技能競賽前提下《單片機(jī)原理及應(yīng)用》課程探索

余彥瓊 李玉丹 劉萌萌

（鄭州理工職業(yè)學(xué)院，河南 鄭州 451150）

隨著科學(xué)技術(shù)的日新月異、工業(yè)領(lǐng)域自動化的發(fā)展，人們?yōu)樽非蟾玫纳钇焚|(zhì)，隨之而來的家用電器、醫(yī)療條件、儀器儀表、通信等領(lǐng)域不斷向智能化方向發(fā)展。同時物美價廉的單片機(jī)也朝更低功耗、更快速的方向進(jìn)步，在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的各個領(lǐng)域應(yīng)用越來越廣泛。

近年來舉辦的“高職技能電子產(chǎn)品設(shè)計與制作”競賽，以單片機(jī)知識為基礎(chǔ)檢驗參賽選手的電子產(chǎn)品電路設(shè)計能力、編程能力、工藝能力、現(xiàn)場問題的分析與處理、團(tuán)隊協(xié)作和創(chuàng)新能力等職業(yè)素質(zhì)，用以引導(dǎo)高職院校關(guān)注電子行業(yè)新技術(shù)的發(fā)展趨勢與技術(shù)應(yīng)用方向。與高職院校更加強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)出實踐性、創(chuàng)新性、具有綜合職業(yè)能力的技術(shù)型人才相吻合。為此，提高該課程的課程質(zhì)量、教學(xué)效果意義重大。

一、當(dāng)前單片機(jī)教學(xué)中存在的問題

《單片機(jī)原理與應(yīng)用》是一門應(yīng)用性較強(qiáng)的“硬件+軟件”的核心專業(yè)課程，以培養(yǎng)面向智能電子、通信電子、機(jī)電自動化等產(chǎn)品的生產(chǎn)與開發(fā)等相關(guān)崗位為目標(biāo)，圍繞“職業(yè)素質(zhì)優(yōu)先、動手能力優(yōu)先、注重實踐和創(chuàng)新意識培養(yǎng)”的思想，著眼于培養(yǎng)基于單片機(jī)的智能產(chǎn)品設(shè)計、分析、調(diào)試、制作與維護(hù)能力的實踐型人才。當(dāng)前多數(shù)高職院校已將課程帶入實驗室，采取模塊化、任務(wù)化的模式完成教學(xué)。但往往都以驗證性實驗為基礎(chǔ)，在此基礎(chǔ)上雖取得一定效果，還存在著諸多的問題：

（一）教學(xué)內(nèi)容由多個獨立的任務(wù)模塊組成，每個模塊既相對獨立、又保持著密切的聯(lián)系，學(xué)生很難將前后模塊知識建立邏輯聯(lián)系，做到融會貫通、學(xué)以致用。如：已完成按鍵電路任務(wù)模塊、數(shù)碼管顯示任務(wù)模塊的學(xué)習(xí)，學(xué)生卻無法獨立完成按鍵控制數(shù)碼管顯示任務(wù)。

（二）采用的教學(xué)方法較為單一，無法充分調(diào)動學(xué)生的積極性。以“教師為中心”的教育理念便于知識傳授、教學(xué)組織和監(jiān)控，卻忽視了學(xué)生學(xué)習(xí)的主體作用，不利于充分挖掘?qū)W生的潛力和靈活運用知識的能力，致使學(xué)生僅會模仿教師完成實驗環(huán)節(jié)，缺乏自主思索與創(chuàng)新精神，知其然而不知其所以然。如：學(xué)生在實驗環(huán)節(jié)中生搬硬套完成任務(wù)，沒有領(lǐng)會單片機(jī)設(shè)計的要領(lǐng)、制作出完整創(chuàng)新性的電子產(chǎn)品，與高職院校應(yīng)用性、實踐性、創(chuàng)新性人才培養(yǎng)模式相悖。

（三）現(xiàn)階段該課程的考核模式多為程序化，由于學(xué)生自身基礎(chǔ)薄弱、實訓(xùn)考核前突擊記憶所學(xué)獨立模塊的內(nèi)容，雖然取得了一定的成績，但無法體現(xiàn)真實水平，更無法做到舉一反三，真正理解單片機(jī)的知識，無法獨立完成電路設(shè)計、程序編寫、制作電子產(chǎn)品。

二、教學(xué)模式的改革措施

為強(qiáng)調(diào)該課程的“實踐應(yīng)用”環(huán)節(jié)，提高學(xué)生的系統(tǒng)分析問題、創(chuàng)新實踐、團(tuán)隊合作能力，獨立設(shè)計與單片機(jī)相關(guān)產(chǎn)品、制作相應(yīng)實物，鼓勵學(xué)生積極參加省、市級與單片機(jī)相關(guān)的技能大賽為目標(biāo)，最終培養(yǎng)出職業(yè)性強(qiáng)、素質(zhì)更高的技能型應(yīng)用人才。

