基于工作過程系統(tǒng)化的單片機課程開發(fā)

胡仁平

摘 要： 文章針對傳統(tǒng)單片機課程理論與實踐脫節(jié)情況，通過調研企業(yè)電子相關專業(yè)的工作崗位及具體工作過程，對《單片機技術及應用系統(tǒng)設計》課程進行了改革與開發(fā)，并以循環(huán)彩燈的設計與制作為教學情境載體，研究了工作過程系統(tǒng)在此課程中的應用方法。

關鍵詞： 電子專業(yè) 單片機產品設計 教學改革

電子專業(yè)學生主要從事以下三類崗位工作：核心崗位（電子產品裝配工、電子產品調試工）、從屬崗位（電子產品檢修員、電子技術員）、拓展崗位（電子技術工程師、產品生產管理員）。對于核心崗位的需求量最大，但相對比例會有所下降，對知識與能力的要求會有所提高；從屬崗位和拓展崗位的人才需求量呈上升趨勢，需求緊迫。單片機技術及應用系統(tǒng)設計這門課程的主要任務是培養(yǎng)學生成為在智能控制系統(tǒng)檢測維修與設計方面的專門人才，直接反映從屬崗位和拓展崗位的工作要求，具有鮮明的職業(yè)性與實踐性。通過本課程的學習，培養(yǎng)學生典型的智能控制系統(tǒng)調試與設計的能力。

傳統(tǒng)教學以教師講授為主，學生只能被動接受。在實訓課中傳統(tǒng)教學方法已不能充分激發(fā)學生的學習興趣，無法使學生更好地提高操作技能，使實訓課逐漸變得枯燥無味。參照單片機產品設計工作過程和工作情境，進行課程教學改革。

1.課程改革思路

根據(jù)高職教育數(shù)控技術專業(yè)人才的培養(yǎng)目標，遵循以“就業(yè)為導向，能力為本位”的職教理念設計。本課程從職業(yè)成長過程，按照從易到難、由淺入深的認知規(guī)律，確定合適的載體，運用教學論、方法論方式分析處理后，參照企業(yè)中單片機產品系統(tǒng)設計工作過程和工作情境，進行選材。

2.學習情境創(chuàng)設

通過調研，針對智能控制系統(tǒng)檢測維修與設計行動領域下的單片機技術及應用系統(tǒng)設計學習領域需要具備以下能力：

（1）專業(yè)能力

①讀懂單片機電路圖紙的能力；②掌握單片機工作原理及內部結構的能力；③具備相應的單片機硬件線路的調試能力；④具備能看懂單片機程序流程圖的能力；⑤具有基本的單片機編程的能力；⑥具備單片機軟硬件安裝和聯(lián)調的能力；⑦具備單片機產品開發(fā)的基本流程和工藝的能力。

（2）方法能力

①資料收集整理能力；②制訂、實施工作計劃的能力；③單片機應用系統(tǒng)綜合應用設計能力；④單片機應用系統(tǒng)故障的檢查分析能力；⑤理論知識的綜合運用能力。

（3）社會能力

①語言表達能力、溝通協(xié)調能力；②團隊組織能力；③班組管理能力、責任心與職業(yè)道德；④安全與自我保護能力。

為了實現(xiàn)上述能力，在此將課程劃分為：循環(huán)彩燈的設計制作（22課時）、交通控制燈的設計制作（30課時）、數(shù)字電子鐘的設計制作（40課時）、溫度控制系統(tǒng)的設計制作（40課時）四個學習情境。其中，此四個學習情境的創(chuàng)設是根據(jù)單片機應用電子產品的設計由簡到難的過程確定的。

