單片機(jī)課程的創(chuàng)客式教學(xué)改革與實(shí)踐

葉 泉

南京機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 江蘇南京 211135

單片機(jī)課程是一門(mén)專業(yè)基礎(chǔ)課程，主要采用理實(shí)一體化的教學(xué)方法，課程的內(nèi)容既包括單片機(jī)的基本原理，同時(shí)還包括了單片機(jī)小系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制作等知識(shí)和技能，應(yīng)該說(shuō)單片機(jī)的實(shí)用性是非常強(qiáng)的。單片機(jī)的使用領(lǐng)域十分廣泛，如智能儀表、實(shí)時(shí)工控、通訊設(shè)備、導(dǎo)航系統(tǒng)、家用電器等，熟練掌握單片機(jī)技術(shù)對(duì)自動(dòng)化、電子工程等專業(yè)的學(xué)生就業(yè)也有較好的促進(jìn)作用。因此如何把單片機(jī)這門(mén)課程教好，讓學(xué)生能夠真正應(yīng)用起來(lái)就顯得尤為重要。

世界各地的許多創(chuàng)客學(xué)習(xí)項(xiàng)目都不約而同地使用了同一類開(kāi)發(fā)工具，即開(kāi)源硬件[1]，而開(kāi)源硬件正是位于單片機(jī)的基礎(chǔ)之上的，因此本課程在項(xiàng)目化教學(xué)的基礎(chǔ)上結(jié)合本校的創(chuàng)客教育文化，探索創(chuàng)客教育與單片機(jī)職業(yè)教育相互融合的教學(xué)方式新模式。

1　單片機(jī)課程教學(xué)現(xiàn)狀與創(chuàng)客教育

1.1　單片機(jī)課程教學(xué)現(xiàn)狀

原有的單片機(jī)教材按照理論體系進(jìn)行編寫(xiě)，雖然嚴(yán)謹(jǐn)?shù)珜W(xué)生從單片機(jī)硬件系統(tǒng)開(kāi)始學(xué)習(xí)再到編程，這個(gè)時(shí)間很長(zhǎng)而且，比較枯燥，最后的結(jié)果是往往學(xué)了大半學(xué)期仍然不會(huì)獨(dú)立自主的搭建一個(gè)完整的單片機(jī)系統(tǒng)。并且學(xué)生在做單片機(jī)綜合設(shè)計(jì)或參加創(chuàng)客制作時(shí)，大部分只是把書(shū)上的例子下載到單片機(jī)里，改動(dòng)的多創(chuàng)新的少，根本的原因還是學(xué)生對(duì)單片機(jī)及單片機(jī)周邊的電子元器件的使用不熟悉。

在單片機(jī)的教學(xué)中有教師將項(xiàng)目化或案例式教學(xué)方法運(yùn)用到單片機(jī)的教學(xué)改革中并將理論學(xué)習(xí)與實(shí)際操作有機(jī)的結(jié)合，這種方法充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的學(xué)習(xí)興趣和積極性[2,3]。也有教師設(shè)計(jì)機(jī)器人實(shí)驗(yàn)裝置應(yīng)用于單片機(jī)教學(xué)，利用機(jī)器人平臺(tái)進(jìn)行單片機(jī)教學(xué)激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，還可以選拔學(xué)生采集機(jī)器人大賽[4,5]。我們可以看到在單片機(jī)實(shí)踐教學(xué)中各個(gè)學(xué)校做得都非常有特色。

1.2　創(chuàng)客教育的現(xiàn)狀

創(chuàng)客教育是起源于美國(guó)的一項(xiàng)教育計(jì)劃，我國(guó)學(xué)者總結(jié)出了創(chuàng)客教育的的定義，創(chuàng)客教育是基礎(chǔ)為新興科技、主要學(xué)習(xí)環(huán)境為創(chuàng)客空間重構(gòu)、主要學(xué)習(xí)過(guò)程為創(chuàng)造性的實(shí)踐活動(dòng)，學(xué)生從實(shí)踐過(guò)程中學(xué)習(xí)各種學(xué)科還有跨學(xué)科的相關(guān)知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力、創(chuàng)新實(shí)踐能力等素質(zhì)的一種新型教育模式[6]。

