張得禮 王珉 金霞

針對大學階段的專業(yè)課教學，學生學習的主動性、專業(yè)性、廣泛性和創(chuàng)造性不夠，結合微機原理的專業(yè)課程的特點，提出在微機原理課程的教學實踐中采用競賽模式，給出了基于競賽的教學內容的設計和學生成績評價標準。教學實踐表明，基于競賽驅動的專業(yè)課程教學方法能夠滿足大學階段學習活動的要求，很好地完成了教學大綱的各項教學內容，并且大大促進了學生綜合能力的培養(yǎng)，可以推廣到其他類似專業(yè)課程的學習。

近年來，我國大學教育改革得到了大大的深化。大學教育越來越強調學生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的培養(yǎng)，互聯(lián)網+等各類創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)比賽和各類科教融合項目等課外活動，大大提高了學生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力，豐富了教學內容和教學形式，促進了學生的學習和對新知識的探究。但在課堂教學特別是專業(yè)課程教學中，大部分時間還是老師講學生聽，教學方法和教學手段還是顯得比較老套，教師和學生缺少交流和互動，學生上課的激情不夠。本文擬在專業(yè)課程教學中引入競賽機制，以微機原理專業(yè)課程為例，探究競賽項目如何圍繞教學大綱內容進行設置，建立學生成績評價標準和評價方法，提高學生學習的主動性、專業(yè)性和創(chuàng)造性，為其他專業(yè)課程的引入競賽機制提供重要參考。

1 大學階段學習活動的現(xiàn)狀

教學活動必須由教師和學生共同參與才能完成。好的教學方法必定能起到事半功倍的效果。但從教師實際教學效果來看，現(xiàn)階段仍有很多不如意的地方，主要體現(xiàn)在如下幾點。

（1）教學方法老套。我們的課程教學仍然沒有擺脫傳統(tǒng)的教師講、學生聽的授課模式。即使各類的教學改革層出不窮，但是都沒有形成真正的全新的完整教學體系和教學理論，對教學的指導意義不大，很多是為了教學改革而改革，沒有從根本上解決問題。

（2）教師和學生缺少交流和互動。在中國傳統(tǒng)的文化中，學生在家必須聽家長的，在學校必須聽老師的，學生從小學到高中，都是被動地接收老師的授課內容，長此以往，形成“老師說的都是正確的”思維定式，學生不敢隨便向老師問問題。這種現(xiàn)象一直持續(xù)到大學階段，往往教師很難在課堂上把學生的情緒調動起來，導致老師問、老師答的尷尬局面。另一方面，教師對學生課題之外的事情關心不夠，缺少必要的感情交流，對學生存在的心理和生活各方面的問題很少過問，學生對老師不夠信任。教師和學生之間沒有課外相處的時間，缺少必要的交流和溝通。

（3）生師比過大。由于我國大學學生多，教師少，有的高校生師比高達20：1，甚至34.8：1。每個教師的精力有限，很難關心和照顧到每個學生。由于師資不足，很多高校采取合班上大課的方式，使得班級教學規(guī)模過大，有的大班甚至達二三百人，不僅加大了教師組織教學的難度，而且從學生受教育的層面講，也大大降低了學習的效果與積極性，學生在課堂上打瞌睡、看閑書、玩手機的現(xiàn)象較多，教學效果難以保證。理論課如此，實踐訓練也同樣受到影響。許多重要的實踐環(huán)節(jié)也因指導教師不足或缺乏合適課題及實踐條件而走過場。使得本應具備較強實際工作能力的應用型學生缺乏實踐訓練而難以達到培養(yǎng)目標。面臨市場選擇，一些本科生的專業(yè)技能和實際工作能力還不如高職高專學生有優(yōu)勢。

從學生實際學習的效果來看，還存在很多的不足。

①學生學習的主動性不夠。在高中階段，學生一直圍繞高考展開各門課本知識的學習，兩耳不聞窗外事，等學生填志愿時，大部分學生對所選的專業(yè)并不十分了解，如專業(yè)的課程內容、工作和就業(yè)情況等，大家都會對聽起來高大上的專業(yè)進行報考，根本沒有考慮到自己的興趣愛好和是否擅長。導致很多學生進入大學階段出現(xiàn)厭學和為了應付考試而學習的狀況，對所學的專業(yè)或課程根本就不感興趣，這樣的學習狀態(tài)是很難激發(fā)學生主動學習的熱情。加之，學生離開長期管壓的父母，自我控制能力又差，游戲、娛樂等外部環(huán)境長期誘惑著很難自拔。

