基于創(chuàng)客教育的高職院?！扒度胧轿⒖刂破鞯恼J(rèn)識與應(yīng)用”課程 建設(shè)研究

張曉芳 周靜紅

摘? ?要：文章闡述了“嵌入式微控制器的認(rèn)識與應(yīng)用”課程存在的問題，提出了以創(chuàng)客教育“實(shí)體作品”理念引領(lǐng)的課程設(shè)計(jì)總體方案。從課程內(nèi)容及標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)、線上+線下教學(xué)資源建設(shè)、教學(xué)模式實(shí)施幾個(gè)方面闡述了以創(chuàng)客教育理念引領(lǐng)的本門課程建設(shè)的具體實(shí)施途徑。通過智能小車實(shí)體作品進(jìn)行技能強(qiáng)化和技術(shù)提升訓(xùn)練，提升學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力和競爭力。

關(guān)鍵詞：創(chuàng)客教育;實(shí)體作品;智能小車;STM32;創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)

黨的十八大提出，實(shí)施創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略;教育部關(guān)于印發(fā)《教育信息化“十三五”規(guī)劃》的通知提出，要積極探索創(chuàng)客教育的教育模式，著力提升學(xué)生的信息素養(yǎng)、創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力，促進(jìn)學(xué)生的全面發(fā)展[1]。著名創(chuàng)客空間TechShop的CEO與創(chuàng)立者馬克·哈特赤（Mark Hatch）特別強(qiáng)調(diào)“制造實(shí)體作品對創(chuàng)客行動的重要性”，提出創(chuàng)客活動的最終目標(biāo)是創(chuàng)造“實(shí)體作品”。創(chuàng)客教育通過開設(shè)課程及開展活動等載體，為社會培養(yǎng)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)人才，提升教育競爭力[2]。歐美國家的很多學(xué)校都設(shè)置有創(chuàng)客課程、開設(shè)創(chuàng)客空間，為學(xué)生基于創(chuàng)造的學(xué)習(xí)提供了環(huán)境、資源和機(jī)會，學(xué)以致用[3-4]。中國的例如清華大學(xué)、同濟(jì)大學(xué)、深圳大學(xué)等高校，各自組建了創(chuàng)客團(tuán)體或社團(tuán)，開設(shè)了相關(guān)課程，為中國高校的創(chuàng)客教育探索了實(shí)踐道路[5]。以創(chuàng)客教育為引領(lǐng)進(jìn)行整個(gè)專業(yè)課程體系的構(gòu)建需要多方進(jìn)行協(xié)調(diào)，實(shí)施層面具有一定的難度，本文提出在“嵌入式微控制的認(rèn)識與應(yīng)用”課程中滲入創(chuàng)客教育理念，以“實(shí)體作品”創(chuàng)客教育目標(biāo)為引領(lǐng)進(jìn)行課程改革和建設(shè)，希望以點(diǎn)帶面，對創(chuàng)客教育的課程建設(shè)進(jìn)行有效的探索與嘗試。

1? ? “嵌入式微控制的認(rèn)識與應(yīng)用”課程現(xiàn)狀

“嵌入式微控制的認(rèn)識與應(yīng)用”是以STM32系列處理器為核心的嵌入式技術(shù)課程。目前市場上新出現(xiàn)的各種新電子產(chǎn)品，如平衡車、四軸飛行器、運(yùn)動手表等都是ARM Cortex-M的STM32處理器。

近年來，隨著技術(shù)的發(fā)展，各高職院校也相繼開設(shè)此課程，并在產(chǎn)教融合背景下不斷摸索課程建設(shè)。各高職院校以現(xiàn)有廠家提供的嵌入式開發(fā)板為教學(xué)使用，常見的有野火、正點(diǎn)原子等品牌進(jìn)行項(xiàng)目化教學(xué)。知識點(diǎn)包括：通用輸入/輸出（General Purpose Input/Output，GPIO）、模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換、外部中斷、時(shí)鐘設(shè)置、嵌套向量中斷控制器 、DMA控制器、FLASH存儲器、通用同步異步收發(fā)器、串行外設(shè)接口、FSMC總線控制等。以各知識點(diǎn)建立教學(xué)項(xiàng)目包括：LED跑馬燈設(shè)計(jì)、溫濕度數(shù)據(jù)采集、上位機(jī)串口控制、LCD圖形文字顯示等[6]，完成從程序編寫、調(diào)試的工作過程。每個(gè)項(xiàng)目都以單獨(dú)的功能為主，相互之間的聯(lián)系并不明顯，不能完整展現(xiàn)整個(gè)嵌入式產(chǎn)品開發(fā)步驟及STM32處理器的綜合處理能力，學(xué)生無法感受STM32處理器和普通8位單片機(jī)的性能差別，學(xué)完課程后學(xué)生很難系統(tǒng)地進(jìn)行整機(jī)產(chǎn)品的開發(fā)。

