基于理实一体化教学模式的课程思政实践探索

—以《单片机原理与应用》课程为例

    安宪军，董克俭    

（河北工程大学 信息与电气工程学院 河北 邯郸 056038）

[摘 要]《单片机原理与应用》是一门集理论性、实践性和应用性为一体的课程，蕴藏有丰富的思政元素，在开展思想政治教育与课程教学同步进行有机结合的教学模式上具有很大潜力。在理实一体化教学模式下，本文以LED数码管动态显示器授课单元为例，深入挖掘课程教学中蕴藏的思政元素，根据该课程的教学目标、教学实施和考核评价等环节进行具有针对性的教学设计，通过采用启发式和主题讨论式等教学方法将思政元素有机融入进课程教学的各个环节中，探索课程思政与专业课程有机融合的有效方案，达到“同向同行，形成协同效应”的育人效果。

[关键词] 课程思政；单片机原理与应用；理实一体化；思政元素

[基金项目]2022年度教育部产学合作协同育人项目《线上线下虚实结合PLC应用技术课程教学模式探索与改革》 220601576181916。

[作者简介]安宪军（1970-），男，河北邯郸，硕士，河北工程大学信息与电气工程学院，副教授，研究方向：自动化与网络技术；董克俭（1968-），男，河北邢台，学士，河北工程大学信息与电气工程学院、高级工程师、研究方向：计算机控制与信息处理.

[中图分类号] G641      [文献标识码]  A  

一、 引言

目前，随着我国经济的高速发展，社会对高层次应用型人才的需求越来越迫切。习总书记在党的二十大报告中指出，培养造就大批德才兼备的高素质人才，是国家和民族长远发展大计。为适应新时期我国经济社会发展对人才的要求，高等院校的人才培养模式逐渐向以培养复合型人才、创新型人才、应用型人才为目标的方向转变。为进一步提高教育教学质量和效率，培养国家和社会所需要的新型人才，高等院校也必须进一步深化改革教学模式，不断探索创新教学形式和教学方法，以适应新的人才培养模式的要求。理实一体化教学模式针对传统教学模式的局限和不足，进行了深刻且全面的改革，通过将高等教育中专业课程的理论教学与实践教学进行多方位的有机结合，真正做到了理论与实践的密切联系，理论知识学习和实践技能养成齐头并进，极大地提高了学生实践技能的水平和开展实践的热情^[2]，是为经济社会发展培养高素质应用型人才的有效途径。

《单片机原理与应用》课程对理论与实践紧密结合的要求十分迫切，这与理实一体化教学模式的特点非常的吻合，并且该课程蕴藏有丰富的思政元素，特别适合开展理实一体化教学模式下的课程思政教学。本文主要以LED数码管动态显示器教学内容为载体，深入挖掘和凝练蕴含的思政元素，采用理实一体化的教学模式，应用启发式教育和主题讨论等教学方法将思政元素融入到各个教学环节中，探讨了《单片机原理与应用》课程思政的教学设计与实践的新方案，达到了提高课程教学质量和实现立德树人的目的^[3]。

二、课程思政元素挖掘与凝练

《单片机原理与应用》采用理实一体化的教学模式，将理论教学和实践教学相结合，并融入课程思政教学元素，能够实现知识传授、能力培养和价值引领相互融合的授课效果^[4]。LED数码管动态显示器教学单元蕴含着丰富的思政元素，通过深入挖掘思政元素，润物无声地融入到教学过程中，充分实现立德树人的育人效果。在理论教学方面，挖掘和凝练了马克思主义哲学的相关思想及积极正向的价值观导向，例如事物是普遍联系和变化发展的原理，实践是检验真理的唯一标准，科学探究精神和勤俭节约等思政元素。在实践教学方面，主要挖掘凝练了工匠精神，团队精神，科学探索精神，创新精神等思政元素。以盐溶于水的授课方式传播正能量，为社会主义现代化建设培养德智体美劳全面发展的建设者和接班人。

三、课程思政教学实践探索

（一）思政教育融入课程教学目标

课程教学目标,是教师实施教学活动的重要依据，是对学生学习目标达成度的要求。将课程思政理念融入课程教学目标，可以有的放矢开展思政教育，是实现知识传授、能力培养与价值引领的教学要求。LED数码管动态显示器授课单元要求学生掌握LED数码管组成结构、显示原理和控制方法；具有对LED数码管动态显示系统进行软、硬件设计能力；加深对社会主义核心价值观的感悟，激发爱国主义热情，认识“马克思主义的事物是普遍联系和变化发展的原理”和“实践是检验真理唯一标准”的现实指导意义。

（二）课程思政教学设计实践

1、理实一体化教学设计实践

在理实一体化教学模式中，教师以教学案例为驱动，将理论知识、实践操作和课程思政安排在教学中，实现了理论、实践和思政教育齐头并进的教学目标。LED数码管动态显示器授课单元基于哈佛大学商学院卡利斯.鲍德温教授和吉姆.克拉克院长的模块化理论，将教学内容细化为逐层递进的知识点进行教学，达到将教学内容和教学环节去繁化简的效果。在各知识点理论教学过程中，可以进行有针对性的实践操作和课程思政；在各知识点实践操作过程中，可以穿插理论学习和思政教育。通过各知识点之间的关联教学，可以有效地帮助学生将理论学习、实践学习和思政学习有机地统一起来，培养综合型、应用型和较高思政素质的学生，满足企业对高素质应用型人才的需求。