②學生學習的創(chuàng)造性不強。作為工科的學生，大部分的創(chuàng)新和創(chuàng)造性是來源于我們對已有知識的理解后在實踐中實現(xiàn)的，而我們的大部分課程都是以講授的方式進行，實驗課程少之又少，學生動手能力普遍比較差，即使有實驗課，學生也是按照規(guī)定的步驟做完就了事，甚至有的學生都不敢碰實驗設備，生怕弄壞了實驗設備。如上文所述，由于大多數(shù)學生的性格內斂和長期形成的填鴨式教學習慣，在老師講課時，學生也很少提問題，即使有疑問也不敢問。對于很多學生來說，能對老師講課的內容理解，考試能考得好就行了。有的“好”學生學習只是為了得到更高的績點，為考研和保研打基礎。這樣的學習動機很難對專業(yè)課程進行創(chuàng)造性學習。

③學生學習的內容不夠廣泛。學生課余時間看課本之外的書越來越少。以往知識的載體紙質書比較多，學生學習的內容大都是從紙質的書本來獲得，圖書館是學生學習和獲取知識的一個重要地方，沒有手機、沒有網絡，學生能夠靜下心來看書。但隨著互聯(lián)網技術的發(fā)展，學生的學習形式也發(fā)生了很大的變化，獲取知識的渠道也越來越廣泛，也越來越方便，可以基本能通過網絡搜索引擎獲得大部分知識，但是這種學習是碎片化的，不夠系統(tǒng)；更是由于知識獲取容易，學生反而不愿意花更多的時間學習，總是感覺想學啥，都能通過網絡查閱到。加之手機和網絡的普及，學生很多時間是花在短視頻、游戲、娛樂、八卦、追星等各種能帶來短時間的視覺、心理上更大刺激項目方面，學習相對來說，就顯得枯燥無味，年輕學生自我控制能力較差，大量的業(yè)余時間被其他活動所占用，看書就越來越不能專注，時間也越來越少。

2 大學階段學習活動的要求

大學學習活動需要結合基礎理論和專業(yè)技能來構建學生的知識體系，總體具有主動性、專業(yè)性、廣泛性和創(chuàng)造性等方面的要求，具體如下。

（1）學習的主動性。大學的學習是以培養(yǎng)學生學習專業(yè)技能為目標，通過專業(yè)和系統(tǒng)的學習，為今后獨立工作和科研活動做好知識和技能的儲備。這就需要在教學活動中不斷培養(yǎng)學生的自主學習的習慣和自主學習的能力，而不能再以題海戰(zhàn)術來獲得高的考試分數(shù)為目標。

（2）學習的專業(yè)性。大學學習從大一到大四由基礎理論課到專業(yè)基礎課，最后過渡到專業(yè)課的學習。學習具有較強的專業(yè)指向性，教學活動也是圍繞著專業(yè)方向展開，學生必須在所學的專業(yè)方向不斷積累知識和技能，才能達到畢業(yè)和適用今后專業(yè)工作崗位的要求。

（3）學習的廣泛性。隨著科學技術的發(fā)展，學科交叉和融合是必然的趨勢，新的學科內容也必須得到大量的補充。如人工智能、智能機器人等在我們各個行業(yè)已得到和將會得到大量的使用。大學的教學活動內容，也必須適用新技術的發(fā)展，不光要教學本專業(yè)的知識，還要了解和學習交叉學科的知識。

（4）學習的創(chuàng)造性。人類的進步史就是人類改造世界的歷史，而大學的教育是培養(yǎng)學生獨立思考能力，對已有的知識和未知的世界提出探索性問題，并能不斷地解決問題的啟蒙階段。教學活動的內容不光是要教授學生的基本知識，還要引導學生對新知識、新領域的探索和思考，激發(fā)學生創(chuàng)新學習的能力。

3 微機原理課程的特點

微機原理涉及電子電路、硬件架構及其資源配置、信息的輸入和輸出、信息存取、嵌入式編程技術等，是一門應用性較強的專業(yè)基礎課，在非計算機專業(yè)中，是一門難得的獲取計算機軟硬件基礎知識的課程。課程內容包括理論部分和實驗部分。

（1）是了解計算機結構的重要基礎課程。微機原理課程從底層講解了微機的結構和運行原理，這對學習現(xiàn)代計算機結構及其運行原理非常有幫助，尤其是高級語言和智能化軟件的出現(xiàn)，無需對底層硬件運行邏輯了解，即可操作。大多數(shù)學生對硬件知識知之甚少，這給學生后面的學習，尤其是在機電和自動化行業(yè)涉及電機控制等實時控制領域，需要對底層運行機理完全掌握才能寫出更好的控制程序，做出性能更優(yōu)的自動控制設備。因此，這門課對于我們非計算機專業(yè)的學生來說，顯得尤其重要。