3.學習情境教學實施

以子情境循環(huán)彩燈的設計制作為例，進行教學實施。

（1）教學背景

教學目標：能夠讀懂單片機I/O口控制電路原理圖，能夠掌握單片機I/O口的內部結構和工作原理，能夠選用單片機I/O口作外部硬件電路的設計，能夠編制簡單的程序實現(xiàn)單片機I/O口對外部電路的控制，能夠熟悉單片機系統(tǒng)硬件電路的組成及控制原理，能夠掌握基本的單片機軟硬件調試能力，能夠正確使用測量相關的儀器儀表，具備勞動組織能力、具備團隊協(xié)作能力、具備安全操作規(guī)范的意識。

學生應具備的知識：單片機的整體認識、基本電子電路圖整體認識、I/O的整體認識、計算機使用能力、簡單硬件電路調試能力、電子儀器設備檢測及規(guī)范操作能力。

具體任務：使用相關電子儀器儀表對電路參量進行測量、掌握電路故障排除方法及處理思路、掌握應用環(huán)節(jié)、確定方案、制定實施步驟、開發(fā)工具的使用。

準備文件：任務書、引導文、指導作業(yè)文件、演示視頻文件、單片機I/O口作外部控制電路相關文件、檢查單、評價表。

本任務旨在在該學習領域培養(yǎng)學生團隊合作能力、溝通能力、檢修組織實施能力等；教師需合理引導學生完成小組討論，確定單片機I/O口控制硬件電路的設計及軟件編程的方案。

（2）教學組織形式

①針對循環(huán)彩燈的控制功能要求，學生設計相應的功能接口電路，編制出程序及完成產品的調試。

②學生獨立工作和合作學習相結合，通過小組討論、和教師談話培養(yǎng)交流能力。

（3）具體實施

①資訊：（2學時）

下發(fā)任務書，描述項目學習目標，交代項目任務，發(fā)放相關學習資料，最后回答學生的提問。

②計劃（4學時）

學生自愿組織工作小組，推選班組長，以小組為單位，確認工作任務，分解任務，制訂工作計劃，教師對學生方案進行檢查、指導。

③決策（2學時）

確定掌握單片機I/O口基礎知識需要的資源及學習步驟，確定控制電路的設計與編程的學習步驟，確定任務完成的展示方式。

④實施（10學時）

第一，單片機I/O口的控制電路設計。小組成員分工收集資料，掌握單片機I/O口的結構及工作原理，最后進行資料匯總，小組討論、教師指導下確定方案，完成I/O電路設計。

第二，程序的編制。根據(jù)所設計的I/O接口電路及控制要求，在小組討論、教師指導下確定方案，畫出程序流程圖，最后學生自己完成具體程序。

第三，軟硬件的調試。燒入程序，對設計的系統(tǒng)進行軟硬件調試，在調試過程中，記錄好調試出現(xiàn)的問題，并歸納總結經驗。

教師應合理安排時間，即使有個別小組在規(guī)定時間中沒有完成任務也必須停止，并要求該小組對未完成任務的原因進行詳細分析。教師應安排課余時間讓未完成的小組完成項目的制作。如果大多數(shù)小組均未完成，教師應根據(jù)實際情況查找原因，是否項目設置過難、是否學生還沒有掌握本次課的內容，在以后的課程中做出相應的調整。

⑤檢查及實施（4學時）

根據(jù)設計產品的功能及具體過程，教師及小組互檢評分。同時每人撰寫產品說明書，根據(jù)個人在小組活動中的表現(xiàn)進行小組互評。

選小組代表按照任務書的要求，在全班介紹工作過程，改進提高并總結系統(tǒng)設計及調試經驗，結合班級所有方案，優(yōu)化小組方案。

4.結語

采用工作過程系統(tǒng)化的《單片機技術及應用系統(tǒng)設計》課程，大大提高了學生的學習興趣和參與主動性、積極性，收到了良好的教學效果。通過對企業(yè)的用人調查，學生產品的調試與系統(tǒng)設計能力很強，不需再進行專業(yè)培訓。今后還將對工作過程系統(tǒng)化的課程改革進行進一步完善，提高教學水平和教學質量，提高學生的工程實踐能力。

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