新工科背景下單片機信息化課堂教學(xué)的實踐

李翠翠

【摘 要】本文論述新工科背景下單片機信息化課堂教學(xué)的實踐，分析信息化教學(xué)資源及技術(shù)手段在單片機課程教學(xué)中的應(yīng)用，學(xué)習(xí)過程從“課前導(dǎo)學(xué)”到“課堂教學(xué)”，到“課后延學(xué)”，學(xué)習(xí)時間和場所從課堂和教室轉(zhuǎn)移為隨時隨地，從而使學(xué)習(xí)目標更明確，學(xué)習(xí)步驟更清晰，學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和職業(yè)能力得到更好的鍛煉。

【關(guān)鍵詞】新工科? 單片機? 信息化

【中圖分類號】G? 【文獻標識碼】A

【文章編號】0450-9889（2019）12C-0165-03

一、單片機課堂教學(xué)現(xiàn)狀分析

單片機的應(yīng)用滲透到我們生活的各個領(lǐng)域，單片機的學(xué)習(xí)、開發(fā)與應(yīng)用將造就一批計算機應(yīng)用與智能化控制的卓越工程科技人才。然而課題組調(diào)研發(fā)現(xiàn)，單片機相關(guān)知識課程的學(xué)習(xí)常常被學(xué)生反映難學(xué)，主要是因為對傳統(tǒng)的文本化編程語言（C語言）難以理解并靈活應(yīng)用。

其實單片機的編程的確是有很多固定框架的，由于在目前的學(xué)習(xí)中大都采用文本程序代碼，并不能對信息進行高度封裝，雖然文本程序采用了更加復(fù)雜的語法結(jié)構(gòu)來適應(yīng)這種對大容量信息的封裝，但也無疑加重了編程者學(xué)習(xí)編程語言的負擔。

目前單片機應(yīng)用技術(shù)課程多使用項目驅(qū)動式的“教學(xué)做一體”教學(xué)組織方式：給定設(shè)計項目，教師指導(dǎo)學(xué)生分析系統(tǒng)設(shè)計的基本要求，教師講解相關(guān)知識點，學(xué)生進行設(shè)計練習(xí)，教師隨堂答疑指導(dǎo)，并現(xiàn)場完成測評。這種組織方式下，學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性提高，但并不能夠有效地增加學(xué)生練習(xí)的時間，實踐環(huán)節(jié)的削弱使得學(xué)生不能有效地利用所學(xué)理論知識，學(xué)生學(xué)習(xí)效果不高。

基于翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)組織方式逐漸被倡導(dǎo)，通過提前錄制教學(xué)視頻，將項目所涉及的理論知識，如程序語句、單片機引腳結(jié)構(gòu)等提前發(fā)布給學(xué)生，將設(shè)計分析和視頻學(xué)習(xí)放在課下，課堂進行難點答疑和編程練習(xí)，這樣大大節(jié)約了課堂時間，擴充了練習(xí)項目，學(xué)生實踐機會增加，設(shè)計能力提高很快。如果能夠加強課下學(xué)習(xí)過程的監(jiān)管，例如制定科學(xué)的學(xué)習(xí)計劃、學(xué)習(xí)目標、學(xué)習(xí)內(nèi)容、學(xué)習(xí)步驟及學(xué)習(xí)效果，使學(xué)生能夠有效控制和管理自己課下學(xué)習(xí)的實施及學(xué)習(xí)目標的實現(xiàn)，則該課程的學(xué)習(xí)實效性將得到更大的保障。

基于以上課程學(xué)習(xí)情況，設(shè)計基于數(shù)字和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的信息化課堂教學(xué)，取得了一定的教學(xué)效果。