2015年9月初教育部出臺(tái)的《關(guān)于“十三五”期間全面深入推進(jìn)教育信息化工作的指導(dǎo)意見(jiàn)(征求意見(jiàn)稿)》中提出：“有效利用信息技術(shù)推進(jìn)‘眾創(chuàng)空間’建設(shè)，探索STEAM 教育、創(chuàng)客教育等新的教育模式，使學(xué)生具有較強(qiáng)的信息意識(shí)與創(chuàng)新意識(shí)”。從此國(guó)內(nèi)校內(nèi)創(chuàng)客教育基地如雨后春筍般的先后成立。我校已于2015年1月率先建設(shè)國(guó)內(nèi)首家“創(chuàng)客校園”，大力發(fā)展集創(chuàng)意、設(shè)計(jì)、制造于一體的“藍(lán)島創(chuàng)客空間”。為了積極響應(yīng)“大眾創(chuàng)業(yè)、萬(wàn)眾創(chuàng)新”的號(hào)召，我們鼓勵(lì)學(xué)生成為一個(gè)具有創(chuàng)新、創(chuàng)意的創(chuàng)客，鼓勵(lì)學(xué)生在適當(dāng)?shù)幕A(chǔ)上進(jìn)行創(chuàng)業(yè)活動(dòng)。圍繞專業(yè)課程教育，開(kāi)展創(chuàng)客教育的改革[7]，建立相應(yīng)的創(chuàng)客課改課程已經(jīng)成為迫在眉睫的任務(wù)。

目前，已有高校開(kāi)展相應(yīng)的課程改革，如有教師提出在3D設(shè)計(jì)與打印課程中運(yùn)用創(chuàng)客教育理念，采用小組討論、實(shí)踐等方式，實(shí)現(xiàn)了創(chuàng)意構(gòu)想[8]。如還有學(xué)校提出了創(chuàng)意電子課程，通過(guò)這個(gè)課程激發(fā)學(xué)生的興趣，并鼓勵(lì)學(xué)生從生活中發(fā)現(xiàn)相關(guān)的創(chuàng)意[9]。

1.3　創(chuàng)客教育對(duì)單片機(jī)課程的意義

創(chuàng)客教育是一種秉承“開(kāi)放創(chuàng)新、探究體驗(yàn)”教育理念，以“創(chuàng)造中學(xué)”為主要學(xué)習(xí)方式，這正和單片機(jī)這種實(shí)踐類課程的要求一致，將學(xué)生從被動(dòng)的理論知識(shí)學(xué)習(xí)中解放出來(lái)，以創(chuàng)客作品為導(dǎo)向，讓學(xué)生主動(dòng)地運(yùn)用單片機(jī)課程中的知識(shí)，當(dāng)然教師也要起到引導(dǎo)和輔導(dǎo)的作用。

2　單片機(jī)創(chuàng)客式課程改革的思路與內(nèi)容

針對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)中采用知識(shí)體系的授課方法，我們采用創(chuàng)客式的模塊化結(jié)構(gòu)。即針對(duì)每個(gè)知識(shí)點(diǎn)采用創(chuàng)客中常用的元器件作為基礎(chǔ)任務(wù)，學(xué)生在完成基礎(chǔ)任務(wù)的水平上我們?cè)匍_(kāi)展不同的創(chuàng)客主題任務(wù)，鼓勵(lì)學(xué)生結(jié)合主題和生活進(jìn)行創(chuàng)新創(chuàng)客小制作，同時(shí)教師也可給出一些建議。我們將單片機(jī)的知識(shí)點(diǎn)分布于這些任務(wù)中，當(dāng)任務(wù)完成后，相關(guān)知識(shí)點(diǎn)也相應(yīng)地學(xué)習(xí)完畢，創(chuàng)客中常用的元器件也熟悉了。創(chuàng)客式課改課程項(xiàng)目的知識(shí)點(diǎn)及任務(wù)如表1所示。

表1 單片機(jī)創(chuàng)客式課改課程項(xiàng)目的知識(shí)點(diǎn)及任務(wù)

與傳統(tǒng)的項(xiàng)目式任務(wù)相比，我們更加注重引導(dǎo)學(xué)生使用單片機(jī)及相關(guān)的知識(shí)解決生活中相關(guān)問(wèn)題，讓學(xué)生由被動(dòng)完成任務(wù)到積極動(dòng)手制作，并且我們也會(huì)積極跟進(jìn)鼓勵(lì)學(xué)生發(fā)現(xiàn)想法中的創(chuàng)新點(diǎn)，直至最后申請(qǐng)相關(guān)專利。