（2）涉及專業(yè)基礎知識多。微機原理涉及電子電路、計算機硬件架構、信息的輸入和輸出、信息存取、通信、編程技術等各方面，該課程既是對已有專業(yè)基礎知識的鞏固，也是對如何使用已有基礎知識實現(xiàn)創(chuàng)新性應用的一個典型案例——計算機的誕生，對學生如何創(chuàng)新學習有很大的啟發(fā)作用。

（3）應用性較強。微機原理課程涉及對微機的各特殊功能寄存器的配置，I/O端口輸入輸出信號的采集、數(shù)據和狀態(tài)信號的顯示、定時器的配置、存儲器的讀寫、中斷的調用、通信模塊的配置等，這些必須通過實驗才能驗證和深入理解。計算機編程語言更是需要實際動手編程的案例才能掌握和熟練地應用。

4 競賽項目的優(yōu)勢

（1）競賽有利于調動學習的主動性和積極性。在課程教學過程中，設計競賽項目，學生會圍繞項目的關鍵技術指標和功能展開研制工作，競賽項目不僅包含本課程教學的知識點，往往還包括軟硬件方案設計、關鍵算法設計、結構設計等，學生必須對所學的專業(yè)知識充分地掌握才能開展工作。這就要學生積極主動學習所學的相關專業(yè)知識。這樣，不僅能快速地掌握本課程教學的內容，同時也實現(xiàn)了對各專業(yè)知識的鞏固和融會貫通，靈活運用。相應地，一旦學生學習的主動性和積極性被調動起來，學習就不覺得枯燥，學習的效率會更高。

（2）有利于塑造競爭意識。競爭在我們工作和生活中各行各業(yè)都存在。合理的競爭，能激發(fā)競爭者內在的動力，提高主觀能動性，對社會和個人的發(fā)展是一個非常好的促進手段。通過競賽名次的階梯設置，形成必要的競爭，逐步培養(yǎng)學生的競爭意識，有利于樹立正確的競爭觀念。

（3）有利于培養(yǎng)學生的團隊協(xié)作精神。競賽項目往往由一個小組多人協(xié)作來完成，每個人在項目中承擔相應的任務，只有大家共同努力才能完成最終的任務，達到理想的目標。所以在這個競賽學習過程中，大家都會團結一致，互相協(xié)作，互相幫助，共同學習，共同進步。在競賽過程中，大家自然加強了彼此的溝通和交流，增強了友誼，同時也樹立了團隊協(xié)作的意識，這對今后的學習和科研工作有非常大的幫助。

5 教學競賽項目的設計

5.1 教學競賽項目內容的設計

教學競賽項目要緊緊以教學大綱考核的知識點為中心，結合相關專業(yè)知識，考慮到專業(yè)性的同時兼顧趣味性，設置競賽內容；提取關鍵技術指標，提高完成任務的難度，激發(fā)學生學習的潛能。

教學大綱涉及如表1所示的7個知識點，競賽項目需完成如下項目內容。

（1）基于單片機設計并搭建控制電路；

（2）從A點抬起物體然后搬運至B點，并在B點把物體準確地放置到指定的籃子里；

（3）自動統(tǒng)計1分鐘內搬運物體的個數(shù)；

（4）并顯示投中物體的數(shù)量；

（5）通過按鈕操作，記錄和保存搬運操作的時間和搬運的數(shù)量。

5.2 競賽團隊的組建

競賽團隊的組建對任務的執(zhí)行至關重要，一個好的團隊就是一個好的學習環(huán)境，有著自己的學習目標，每人都能自愿積極地為著同一個目標而努力學習；團隊需要一個核心人物，帶領著大家一起學習，在學習過程中遇到問題時，能積極地思考，提出好的建議；在遇到想法不一致時，能協(xié)調大家，統(tǒng)一思想；能管理整個團隊的日常事務，熱誠對待每名同學，善于和人溝通和交流。因此一個團隊需要各成員要有自己的擅長，能相處融洽，這樣才能很好地完成一個共同任務；核心人物必須要有強有力的領導力，一切從團隊利益出發(fā)，帶領大家無論艱難險阻都能沖在最前面。

為了提高學生團隊意識和協(xié)作能力，促進共同學習進步，增強彼此的了解和友誼，將班級學生進行分組，通過自愿原則進行組隊，每組6～7人，每組設組長和副組長各1名。組長負責競賽小組的日常進度計劃和協(xié)調工作；各組員獨立負責設計一個模塊，并要完成設計報告等比賽文檔的書寫。

