程思政问卷调查统计

依据表2的统计结果，本课程对学生在家国情怀、道德规范、科学思维、工匠精神、探索精神、工程伦理六个方面的价值塑造均有一定的提升效果。特别是在工程伦理方面，由于综合作业对学生提出了明确的实践要求并进行考核评价，因此学生的工程伦理实践能力得到提高，与原来仅学习理论知识相比，学习本课程后，学生已经能够在实践中有意识地考虑相关工程伦理问题。与其他五个方面相比，学生对探索精神的感知程度相对较低，这主要是因为其切入点比较分散，强度较弱。后续可以通过增加实例和加强实践，进一步提升认可程度。

本课程从2020年开始进行教学改革并受到好评，在校级线上线下混合式一流课程建设项目考核中被评为优秀，并于2023年获省级线上线下混合式一流本科课程、校级课程思政示范课程和教学团队荣誉。学生对课程教学的评价逐步提高，特别是从2021年教学改革全面推进开始，学生评教成绩得到显著提升。课程教学学生评教成绩如图2所示。

图2 课程教学学生评教成绩

4 结论

本课程所提出的课程思政教学方法和工程伦理实践方法可以提高学生的自觉性和主动性，增强学生的实践能力和创新能力，培养学生的思维方法和工匠精神，提升学生的工程技术素养和职业素养，使学生在未来能更好地适应社会发展和企业发展，提高就业竞争力。本课程对其他课程，特别是工科专业课程的教学具有一定的示范作用。

本工作成果发表在2024年第10期《电气技术》，论文标题为“融入课程思政的单片机课程教学改革探索与实践”。本课题得到三峡大学2022年高教研究项目、三峡大学2023年校级教学改革研究项目的支持。

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