二、信息化課程建設(shè)內(nèi)容

以教育思想和教學(xué)觀念的轉(zhuǎn)變?yōu)橄葘?dǎo)，積極進行教學(xué)內(nèi)容優(yōu)化、教學(xué)方法創(chuàng)新、師資隊伍建設(shè)等，實現(xiàn)單片機技術(shù)與應(yīng)用課程的“四化”，即教學(xué)資源多樣化、教學(xué)內(nèi)容規(guī)范化、教學(xué)方法科學(xué)化和教學(xué)手段現(xiàn)代化。其中信息化課程教學(xué)資源的建設(shè)主要包括以下內(nèi)容：

（一）基于職業(yè)性原則的課程標準

根據(jù)課程面向的工作崗位及專業(yè)人才培養(yǎng)方案，以工學(xué)結(jié)合為原則，詳細合理設(shè)置課程的教學(xué)目標和教學(xué)安排，課程標準設(shè)計體現(xiàn)教學(xué)方式多樣創(chuàng)新，教學(xué)內(nèi)容以學(xué)生為本。

（二）“互聯(lián)網(wǎng)+”數(shù)字媒體技術(shù)的教學(xué)資源

1.微課開發(fā)。針對延時函數(shù)、矩陣鍵盤的結(jié)構(gòu)、定時計數(shù)器設(shè)置、串口通信等教學(xué)難點，結(jié)合開發(fā)板及虛擬仿真軟件，開發(fā)相關(guān)教學(xué)微課，主要用來輔助學(xué)生完成課前預(yù)習(xí)任務(wù)。

2.網(wǎng)絡(luò)課程資源。網(wǎng)絡(luò)課程資源主要建設(shè)單片機課程教學(xué)項目及相關(guān)的數(shù)字化素材及電子教案等。通過學(xué)校購買的得實網(wǎng)絡(luò)平臺向?qū)W生提供課程課前導(dǎo)學(xué)知識清單、導(dǎo)學(xué)測試、課程教學(xué)任務(wù)單、涉及知識點的微課或PPT電子教案、課后思維導(dǎo)圖、討論及拓展設(shè)計項目、學(xué)生作品分享等。

3.圖形可視化自助程序生成平臺的建設(shè)。選擇恰當?shù)膱D形化編程語言，自動生成延時程序、定時計數(shù)器初始化程序、中斷程序、按鍵識別程序、A/D轉(zhuǎn)換程序、串口I/O通信程序、LCD1602顯示驅(qū)動程序、DS18B20溫度讀取程序、步進電機驅(qū)動程序等程序框架，通過復(fù)制直接獲取程序代碼，或者生成利用拖放技術(shù)的交互式編程軟件，使學(xué)生通過拖拽鼠標完成編程。

4.活頁式的校本教材及配套實驗平臺建設(shè)。單片機校本教材按照“項目活頁式”進行內(nèi)容開發(fā)與設(shè)計，弱化教材特征，強化項目活頁的功能，以實際小型單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計作為主體內(nèi)容，將職業(yè)素養(yǎng)、課程思政有機融入教材中，提供多元立體化的學(xué)習(xí)資料，實現(xiàn)教材多功能作用。

5.基于創(chuàng)客教學(xué)的實訓(xùn)項目開發(fā)。根據(jù)創(chuàng)客教育的規(guī)律，主要開發(fā)兩類教學(xué)實訓(xùn)項目，一是通用型的實訓(xùn)項目，以基礎(chǔ)性、功能驗證性項目為主，適合大多數(shù)同學(xué)，學(xué)生可以借助課本獨立完成，例如交通信號燈、電子鐘、萬年歷。二是創(chuàng)客型實訓(xùn)項目，更加切合實際，項目貫穿整個學(xué)習(xí)過程，以解決實際問題為主要目標，學(xué)生以創(chuàng)客小組的形式在課程開始前定下設(shè)計任務(wù)，沒有具體的要求，典型的特點是開放性和創(chuàng)新性。

