單片機技術應用人才的創(chuàng)新能力培養(yǎng)探討

□萬長征 萬云輝

隨著科技的不斷發(fā)展，單片機技術涌入社會各個方面，例如，汽車、手機、IC卡、洗衣機、空調等產品，到處都可以看到單片機的身影。單片機應用市場的繁榮帶來了市場對單片機技術人才的大量需求，因此，不少高職院校把單片機技術人才作為培養(yǎng)重點。但在實際培養(yǎng)過程中卻產生很多問題。

一、現階段高職單片機人才培養(yǎng)面臨的困難

（一）單片機人才需要掌握的知識較多

單片機應用系統(tǒng)只有具備硬件電路和相應的軟件才能正常發(fā)揮作用。要想成為單片機應用創(chuàng)新人才，首先必須有扎實的硬件電路功底，才能夠動手制作符合電氣規(guī)程的電路板；其次必須能熟練地操作計算機，熟悉匯編和C語言的編程方法和技巧；第三，單片機是微型計算機的一種類型，本身組成、專業(yè)知識非常復雜，學生必須掌握最小工作系統(tǒng)原理、基本并行接口、功能接口、外部總線、接口芯片擴展等知識，而掌握這些知識對高職學生來說是不小的挑戰(zhàn)。

（二）單片機教師執(zhí)教難度大

單片機教師自身需要的知識量非常大，除去關于單片機的專業(yè)知識外，還必須熟悉電工電子知識和軟件開發(fā)技術，能熟練進行軟硬件設計，才具備單片機應用系統(tǒng)開發(fā)能力。同時還必須掌握教學基本規(guī)律，熟悉教學內容，能熟練使用包括“CAI課件”在內的各種教學手段，才能上好這門課程。

（三）適合高職教學用的教材少

現在多數教材都是在“學科體系”思想指導下編寫出來的，強調知識的系統(tǒng)性和學科的完整性。目前單片機教材對教學知識的組織順序體現為：首先介紹單片機的管腳、時鐘、復位、內部結構等基本知識；其次再對指令系統(tǒng)、程序設計進行講解；然后講述定時器、中斷、串口等功能結構的使用；最后介紹各種擴展接口。高職學生很難接受這種教學知識的安排，最終喪失了學習的興趣。

二、加強理論學習，掌握創(chuàng)新人才培養(yǎng)方法

高職院校培養(yǎng)的學生是生產、建設、管理、服務一線的高素質技能型應用人才，他們的技術能力和創(chuàng)新精神，將直接影響到企業(yè)生產的運作效能和技術發(fā)展。如何理解和培養(yǎng)具有“創(chuàng)新能力”人才，只有不斷地加強理論學習，才能找到創(chuàng)新人才的培養(yǎng)方法。

（一）正確理解 “創(chuàng)新能力”

創(chuàng)新能力是個體運用已有的基礎知識和可以利用的材料，并掌握相關學科的前沿知識，產生某種新穎、獨特、有社會價值或個人價值的思想、觀點、方法和產品的能力。創(chuàng)新能力由創(chuàng)新意識、創(chuàng)新思維、創(chuàng)新技能和創(chuàng)新情感等四大要素構成。

創(chuàng)新能力在實際應用過程中，可以具體表現在學習能力、分析能力、綜合能力、想象能力、批判能力、創(chuàng)造能力、解決問題的能力、實踐能力、組織協調能力以及整合多種能力的能力等各個方面。

（二）找到適應高職學生“能力創(chuàng)新”培養(yǎng)的教學理論

我國高職教學理論研究分為兩個方面：一是引進國外先進的高等職業(yè)教育或職業(yè)教育的教學模式；二是對中等職業(yè)教育課程進行改造的基礎上開發(fā)的教學模式。但究其根本，一般將建構主義學習理論、陶行知的“創(chuàng)造教育思想”和德國的“職業(yè)科學理論”作為我國高職人才培養(yǎng)的教學指導理論。

建構主義學習理論認為，學生的學習過程不能簡單看作由教師向學生的知識傳遞過程，而是學生主動建構自己的知識的過程。在建構過程中，學生對外部信息做主動的選擇和加工，其他人不可代替。教學設計的主要任務是為學生的主動學習和知識建構創(chuàng)設一種真實而復雜的學習環(huán)境，設置相關問題（任務）。要求學生主動去搜集和分析與任務有關的信息資料，提倡“學中做”與“做中學”，對所學的問題提出各種假設并努力加以驗證，善于把當前學習內容與自己巳有的知識經驗聯系起來，并對這種聯系加以認真思考，而不是知識的套用。

建構主義學習理論強調高職學生要掌握“非結構性的經驗背景”知識，培養(yǎng)他們適應現場工作的能力，與此同時，建構主義提倡的“以解決學生在現實生活中遇到的問題為目標”，“學習的內容要選擇真實性任務”等關于情境教學的主張以及弱化學科界限，強調學科間的交叉的觀點，是非常適合高職學生的學習特點的。

