工程认证背景下《单片机应用系统设计》课程实验小组合作教学模式

工程认证背景下《单片机应用系统设计》课程实验小组合作教学模式

李冬英 李梦奇徐勇 王小明 王斌

(邵阳学院 机械与能源工程学院，湖南 422000)

摘要：工程认证背景下，为了培养学生解决复杂工程问题的能力，对课程实验教学提出了更高要求。本文在分析《单片机应用系统设计》课程实验教学内容和教学组织现状的基础上，针对课程实验存在的教学组织形式单一、教学模式针对性不强、理实一体协同不够等问题，对验证操作性实验、综合设计性实验、研究性实验采用分别采用STAD、TGT、LT等不同的小组合作学习模式，实验教学取得较好效果。

关键词：小组教学，单片机课程实践，STAD，TGT，LT

工程认证背景下，课程实验作为课程的重要组成部分，与课程的理论知识一起，理实一体化为培养学生解决复杂工程问题能力提供支撑。对于应用性和实践性较强的课程，课程实验教学显得尤为重要[1]。本文以《单片机应用系统设计》课程实验为对象，提出教学思路：根据理论课内容体系合理设置实验课内容，通过实验设计、数据分析、文献调研培养学生深入思考、解决问题的意识和能力，通过多样化实验形式，高效、全面掌握相应问题的分析及解决办法，并解决问题。

1.单片机应用系统设计实验教学现状

《单片机应用系统设计》是一门实践性、应用性很强的技术基础课，课程实验教学非常重要，通过实验教学不仅要加深学生对理论知识的理解和掌握，巩固所学理论知识，而且要有助于培养学生的学习兴趣，提升学生分析问题、解决问题的能力，增强学习的积极性和主动性[2]。

（1）课程实验内容

单片机实验内容其主要是学生通过完成子程序设计、数据排序、定时器/计数器、外部中断、直流电机、A/D转换编程等实验，掌握51系列单片机的基本硬件结构、指令系统、应用设计等方面的知识，并初步掌握相应的实验检验理论的必要基本方法和技能，为学习专业知识和将来从事技术工作打好基础。

（2）课程实验教学组织方式

分组教学是当前课程实验的主要教学组织方式，常见的教学安排是采取教师演示讲解，然后学生分组实践实施、教师进行指导、辅导，处理学生实验过程中的各种情况，并对学生进行过程评价，学校完成操作后撰写实验报告，老师对学生实验进行综合评分。学生分组时，具有组数和每组人数不是根据实验项目进行，而是由实验条件决定；一般按照学号进行分组，每组学生的积极性、能力基础、协作性具有随机性；实验小组分工责任难以细化，学生之间协作不强，部分学生参与度不高。

2.单片机应用系统设计实验教学中存在的问题

（1）教学组织形式单一。实验根据学生人数和设备台套数进行分组，尽管小组数量和小组人数不同，但是教学采用相同的大纲、统一组织安排，在相同时间内完成相同的实践内容，学习过程中学生“一起来、一起走、一起学”。

（2）模式针对性不够强。多数应用型本科院校在实验项目的统计上进行了分类，分为验证操作性实验、综合设计性实验、研究性实验等，但是在实际运行中，实验教学上，并没有根据实验项目的类型进行针对性组织，没有进行细化指导，各门课程的实验项目整合还不够深入，实验教学模式的针对性不强[3]。

（3）理实一体协同不够。理论教学与课程实践脱节，导致学生缺乏解决实际问题的能力。课堂上的理论知识讲授环节与课后的实验环节不能同时进行，无法实现理论与实践的无缝衔接，学生做不到及时将听课内容应用于实验，对于理论知识理解不够扎实的地方不能及时地用实践来排除疑惑，无法实现“学”与“做”的高度融合[4]。

3.面向不同类型实验项目的小组合作学习模式

针对实验项目类型的不同，采用不同的小组合作教学模式，对验证操作性实验采用小组成就法（STAD）小组学习模式，对综合设计性实验采用竞赛法（TGT）小组学习模式，对探究性实验采用共同学习法（LT）学习模式，在两个年级的学生中进行教学实践，实验教学取得较好效果。