三、基于得實平臺的信息化課堂教學(xué)實施

根據(jù)職業(yè)教育的教學(xué)改革要求，采用任務(wù)驅(qū)動法，以完成某一單片機小系統(tǒng)設(shè)計為載體，通過“課前導(dǎo)學(xué)、課堂教學(xué)、課后延學(xué)”三個過程階段，借助數(shù)據(jù)化、實時化、信息化教學(xué)平臺，達到單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計的基本理論、基本知識和基本技能的學(xué)習(xí)目標。下面以4路搶答器的設(shè)計為例，介紹信息化課堂實施的過程。

針對共陽/共陰數(shù)碼管顯示原理易混淆的問題，利用課程平臺的在線測試及搶答、微課視頻、虛擬仿真等信息技術(shù)，直觀展示原理，引導(dǎo)學(xué)生追本溯源，發(fā)現(xiàn)規(guī)律，有效突破教學(xué)難點。教學(xué)環(huán)節(jié)及信息化手段如表1。

（一）課前導(dǎo)學(xué)

教師發(fā)布學(xué)習(xí)任務(wù)：通過“超星學(xué)習(xí)通”發(fā)布學(xué)習(xí)任務(wù)及相關(guān)學(xué)習(xí)資源、導(dǎo)學(xué)測試，針對學(xué)生完成的學(xué)習(xí)情況、測試結(jié)果調(diào)整教學(xué)安排。

學(xué)生自主學(xué)習(xí)：學(xué)生登陸課程平臺，接收學(xué)習(xí)任務(wù)，點擊瀏覽相關(guān)教學(xué)資源進行學(xué)習(xí)，按時完成導(dǎo)學(xué)測試。整個過程，師生和學(xué)生之間可隨時在線討論，共同完成課前知識探究，為實現(xiàn)翻轉(zhuǎn)課堂奠定基礎(chǔ)。

通過課程平臺、微課、文檔、導(dǎo)學(xué)測試等信息化手段，拓展學(xué)生學(xué)習(xí)時間與空間，培養(yǎng)學(xué)生自學(xué)能力，針對性調(diào)整教學(xué)步驟與方式。

（二）課堂教學(xué)做

1.情境引入，分析需求。教師通過網(wǎng)絡(luò)課程平臺設(shè)置知識搶答環(huán)節(jié)，現(xiàn)場模擬搶答情境，引導(dǎo)學(xué)生討論基于單片機的搶答器實物設(shè)計功能需求，引出數(shù)碼管的使用。

學(xué)生通過手機APP登錄課程平臺，參與知識搶答，小組線下或線上彈幕討論搶答器功能需求、設(shè)計所用到的知識需求，明確本次課程學(xué)習(xí)目標。

通過課程平臺設(shè)置一些微課視頻，使學(xué)生明確學(xué)習(xí)目標、設(shè)計目標，使教學(xué)過程有的放矢。

2.分析問題，現(xiàn)場教學(xué)。教師借助網(wǎng)絡(luò)課程平臺、教學(xué)微課、單片機自主程序開發(fā)平臺進行理論講授;歸納、解決學(xué)生學(xué)習(xí)問題。

學(xué)生結(jié)合課前的預(yù)習(xí)以及進行項目設(shè)計所需要的知識點，進行針對性學(xué)習(xí)，參與課堂討論，解決問題。

通過課程平臺、微課視頻、虛擬仿真，進行問題式學(xué)習(xí)，加深學(xué)生對知識點的理解與掌握。

3.設(shè)計實施，演示評價。教師指導(dǎo)設(shè)計步驟，個別調(diào)試指導(dǎo)，學(xué)生演示，總結(jié)問題，進行評價。

學(xué)生分小組實施設(shè)計，有效分工合作，協(xié)同作業(yè)，申請項目驗收，演示項目功能，分享經(jīng)驗，互相評價。

通過課程平臺、微課視頻、虛擬仿真、程序自主生成APP，檢驗學(xué)生學(xué)習(xí)能力，鍛煉學(xué)生動手設(shè)計能力和團隊合作能力，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)主動性和積極性。