例如，教学案例要求利用LED数码管动态显示方式显示字符13140520。受到新冠疫情的影响，无法按照线下教学方式开展教学活动。充分利用网络平台教学资源，将课程教学搬到了互联网上进行，利用Keil c51软件和Protues软件对系统进行调试运行^[5]，在智慧树在线教学平台和腾讯会议相结合的在线教学环境中进行仿真调试运行展示，可以极大地发挥学生主观能动性，突出学生主体地位，实现“教中做，做中学”的教学效果，满足了理实一体化教学模式的要求。学生还可以进行创新实践练习，调动学生学习的积极性，培养学生的创新能力。

2、课程思政教学设计实践

在LED数码管动态显示器授课单元中，主要从以下几个方面将思政元素融入到相关的教学知识点，实现思政教育的教学目的。

（1）把勤俭节约意识融入教学过程

在导入授课内容时，采用比较法讲述数码管两种显示方式，其中静态显示方式容易引起单片机引脚资源紧张和浪费，而动态显示方式可以节省单片机的引脚资源。以问题导向的方式启发学生思考动态显示方式是如何节省单片机引脚资源的？节约资源有什么现实社会意义？中国是一个资源大国，也是人口大国，人均资源占有量远低于国际平均水平，原有的粗放的资源消费模式越来越不满足当今经济社会高质量发展的需要，改变发展模式迫在眉睫。习总书记在第七十五届联合国大会上向世界做出了实现“双碳”目标的承诺，即力争于2030年前实现碳达峰，努力争取2060年前实现碳中和。国务办发布的《新时代的中国绿色发展》白皮书中指出中国持续深化供给侧结构性改革，改变过多依赖增加资源消耗、过多依赖规模粗放扩张、过多依赖高耗能高排放产业的发展模式。截止到2021年，我国单位国内生产总值能耗比2012年累计降低26.4%。在倡导绿色发展大背景下，教育学生从小事做起，培养资源节约意识。

在讲授LED数码管动态显示电路设计时，各个数码管的段选端并联在一起，分时共用单片机一个I/O端口进行控制，节省了单片机引脚资源；位选端单独连接，由单片机另外一个I/O端口控制，实现LED数码管轮流点亮。引导学生找到数码管动态显示方式节省引脚资源原因后，通过开展主题讨论让学生思考是否可以从其他方面考虑节省单片机的资源呢？教育学生要深入思考节约资源、节约能源的实现方法，培养勤俭节约的意识。

（2）把科学探究精神融入教学过程

在采用演示法将静态显示案例和动态显示案例的调试视频展示给学生，特别提示学生在观看视频时，会观察到什么现象？学生在观看视频时，就会发现动态显示亮度比静态显示亮度低很多。教育学生根据观察到的现象去探究现象背后隐含的科学知识的科学探究精神，启发学生思考为什么会出现这种现象？引导学生探究数码管动态显示是如何实现的。在讲课过程中可以讲述“杂交水稻之父”袁隆平院士在水稻试验田里意外发现一株特殊性状的水稻，通过利用该株水稻进行探究试种实验，终于找到了“天然杂交稻”，从此开始了为之奋斗终生的杂交水稻研究工作，取得了丰硕的科研成果。鼓励学生要像袁隆平院士具有善于分析问题、解决问题的科学探究精神。

（3）把事物是普遍联系和变化发展的唯物辩证法融入教学过程

LED数码管动态显示是轮流点亮各位数码管。在讲课过程中，通过深入分析发现在动态显示方式中各位数码管段选端分时共用单片机的一个I/O端口，其中某位数码管可以看作是静态显示方式；位选端是轮流选中，不能像静态显示那样接地或接+5V，而由单片机另一个I/O端口来控制。由此可见，数码管动态显示和静态显示是密切联系的，是在静态显示基础上变化发展而来，是对静态显示方式的改进和完善。LED数码管从静态显示到动态显示发展过程蕴含着马克思主义的事物是普遍联系和变化发展的唯物辩证法思想，教育学生要树立马克思主义的科学世界观和方法论来认识世界和改造世界。

（4）把“大国工匠”精神融入教学过程

在利用protues软件绘制实际项目案例的硬件电路教学实践时，要求学生遵守电路设计规范，布局合理，布线规范、节能、降耗、美观，方便观察仿真运行结果。在绘制硬件电路图的过程中，要求学生绘制高水平高质量的电路图精品，培养学生脚踏实地、兢兢业业、注重细节，追求极致，精益求精的工匠精神。在实践教学过程中讲述中央电视台《大国工匠》纪录片中胡双钱创造了打磨过的零件百分之百合格的惊人纪录的感人事迹。教育学生要以大国工匠胡双钱为榜样，成为我国社会主义现代化建设的栋梁之才。