（一）教學(xué)內(nèi)容

依據(jù)人才培養(yǎng)方案和課程標(biāo)準(zhǔn)，以技能競賽項目為驅(qū)動，重新整合講授內(nèi)容的順序，修訂新的教學(xué)大綱、授課計劃、實訓(xùn)指導(dǎo)書、電子教案等。在教學(xué)過程中結(jié)合生產(chǎn)實際，建立以具體項目為教學(xué)主線，通過有趣的實例引出問題，帶著問題學(xué)習(xí)知識。

在教學(xué)過程中，將“基于單片機(jī)的全自動豆?jié){機(jī)設(shè)計”“基于單片機(jī)控制的智能風(fēng)扇”“家居照明藍(lán)牙控制系統(tǒng)設(shè)計”創(chuàng)新型技能競賽項目作為教學(xué)案例開展教學(xué)［1］。如“基于單片機(jī)的全自動豆?jié){機(jī)設(shè)計”項目分為單片機(jī)最小系統(tǒng)、按鍵控制電路、測溫電路、顯示電路、加熱電路、電機(jī)電路、報警電路等模塊重新整合講授的順序。明確每個獨立任務(wù)模塊的知識點、技能目標(biāo)，把模塊化分散的知識點通過合理的邏輯關(guān)系整合到一起，讓學(xué)生在實際系統(tǒng)與抽象的理論方法之間建立自然聯(lián)系，能系統(tǒng)地分析問題、解決實際問題。

選擇的競賽項目內(nèi)容編排，按層層推進(jìn)，逐步深入，實現(xiàn)“由點到線、由線到面”的系統(tǒng)性技能訓(xùn)練［2］。以豆?jié){機(jī)設(shè)計作為第一個學(xué)習(xí)項目，帶領(lǐng)學(xué)生掌握單片機(jī)結(jié)構(gòu)、原理及應(yīng)用，把教學(xué)知識點滲透到一個個生動的互動案例中，利用C語言編寫程序，利用實訓(xùn)設(shè)備共同探索單片機(jī)硬件設(shè)計和程序編寫的能力。結(jié)合智能風(fēng)扇和家居照明項目即復(fù)習(xí)鞏固已學(xué)的內(nèi)容，并延伸擴(kuò)展新的獨立模塊知識，最終培養(yǎng)其綜合設(shè)計、制作實物的能力。豆?jié){機(jī)設(shè)計最終考核比重為40%，其中獨立模塊的考核占25%，綜合設(shè)計能力考核占15%；智能風(fēng)扇為30%，其獨立模塊的考核占15%，綜合設(shè)計能力考核占15%；家居照明為30%，其獨立模塊考核占15%，綜合設(shè)計能力考核占15%。智能風(fēng)扇和家居照明重點考核新擴(kuò)展獨立模塊和綜合設(shè)計能力。

（二）從職業(yè)崗位的需求出發(fā)，采用C語言編程

傳統(tǒng)的單片機(jī)課程采用匯編語言進(jìn)行教學(xué)，該指令語句需完整學(xué)習(xí)才能進(jìn)行項目設(shè)計、程序編寫，且晦澀難懂，尤其是高職的學(xué)生不易理解，增加學(xué)習(xí)難度、無法靈活應(yīng)用。而C語言具有可移植性、能結(jié)構(gòu)化編程、簡單易學(xué)的特點，尤為重要的是在當(dāng)前職業(yè)崗位中，單片機(jī)應(yīng)用產(chǎn)品的開發(fā)基本上不采用匯編語言程序，以C語言為編程語言。本次課程探索以單片機(jī)實踐應(yīng)用為主線，故把C語言的知識融合在項目中，以夠用為度，在技能訓(xùn)練中讓學(xué)生逐漸掌握編程方法、易學(xué)易教、學(xué)以致用。

（三）改進(jìn)教學(xué)方法與教學(xué)理念

1.建立實驗合作小組

在班級授課中，建立實驗合作小組模式，實行組長負(fù)責(zé)制。每班班長負(fù)責(zé)分成若干小組，每組4～5人。每組推選出理論水平、操作能力較強(qiáng)且有一定組織能力的學(xué)生擔(dān)任組長，起聯(lián)絡(luò)、監(jiān)督和指導(dǎo)作用。每組成員輪流為代表回答課堂中老師的問題，其表現(xiàn)作為合作小組每位成員的成績，以此勉勵全員參與到課堂、主動完成學(xué)習(xí)任務(wù)。培養(yǎng)互相包容、互幫互助、團(tuán)結(jié)合作的精神，增強(qiáng)培養(yǎng)集體榮譽(yù)感。教師可從提問中及時了解其學(xué)習(xí)任務(wù)的掌握程度并查漏補(bǔ)缺、調(diào)整授課方法、授課進(jìn)度。

2.以工作任務(wù)引導(dǎo)教與學(xué)