陶行知在1943年發(fā)表的《創(chuàng)造宣言》中指出“創(chuàng)造教育”的培養(yǎng)目標—教育者要創(chuàng)造的是“真善美”的活人。即：教育目的不在于傳授多少知識，而在于啟發(fā)人的創(chuàng)造力，使人自覺主動地去創(chuàng)造,從而推動人類社會的進步與發(fā)展。他繼承并發(fā)展了杜威“實用主義教學理論”，將“教育生活”變化為“生活教育”，認為教育應該是供給人生需要的教育，是生活所原有，生活所自營，生活所必須的教育。陶行知在1945年發(fā)表《創(chuàng)造的社會教育論綱》中提出創(chuàng)造教育“主觀→啟發(fā)；填鴨→自動；一粒一?！?；教授→自學”的教學方法，我們可以理解“創(chuàng)造教育”就是采取“啟發(fā)的、自動的、手腦并用的、教學做合一”的方法,以取代主觀的、填鴨的、被動的教學方法。高職教育要求的“創(chuàng)新精神和實踐能力”的培養(yǎng)，課程改革提倡的“主動參與、樂于探究以及動手能力的培養(yǎng)”，都與陶行知主張培養(yǎng)創(chuàng)新人才、開發(fā)人才創(chuàng)造力等創(chuàng)造教育思想不謀而合。

以德國布萊梅大學勞耐爾（Rauner）教授為首的職業(yè)教育科學家，提出了生成性的教育過程與工作過程定向的“職業(yè)科學”概念，主要包括兩個方面內容：一是對相應職業(yè)領域里實際的職業(yè)（專業(yè)或技術的）勞動所需的具體知識和方法知識，進行研究和系統(tǒng)化；二是從職業(yè)教育的視域對相應職業(yè)領域或職業(yè)方向實用的科學的具體知識和方法知識，進行研究和系統(tǒng)化。因此，它涵蓋了實際的職業(yè)勞動實施過程與實用的科學知識的獲取過程，既研究工作經驗又研究專業(yè)知識，既涉及工作過程又涉及社會過程。德國“職業(yè)科學”理論打破傳統(tǒng) “專業(yè)學科”職業(yè)教育的課程體系設置，建立符合高職教育本質的“以職業(yè)為導向”的課程體系，具有深遠的指導意義。

三、運用科學理論指導單片機技術創(chuàng)新人才培養(yǎng)體系建設

在科學理論的指導下，我們應該以“職業(yè)為導向”重構課程體系和以“教學做一體”重組教學內容，并且為學生提供創(chuàng)造性學習平臺，激發(fā)學生學習興趣，為學生的創(chuàng)新能力培養(yǎng)打下堅實的基礎。

（一）明確單片機創(chuàng)新人才的培養(yǎng)目標

通過對當前單片機技術人才需求進行市場調研，結合我院為工程技術型院校優(yōu)勢，對單片機技術創(chuàng)新人才培養(yǎng)目標可定位為：“以企業(yè)需求為導向，熟練掌握單片機系統(tǒng)開發(fā)的各項環(huán)節(jié)，能進行單片機應用系統(tǒng)方案設計、實際制作為目標”的硬件類技術人才。

（二）以“工作過程”為導向的課程體系設置

德國“職業(yè)科學”教育理論認為，課程體系建設（即知識的序化）應該著眼于動態(tài)的行動體系的隱性知識的生成與構建，以工作過程為參照系，將陳述性知識與過程性知識整合、理論知識與實踐知識整合?；诖?，經過對行業(yè)專家的走訪和專業(yè)教師的不斷研究和實踐，形成了以電工電子基礎、計算機應用基礎、C語言程序設計、檢測技術應用、EDA、單片機技術應用、電氣控制等課程為中心的課程體系。

（三）利用先進的仿真技術創(chuàng)建“虛擬實驗平臺”

單片機應用技術注重培養(yǎng)學生在實踐中設計電路、編寫程序、發(fā)現問題、分析問題、最后解決問題的創(chuàng)新應用型能力。而在具體教學過程中，要求學生既要動腦又要動手，而與教學相適宜的實驗環(huán)境配置是教學中必不可少的一個環(huán)節(jié)?！疤摂M實驗環(huán)境”的創(chuàng)建和更新可以使學生能夠緊跟工程技術發(fā)展的前沿，學到更多的實用技術；另一方面可以克服單片機應用系統(tǒng)實際設計周期長、成本高的缺點，給了學生發(fā)揮的空間，易于激發(fā)學生的學習積極性，激發(fā)他們設計出有創(chuàng)新價值的單片機應用系統(tǒng)。