（5）把“实践是检验真理的唯一标准”唯物主义认识论融入教学过程

在编写程序时，根据案例要求显示的字符，利用硬件电路分析确定每位字符对应字型码和位选码，然后将各位字符的字型码和位选码依次分时送给单片机的两个I/O口，并保持每位数码管点亮一段延时时间，实现数码管轮流点亮一次，然后再循环轮流点亮。其中每位数码管点亮的延时时间要求满足人眼的视觉暂留效应，才能实现稳定显示效果。人眼的视觉暂留效应，在一定条件下能掩盖事情的真相，启发学生思考在该案例中掩盖了什么真相，实际情况是什么？在日常生活中的应用会给我们带来什么样的启示？在进行系统仿真调试时，让学生逐渐增加每位数码管显示的延时时间，使数码管由稳定显示过渡到闪烁显示再到依次轮流显示，探究数码管动态显示的真实情况，使学生亲身体会“实践出真知”，“实践是检验真理唯一标准”的理论指导意义，培养学生树立“实践是检验真理唯一标准”实践观。

（6）把团队合作精神融入教学过程

在进行实际项目案例的设计时，把硬件部分和软件部分分配给不同的学生去完成。在设计的过程中，使学生切身体会到做硬件设计的同学离不开软件，进行软件设计的同学也离不开硬件。每位同学既要完成自己的设计任务，还要与同一个案例项目的同学进行沟通交流、密切合作、协调一致，才能完成项目的设计工作。案例项目的硬件部分是案例项目功能实现的底层基础，软件部分在硬件的基础上实现控制功能，案例项目的硬件和软件组成了有机的整体，不能把它们分割开来。在案例项目设计的过程中自然而然地培养学生的团队合作精神，为学生以后在工作团队中相互配合、密切合作奠定坚实的基础。

（三）课程教学考核评价

基于理实一体化教学模式的课程教学考核评价，注重对学生学习过程的考核，采用多元化考核内容和多元化考核主体结合在一起的多元化考核评价体系实施的。

首先是考核内容多元化，将理论知识考核评价、实践能力考核评价和课程思政考核评价纳入到课程考核评价内容，按照课程教学目标设计考核项目表项进行考核评价，考核学生对既定教学目标的达成度，确保考核公平公正。理论知识考核评价通过课堂考勤、课堂提问、课堂互动、主题讨论、课后作业、章节测验、课程考试等方式考核学生是否达到知识目标的要求进行评价；实践能力考核评价通过硬件电路设计与创新、软件程序设计与优化、在线仿真调试效果等方面是否达到了能力目标的要求进行评价；课程思政考核评价通过学生在教学过程中表现出的认知能力、情感态度、团结合作意识、价值观等方面是否达到思政目标的要求进行评价。

其次是考核主体多元化，将学生自评与互评、分组评价、阶段考核、教师评价等纳入考核评价主体。形成了多方位，多角度的评价体系，能够体现课程的知识传授、能力培养与价值引领的相结合的评价结果，实现考核评价结果的科学性，以科学评价提升教学效果。

四、结语

采用理实一体化教学模式开展教学，将理论与实践相结合，实现了教中做、做中学，并将课程思政元素融入教学过程中，丰富了理论教学环节与实践教学环节的内容，为实现学生的全面发展，培养社会所需要的多层次高素质人才奠定了良好的基础。

[参考文献]

[1] 郑永廷．把高校思想政治工作贯穿教育教学全过程的若干思考——学习习近平总书记在全国高校思想政治工作会议上的讲话［Ｊ］．思想理论教育，2017,1:4～9

[2] 李文君．理实一体化教学模式的教学方法研究与实践［D］．天津职业技术师范大学，2020．

[3] 赵志宏.单片机技术应用课程思政元素的探讨[J].智库时代，2019（23）：77-78

[4] 匡江红，张云，顾莹.理工类专业课程开展课程思政教育的探索与实践[J].管理观察，2018（1）：119-122.

[5] 刘心红,郭福田,孙振兴,等.PROTEUS仿真技术在单片机教学中的应用[J].实验技术与管理,2007,24(3):96-98,102.

Exploration and Practice on  Curriculum Ideological and Political Education of SCM Course Based on the  Integrated  Theory and Practice

AN Xian-jun， DONG  Ke-jian

(School of Information and Electrical Engineering,Hebei University of Engineering,Handan Hebei 056038,China)

Abstract： Principles and Applications of Microcontrollers is a theoretical and practical course. Because this course is potentially rich in ideological elements, it is ideally suited to the integration of ideological and political education into professional teaching. Under the teaching mode of integrating theory and practice, the potential elements of thought politics in the course are explored. Take the LED digital tube dynamic display lecture unit as an example. The teaching design is based on the teaching objectives, teaching implementation and assessment and evaluation of the course. Through the use of teaching methods such as heuristic and thematic discussion, the course is organically integrated with the professional courses to explore the organic integration of the course's thinking and politics, so as to achieve the effect of "walking in the same direction and forming a synergistic effect".

Keywords:  Curriculum ideology and politics education; Principles and Applications of Microcontrollers; integrated theory and practice;  Ideological and political education elements