6 學習成績評價標準的建立

傳統(tǒng)學習成績的評價都是通過考試或大作業(yè)的方式實現(xiàn)，考試形式比較單一，考試內容也偏向于基本概念和基礎理論的考核。學生雖然能考好試，但對所學內容僅限于考試，不能靈活地應用，學生學完一門課都不知道這套理論到底怎么應用的。這樣的學習成績不能完全反映學生實際掌握知識的情況，特別是對一些動手能力強的學生來說也不夠公平。而我們學習的最終目標是要將學習的知識應用起來，對科學技術和經濟的發(fā)展起到一定的促進作用。因此基于競賽項目來評價學生的學習成績，能夠比較全面地反映學生實際掌握和綜合應用知識的能力。學習成績的評價應該能夠覆蓋競賽的全過程，對學生理論學習、設計開發(fā)、團隊管理、動手能力等各方面的能力做綜合評價，強調學生的寫、講和干的能力，具體為比賽的設計報告、答辯PPT的書寫質量和答辯效果、計劃進度、團隊協(xié)作、競賽效果等成績?yōu)?00分制。為了體現(xiàn)公平公正，每個打分項由各組互評40分+老師60分組成，每人打互評成績，去掉最高分和最低分算得各組的平均得分。

7 教學效果的分析

對連續(xù)3屆學生的學習成績統(tǒng)計情況來看，96名學生中，競賽效果優(yōu)良的學生占比越來越大，達到70%，這在傳統(tǒng)考試中是很難想象的，也說明學生對專業(yè)基礎知識的理解和應用較為深入。學生能夠熟練應用所學的知識解決實際問題的能力得到進一步的加強，動手能力獲得了質的飛躍。具體地，對數(shù)字電源、數(shù)字量輸入輸出濾波、模擬量采集的放大調理等典型電子電路的設計、PCB的焊接、關鍵器件的選型都已掌握，對示波器、萬用表、信號發(fā)生器等各類專用工具能夠熟練使用，對三維造型設計軟件能靈活使用；對微機原理各章節(jié)的內容能融會貫通，競賽項目關鍵數(shù)據能夠充分利用單片機的存儲單元進行存儲，并能通過顯示單元進行顯示；利用定時器中斷，產生中斷信號，調用中斷任務，實現(xiàn)實時控制，對控制PWM信號通過I/O輸出到各執(zhí)行單元如電機、相機、蜂鳴器等外部設備。能應用C語言對整個比賽項目進行控制邏輯和時序的劃分，控制算法的實現(xiàn)和編程，優(yōu)化單片機各存儲空間，大大提高程序執(zhí)行的效率。通過競賽項目內容的鍛煉，學生對設計報告的書寫格式和書寫內容更加清晰、語言的表達和專業(yè)術語的應用更加流利；PPT的設計更加完整、簡潔和美觀，對PPT的動畫、視頻展示更為熟練。學生對整個學習和競賽內容計劃得更加合理，基本都能按時間節(jié)點完成相關內容， 時間的觀念得到了進一步強化，這對今后學習效率的提高起到一個非常好的訓練作用。團隊的協(xié)作能力得到了進一步的加強，組長能夠考慮各組員的實際能力，協(xié)調各組員充分發(fā)揮各自的技能，較好地完成競賽學習的各項任務，圓滿地達到競賽的目標，特別對一些動手能力較差的學生來說，在其他同學的幫助下，在各組得到了長足的進步；一些平時交流溝通較少的同學，個人交流能力也得到了很大的提升。

綜上，在專業(yè)課程教學中采用競賽模式，獲得了很好的教學效果，主要體現(xiàn)在以下幾個方面。

（1）提高了學生學習興趣，讓專業(yè)課學習不再枯燥。

（2）加深了學生對專業(yè)課程內容的理解和靈活應用。

（3）提高了學生的動手能力。

（4）提高了學生對各專業(yè)知識的綜合應用能力。

（5）提高了學生團隊協(xié)作能力。

（6）提高了學生的溝通和交流能力。

8 結論

本文分析了大學活動學習的要求及當前的現(xiàn)狀，根據微機原理的專業(yè)課程的特點，在微機原理課程的教學實踐過程中采用競賽模式，能夠滿足大學階段學習活動主動性、專業(yè)性、廣泛性和創(chuàng)造性的要求；競賽模式不僅能更好地完成教學大綱的各項內容，而且在學生綜合能力培養(yǎng)方面具有獨特的優(yōu)勢，可以推廣到其他類似專業(yè)課程的學習。

本文系2023年度南京航空航天大學本科生教育教學改革研究項目“航空航天科教融合迭代發(fā)展的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力培養(yǎng)模式探索”（2023BKXGG16）。

（作者單位：南京航空航天大學）