（四）基于“教學做一體化”重組教學內容

對教學內容進行情境化教學設計是實施教學的前提。學習情境應該來自于現實生活中的真實案例，我們按照單片機應用系統(tǒng)設計的難易程度分為四大階段，每個階段分為若干個工作任務，對應工作任務設計學習情境（注：學習情境是可以變動的，只要能達成工作任務即可），以表一為例，目的在于吸引學生的注意力，并激發(fā)其學習興趣，促進學生主動、自覺地學習相關問題，從中獲取有意義的知識和技術。

表一 單片機學習情境設計表

四、運用科學方法指導單片機技術創(chuàng)新人才的培養(yǎng)實踐

單片機技術創(chuàng)新人才不可能是教師在課堂上通過教學就能夠培養(yǎng)出來，教師應自覺地建立起“學生為主體，教師為主導，能力培養(yǎng)為目標”的培養(yǎng)理念，將人才培養(yǎng)理念落到實處。

（一）將“行動導向理論”落實到“情境教學”過程中

在高職課程教學中出現了“小組討論法、任務驅動法、案例教學法、任務設計法”等眾多教學方法，它們都是“行動導向理論”作用于實際教學過程中的具體表現。“行動導向理論”是一個綜合性的學習方案，其基本特征體現在“行動過程完整”(獲取信息、計劃、實施與評價)和“手腦并用”(理論實踐一體化學習)兩方面?；诖?，我們將“學習情境設計表”中的“學習情境”按“行動導向理論”進一步詳細規(guī)范（僅提供“學習情境一：LED燈閃爍發(fā)光”的設計規(guī)范以供參考，如表二所示）。并將之運用于實際教學過程中，學生明顯轉變學習態(tài)度，樂于接受知識，有疑難問題能和老師進行交流，教學效果明顯。

表二 學習情境一的“行動導向”設計

（二）以項目達成作為課程考核的主要指標

課程學習的最終目的是能夠完成較為復雜的工程項目，我們參照項目開發(fā)工程實際要求，將3～5名學生分成一個項目小組，將難度相近的不同考核項目（如：智能搶答器、基于單片機的任意波形發(fā)生器、溫室溫濕測控系統(tǒng)設計、簡易電子琴設計、多樣彩燈控制系統(tǒng)、電子秤設計、自控打鐘鈴等）布置給各個項目小組，作為課程設計的內容，同時又將項目完成情況作為最終課程成績的70%，平時考核只占最終課程成績的30%。我們將課程設計和課程最終考核合為一體，突出了學習重心。

如何將學習壓力轉化為學習動力，并最終達成考核目標—鍛煉學生開發(fā)單片機應用系統(tǒng)設計的實戰(zhàn)能力。在具體實踐中，我們并不是放任不管，而是積極參與到各個項目小組的開發(fā)過程之中，引導學生進行項目開發(fā)。

這樣的考核方式有利于學生主體地位的發(fā)揮，學生能積極去分析問題，去尋找解決問題的方案，提高了學習的主動性和興趣；同時，在項目開發(fā)與考核過程中，通過小組成員相互交流、師生交流形成一個良好的能力培養(yǎng)氛圍。

（三）以技能競賽為基礎拓展課外實踐

為了滿足單片機人才不同層次和能力培養(yǎng)的需要，以參加全省大學生電子競賽為契機，我們利用課外時間，為一些優(yōu)秀學生開設培訓課，培訓地點設在單片機實訓室。我校實訓室采用啟東硬件仿真平臺，配備有計算機、信號源、示波器、萬用表等設備，具備各種應用系統(tǒng)仿真能力，能夠仿真調試學生制作的系統(tǒng)。

在指導課外實踐過程中，首先將這些學生分成若干小組，其次，我們把江西省電子競賽考題布置給學生，對其中的知識難點進行重點指導，要求各小組先利用KEIL軟件與PROTEUS軟件進行仿真設計，再利用啟東硬件平臺來檢測系統(tǒng)的硬件設計是否能滿足電氣設計規(guī)范（PROTEUS軟件電路仿真并不能完全取代真正的電路設計）；最后，要求各小組自備電路元器件，做出真正的單片機應用系統(tǒng)。

通過課外實踐，使這些學生的綜合設計能力大幅度地提高，為我院參加江西省電子大賽儲備了一定的參賽人選。同時，這些學生利用他們所學的知識，在各個班級和學生社團中進行傳幫帶，從而提高學生單片機應用的整體水平。

五、結語

隨著電子技術不斷發(fā)展和軟硬件開發(fā)水平的不斷提高，單片機技術應用水平將不斷提高。作為高職院校單片機教師，肩負單片機創(chuàng)新應用型人才培養(yǎng)的重擔，除了要不斷加強教學理論和教學方法的學習外，對新知識新技術的掌握也要刻不容緩，才能成為一名合格的教師。

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