在學(xué)期初，將學(xué)生每3人分為一組，要求分工明確，有人做項(xiàng)目演說(shuō)，有人做硬件安裝還有人做軟件編程。每次以任務(wù)為要求開(kāi)展教學(xué)。在學(xué)校的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)室中使用單片機(jī)最小系統(tǒng)和相應(yīng)的電子元器件模塊搭建最初的模型，使用Keil軟件進(jìn)行編譯，后期可根據(jù)要求對(duì)模型進(jìn)行改進(jìn)。

在課堂外我們還對(duì)每個(gè)小組要求在一個(gè)單片機(jī)學(xué)習(xí)的學(xué)期中產(chǎn)生一件創(chuàng)客作品，針對(duì)這個(gè)創(chuàng)客作品我們會(huì)有開(kāi)題演講，中期檢查和最后的作品展示活動(dòng)。

在考核方面，平時(shí)分占70%、期末考試占30%，平時(shí)分又由平時(shí)考勤(10%)、實(shí)驗(yàn)和作業(yè)(50%)、創(chuàng)客作品(40%)組成(如圖1所示)。

圖1　單片機(jī)課程考核方案

在一個(gè)學(xué)期的學(xué)習(xí)中一共產(chǎn)生了13項(xiàng)創(chuàng)客作品，學(xué)生普遍表示在動(dòng)手制作作品的過(guò)程中對(duì)單片機(jī)的軟硬件開(kāi)發(fā)的方法理解得更深刻了，并且也對(duì)編程更加熟練了。

3　結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)單片機(jī)傳統(tǒng)教學(xué)中的不足，結(jié)合創(chuàng)客教育理論，提出了將單片機(jī)課程轉(zhuǎn)化為單片機(jī)創(chuàng)客式課改課程，并改革課程標(biāo)準(zhǔn)和授課計(jì)劃，將知識(shí)點(diǎn)與創(chuàng)客常用的元器件結(jié)合，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)新制作，將理論學(xué)習(xí)與創(chuàng)客作品有機(jī)結(jié)合，充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的學(xué)習(xí)興趣和積極性，增強(qiáng)了學(xué)生的對(duì)單片機(jī)的軟硬件綜合應(yīng)用能力和實(shí)踐能力，提高了學(xué)生的創(chuàng)新制作能力。在后面的教學(xué)我們將不斷改進(jìn)教學(xué)方法和內(nèi)容，為單片機(jī)教學(xué)和創(chuàng)客校園做出更大的努力。

[1]雒亮,祝智庭.開(kāi)源硬件：撬動(dòng)創(chuàng)客教育實(shí)踐的杠桿[J].中國(guó)電化教育,2015(4):7-14.

[2]李冰.單片機(jī)課程的項(xiàng)目化教學(xué)改革與實(shí)踐[J].實(shí)驗(yàn)室科學(xué),2014(2):101-103.

[3]李紹靜.基于案例驅(qū)動(dòng)的單片機(jī)教學(xué)模式研究[J].信息技術(shù),2013(4):59-62.

[4]王紅超.機(jī)器人在單片機(jī)教學(xué)中的應(yīng)用[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索,2013(1):213-215.

[5]徐亮.結(jié)合競(jìng)賽機(jī)器人開(kāi)展高職單片機(jī)課改的實(shí)踐與探索[J].中國(guó)現(xiàn)代教育裝備,2016(4):117-119.

[6]李華,楊永其,譚明杰.“創(chuàng)客教育”解讀[J].四川師范大學(xué)學(xué)報(bào):社會(huì)科學(xué)版,2016(9):26-33.

[7]康長(zhǎng)青,吳中博,張其林,寧彬,項(xiàng)東升. 地方高校創(chuàng)客教學(xué)模式的構(gòu)建[J].計(jì)算機(jī)時(shí)代,2017(1):82-84.

[8]楊熊炎.創(chuàng)客教育下的“3D設(shè)計(jì)與打印”課程應(yīng)用實(shí)踐[J].美與時(shí)代,2016(9):106-108.

[9]王辭曉,傅騫,楊思思.創(chuàng)客視野下的創(chuàng)意電子課程設(shè)計(jì)研究[J].現(xiàn)代教育技術(shù),2015(10):106-112.