2019年3月，國務(wù)院政府工作報(bào)告提出：“鼓勵更多應(yīng)屆高中畢業(yè)生和退役軍人、下崗職工、農(nóng)民工等報(bào)考職業(yè)教育，今年大規(guī)模擴(kuò)招100萬人”。隨著學(xué)生生源的多元化，學(xué)生差異更加明顯，課程建設(shè)如何盡可能地兼顧到每個(gè)學(xué)生，也是應(yīng)該關(guān)注的問題。

2? ? 以創(chuàng)客教育理念引領(lǐng)的“嵌入式微控制的認(rèn)識與應(yīng)用”總體方案

探索與實(shí)踐創(chuàng)客教育理念下“實(shí)體作品”引領(lǐng)的課程建設(shè)方案。校企共建線上線下協(xié)同的創(chuàng)客教育平臺[7]共同開發(fā)專業(yè)核心課程，將創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力培養(yǎng)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和企業(yè)化環(huán)境等嵌入頂層設(shè)計(jì)，按照“一條產(chǎn)品開發(fā)主線、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力培養(yǎng)”的模式進(jìn)行課程內(nèi)容組織與管理，構(gòu)建產(chǎn)品化、創(chuàng)新性特色的課程內(nèi)容，分段完成實(shí)現(xiàn)“實(shí)體產(chǎn)品”（例如智能小車）的各基本技能學(xué)習(xí)、綜合實(shí)戰(zhàn)技能訓(xùn)練的教學(xué)形式，并結(jié)合嵌入式大賽，重新制定課程標(biāo)準(zhǔn)和授課計(jì)劃。厘清思路，線上線下教學(xué)資源項(xiàng)目匹配，從產(chǎn)業(yè)產(chǎn)品理念出發(fā)，實(shí)現(xiàn)線上線下教學(xué)資源建設(shè)化整為零，再從零散到完整框架體系建設(shè)的過程。以創(chuàng)客教育理念引領(lǐng)的“嵌入式微控制的認(rèn)識與應(yīng)用”總體方案如圖1所示。

3? ? 以創(chuàng)客教育理念引領(lǐng)的“嵌入式微控制的認(rèn)識與應(yīng)用”具體實(shí)施途徑

3.1? 基于創(chuàng)客教育“實(shí)體作品”理念的課程內(nèi)容及標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)

“嵌入式微控制的認(rèn)識與應(yīng)用”課程設(shè)置的項(xiàng)目不再以單獨(dú)的功能為主，而是以一條主線“智能小車控制”來統(tǒng)領(lǐng)各模塊的協(xié)作，以典型產(chǎn)品典型功能作為彼此聯(lián)系的紐帶。課程概述方面，展示智能小車功能，并分析各功能由哪些模塊構(gòu)成;按照智能小車功能將各模塊打散，實(shí)現(xiàn)化整為零，以項(xiàng)目化進(jìn)行基本技能點(diǎn)學(xué)習(xí)，各模塊相互聯(lián)系，分為智能小車報(bào)警控制單元（GPIO設(shè)置、定時(shí)器使用）、智能小車尋跡單元（紅外發(fā)射與接收傳感器及控制）、智能小車調(diào)速單元（電機(jī)驅(qū)動電路、正反轉(zhuǎn)、PWM調(diào)速）、智能小車急停、后退、拐彎控制（外部中斷、定時(shí)器中斷）、智能小車標(biāo)志物控制（WiFi，ZigBee、串口）等項(xiàng)目;對各模塊的基本技能掌握之后，進(jìn)行智能控制小車整機(jī)產(chǎn)品的開發(fā)，化零為整，實(shí)現(xiàn)智能小車整體控制要求;最后承接企業(yè)項(xiàng)目實(shí)戰(zhàn)或技能大賽，提升學(xué)生“實(shí)體作品”設(shè)計(jì)開發(fā)能力。