（三）課后拓展

1.任務(wù)拓展，個性延伸。教師對未完成項目的小組進行課后指導(dǎo)，通過“學(xué)習(xí)通”對學(xué)生提交的問題進行答疑，指導(dǎo)學(xué)生體驗挑戰(zhàn)杯大學(xué)生課外作品設(shè)計、互聯(lián)網(wǎng)+創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽。

學(xué)生完成項目設(shè)計，可拓展搶答器功能，利用互聯(lián)網(wǎng)體驗創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)，利用“學(xué)習(xí)通”進行學(xué)習(xí)討論與經(jīng)驗分享。

通過課程平臺和手機APP鞏固學(xué)習(xí)內(nèi)容，培養(yǎng)創(chuàng)新意識。

2.多元考評，公開公正。綜合學(xué)生課前、課中、課后的表現(xiàn)，借助平臺，教師完成針對每名學(xué)生的多元化考核評價。網(wǎng)絡(luò)課程平臺的使用可以保障公開公正、多元化的考核評價，全面提升職業(yè)素養(yǎng)。

四、教學(xué)特色

（一）教學(xué)設(shè)計

從職業(yè)崗位需求出發(fā)，采用C語言編程，以工作任務(wù)（設(shè)計委托）引導(dǎo)教與學(xué)，設(shè)計任務(wù)具有針對性、擴展性、系統(tǒng)性和創(chuàng)新性，貼近崗位需求。

（二）網(wǎng)絡(luò)課程平臺的使用

將帶有微課視頻、習(xí)題、語音的課前預(yù)習(xí)課件推送到學(xué)生手機，并自動進行任務(wù)提醒;課堂上實時答題、彈幕互動，師生及時溝通，教師可以獲得完整和詳細的教學(xué)資源點擊率、測試成績分析報表，便于及時調(diào)整教學(xué)方式與安排。

（三）單片機圖形可視化自主程序生成平臺的使用

教師講授案例及學(xué)生進行項目設(shè)計時，使用圖形化模塊，選擇確定要生成的程序功能細節(jié)，根據(jù)個人需要設(shè)置生成程序框架，輔助學(xué)生編程練習(xí)，訓(xùn)練學(xué)生編程基本功，使單片機的編程開發(fā)變得更加普及。

（四）虛擬仿真技術(shù)的使用

單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計教學(xué)時引入Proteus虛擬仿真軟件，從原理圖設(shè)計布圖、程序代碼調(diào)試到單片機最小系統(tǒng)與外圍電路的協(xié)同仿真，既可以驗證程序設(shè)計的準確度，又可以作為師生互動的重要手段，輔助教與學(xué)的進行。

五、師資及條件保障

（一）教學(xué)梯隊

課程主講教學(xué)團隊由具有一定學(xué)術(shù)造詣、豐富課堂授課經(jīng)驗和豐富實踐經(jīng)驗的教師組成，按照學(xué)生比例配備一定的輔導(dǎo)及實驗老師，并聘請企業(yè)優(yōu)秀技術(shù)人員兼職指導(dǎo)學(xué)生創(chuàng)新項目。

（二）能力建設(shè)

通過開發(fā)/合作項目、參與/指導(dǎo)競賽等方式，提高教師的實際應(yīng)用能力，培養(yǎng)實踐教學(xué)能力;通過課程建設(shè)，引導(dǎo)教師發(fā)揮主觀能動性，積極參與教學(xué)改革與創(chuàng)新。

新工科時代要培養(yǎng)更多的復(fù)合型工程科技人才。對于高職層次的教育教學(xué)，更應(yīng)該傾向于培養(yǎng)學(xué)生快速學(xué)習(xí)新事物的能力。信息化技術(shù)在課程教學(xué)中的應(yīng)用，學(xué)習(xí)時間和場所從課堂和教室轉(zhuǎn)移為隨時隨地，學(xué)習(xí)的目的更明確，學(xué)習(xí)的步驟更清晰，大大提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性，學(xué)習(xí)能力和職業(yè)能力得到了鍛煉，取得了較好的學(xué)習(xí)效果。

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（責編 丁 夢）