（1）验证操作性实验STAD模式

STAD法，Student’s Team Achievement pision，学生小组成就区分法，又叫学习小组成绩分工法是合作学习教学模式中较为简单、最容易

基金项目：湖南省教育厅教改“工程认证背景下实践环节“小组”合作教学模式研究与实践(HNJG-2021-0903)

作者简介：李冬英，1976年12月，女，汉，湖南邵阳，博士研究生，副教授。研究方向：智能制造技术，先进制造装备

实施，也是十分有效的合作学习教学方式。在STAD中，每个小组成员都分担一定的学习任务，承担对本小组成绩的责任，小组成员的表现将决定小组成绩的高低，是一种任务分担、团体计分的合作学习方式。小组成员需要进行前期准备，每个成员在自己努力学习实施的同时要帮助其他人，既要对自己负责，还要对其他组员负责。根据班级学生人数进行分组，每次指导学生在20人左右，分为4-5组，每组4-6个同学，每个小组的成员根据小组之间的差异进行调整，积极主动、效果较好的同学分散到各个小组中，确保每个小组学习组织更加紧凑高效，学习体验更有整体感、团队感。

（2）综合设计性实验采用TGT模式

TGT法，team-game-tournament，小组游戏竞赛法，由德弗里斯和爱德华兹1980年所创，强调小组奖励、个人责任和成功机会人人均等[6]。与STAD有类似之处，但在体现个人责任和成功机会人人均等的方面，TGT方式更有推动作用。对于综合性、设计性实验，要求学生熟练掌握基本内容和技能，并能够进行运用，实验过程中还引入竞争，采用比赛的方式完成实验任务和创新实验内容：针对具体的学习任务进行竞争学习；学生在完成固定任务基础上，修改各项条件，然后再完成，比较哪个小组思路更新、效果更好、完成更快捷。比的是团队，推动整个小组更努力、相互帮助更有效、协同更强，个人与团队融入得更深，对学习的促进更有效。

（3）研究性实验采用LT模式

LT法，learning together，共同学习法，由明尼苏达大学“合作学习中心”的约翰逊兄弟及其同事设计的一种小组合作学习的方法，有时人们也称为“约翰逊法”，要求学生在四至五人的异质小组中学习指定的作业单,小组共交一份作业单,依据小组的成绩给予表扬和鼓励。方法强调合作学习5个基本要素相互作用和有机结合。对于研究性实验，明确实验的技能基础和实验学术目标，选择部分学生参与，然后确定小组规模、根据学生能力进行分组，要求学生收集材料、共同学习材料，再进行讨论，设计实验方案，分析和评估实验不确定性，由教师对实验方案进行审定后共同实施。

4 结论

由于课程的实践性和应用性特别强，单片机应用系统设计课程实验显得特别重要，针对现有课程实验教学中存在的实验设计上理实一体化贯彻不够、实验模式上没有针对不同实验项目类型选用最佳模式、教学组织上分组简单和形式单一、过程控制上缺乏有效手段等问题，针对实验项目类型采用不同教学模式，对验证操作性实验采用STAD小组学习模式，对综合设计性实验采用TGT小组学习模式，对研究性实验采用LT学习模式，进行模式细化和实施，实验教学取得较好效果。分类教学及其模式对基于设备的实验教学有一定的借鉴作用。

参考文献

[1]吕念玲,张林丽,靳贵平等.工程专业认证理念带动的实验教学改革[J].实验室研究与探索,2022,41(05):211-215.

[2]汪爱明,刘纪伟,李永兴等.面向工程应用的单片机实验案例设计[J].实验技术与管理,2020,37(06):179-184.

[3]陈新民.应用型本科的课程改革：培养目标、课程体系与教学方法[J].中国大学教学,2021(07):27-30.

[4]胡双喜,李芳.基于逆向工程的创新设计与制造综合实验教学[J].实验科学与技术,2023,21(01):72-75.