3.2? “嵌入式微控制器的認(rèn)識與應(yīng)用”線上+線下教學(xué)資源建設(shè)

為滿足不同層次學(xué)生不受時(shí)間空間限制進(jìn)行學(xué)習(xí)，同時(shí)也為積極推進(jìn)信息化建設(shè)，進(jìn)行本門課程的泛雅平臺建設(shè)。希望通過該平臺，校企協(xié)同確定本課程的技能點(diǎn)，并投入財(cái)力和精力完成本課程所有技能點(diǎn)視頻的錄制，做到每段視頻時(shí)間合理、時(shí)效高。同時(shí)，為鞏固學(xué)生基本技能點(diǎn)，通過團(tuán)隊(duì)協(xié)作完成習(xí)題庫建設(shè)，通過在線載體推送給學(xué)生。

目前，學(xué)生主要購買淘寶等電商平臺的開發(fā)板進(jìn)行學(xué)習(xí)，與真實(shí)產(chǎn)品有差距。校企協(xié)同共同完善硬件資源。從企業(yè)真實(shí)項(xiàng)目中遴選知識點(diǎn)及硬件資源，采用智能控制小車為契入點(diǎn)，將企業(yè)產(chǎn)品化整為零，設(shè)計(jì)并制作穩(wěn)定的核心控制板，完成簡單技能點(diǎn)學(xué)習(xí)，便于初學(xué)者學(xué)習(xí)。學(xué)生有了一定的基礎(chǔ)，再體驗(yàn)從零散到完整框架體系建設(shè)的過程，完成嵌入式整機(jī)產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制作。

3.3? 基于創(chuàng)客教育“實(shí)體作品”理念的教學(xué)模式實(shí)施

本門課程涉及的“智能控制小車”實(shí)體作品的基本技能點(diǎn)，通過教學(xué)資源視頻資料，結(jié)合課程實(shí)訓(xùn)場室進(jìn)行學(xué)習(xí)，學(xué)生以翻轉(zhuǎn)課堂形式進(jìn)行學(xué)習(xí)，教師進(jìn)行必要的指導(dǎo)。在開放式的嵌入式學(xué)習(xí)室，以“智能控制小車”的整體調(diào)試項(xiàng)目為任務(wù)，以線下資源為主，提升綜合企業(yè)實(shí)戰(zhàn)項(xiàng)目能力，完成整機(jī)產(chǎn)品調(diào)試。課后，工作室會選取合理的線上資源和線下資源，完成企業(yè)項(xiàng)目或嵌入式大賽的興趣小組學(xué)習(xí)與訓(xùn)練。多方位、多層級地培養(yǎng)學(xué)生完成“實(shí)體作品”的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力。

4? ? 結(jié)語

通過以創(chuàng)客教育“智能小車實(shí)體作品”引領(lǐng)的嵌入式課程改革，學(xué)生對嵌入式系統(tǒng)的整體應(yīng)用有了更深刻的了解，通過“智能小車”一條主線，有效學(xué)習(xí)嵌入式各個(gè)模塊，使得各個(gè)知識點(diǎn)有效銜接，學(xué)完充分理解以產(chǎn)品理念進(jìn)行的系統(tǒng)開發(fā)，學(xué)習(xí)興趣提高，學(xué)習(xí)效果顯著提升。學(xué)生分別于2018年、2019年獲高職高專院校大學(xué)生創(chuàng)客馬拉松大賽“MakeX攻城大師賽”二等獎;先后獲2018年、2019年江蘇省技能大賽“嵌入式技術(shù)應(yīng)用開發(fā)”賽項(xiàng)三等獎。兩年來，學(xué)生參與老師嵌入式橫向課題研究5項(xiàng)。

基于創(chuàng)客教育“實(shí)體作品”理念下進(jìn)行課程設(shè)計(jì)，校企團(tuán)隊(duì)合作完成硬件選型、電路設(shè)計(jì)、電路制作;學(xué)生在智能小車實(shí)體作品下進(jìn)行硬件測試、程序設(shè)計(jì)、調(diào)試，完成嵌入式整機(jī)產(chǎn)品開發(fā)，并能承接企業(yè)實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目進(jìn)行軟硬件開發(fā)。通過技能強(qiáng)化和技術(shù)提升訓(xùn)練，體驗(yàn)企業(yè)文化、積累職場工作經(jīng)驗(yàn)，提升學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力、競爭力。