采用項目化的教學(xué)方式，將競賽項目分為多個獨立的模塊任務(wù)，以工作任務(wù)為導(dǎo)向，如驅(qū)動蜂鳴器發(fā)出報警聲的任務(wù)入手引出相關(guān)知識，讓學(xué)生自主探索蜂鳴器發(fā)聲原理，引出硬件設(shè)計與編程技巧并進(jìn)行技能訓(xùn)練，充分體現(xiàn)出做中學(xué)、學(xué)中練的教學(xué)思路。給學(xué)生更多的思考空間，讓學(xué)生在此任務(wù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行擴(kuò)展完成蜂鳴器發(fā)出不同的聲音、提升難度實現(xiàn)按鍵控制蜂鳴器發(fā)出響聲，并鞏固了前面學(xué)習(xí)的內(nèi)容。培養(yǎng)學(xué)生獲取知識、運用知識、產(chǎn)生知識的能力，并為系部參加技能大賽奠定基礎(chǔ)。

3.建立新的教學(xué)理念

建立以“學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)”的教育理念。以學(xué)生為主體，意味著我們在教育的過程中把學(xué)生看成是有發(fā)展?jié)撃艿娜?，相信他們通過教育能夠成長起來；我們要了解每一個學(xué)生，針對每一個學(xué)生的個性因材施教；對待學(xué)生時要公平、公正，不能放棄任何一個學(xué)生，注重每一個學(xué)生的全面性發(fā)展。以教師作為主導(dǎo)，教師是教育的引導(dǎo)者、指導(dǎo)者，而不是中心者。這要求教師把課堂還給學(xué)生，通過在課堂上設(shè)置情景、創(chuàng)造氣氛，最大限度地發(fā)揮學(xué)生的主動性、積極性和創(chuàng)造性。

充分發(fā)揮教師在“教”活動中的主導(dǎo)作用，學(xué)生在“學(xué)”活動中的主體作用，將兩者有機(jī)結(jié)合起來，最大限度地發(fā)揮教師與學(xué)生的能動性、創(chuàng)造性。讓學(xué)生真正參與到課堂中，不再是被動接受知識，而是將課堂還給學(xué)生，教師帶領(lǐng)學(xué)生共同探索知識、發(fā)現(xiàn)知識，達(dá)到學(xué)生主動參與到課堂中，學(xué)生有所獲，教師有所成的班級氛圍。

4.課程網(wǎng)絡(luò)平臺建設(shè)

利用學(xué)院合作平臺“智慧樹”建立網(wǎng)絡(luò)班級、群聊，在網(wǎng)絡(luò)課堂學(xué)習(xí)資源中上傳該課程的學(xué)習(xí)軟件包、課件、PPT、視頻、學(xué)習(xí)網(wǎng)站教學(xué)資源，學(xué)生可以隨時查閱學(xué)習(xí)資源、自主完成課程學(xué)習(xí)。學(xué)生也可以在群里與老師、同學(xué)討論問題、及時解決疑惑。此舉即可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，也推動了學(xué)風(fēng)建設(shè)。

（四）建立多元化的評價機(jī)制

采用多元化的教學(xué)評價機(jī)制，包括兩種評價方式：過程性評價和終結(jié)性評價。過程性評價貫穿于整個教學(xué)過程，即對每個評價對象個體的過去和現(xiàn)在進(jìn)行比較，體現(xiàn)學(xué)生學(xué)習(xí)過程中個體的自我差異性，過程性評價占總成績的60%。終結(jié)性評價占總成績的40%，終結(jié)性評價在學(xué)期末考或課程結(jié)束考察學(xué)生本學(xué)科的理論、實踐技能的掌握情況以及單片機(jī)設(shè)計的綜合應(yīng)用能力［3］。兩種評價機(jī)制的結(jié)合更能體現(xiàn)出全面、公正、客觀，能實時掌握教學(xué)活動中教與學(xué)的效果并及時調(diào)整教學(xué)方法、計劃。

三、教學(xué)活動設(shè)計

“六位數(shù)碼管顯示生日‘981225’”教學(xué)案例展示：

（一）課前推送

以單片機(jī)原理與應(yīng)用課程為例，課前向?qū)W生推送“六位數(shù)碼管顯示生日‘981225’”的相關(guān)教學(xué)資源，列出任務(wù)知識目標(biāo)：

1.認(rèn)識LED數(shù)碼管的工作原理

2.數(shù)碼管字形編碼規(guī)則

3.多位動態(tài)數(shù)碼管的概念

4.二維數(shù)組定義、應(yīng)用

利用學(xué)院合作的“智慧樹”網(wǎng)絡(luò)平臺建立網(wǎng)絡(luò)班級、群聊，搜集優(yōu)秀的“六位數(shù)碼管顯示生日‘981225’”的微視頻、PPT、課前作業(yè)上傳到學(xué)習(xí)資源中，以便學(xué)生隨時查閱、自主學(xué)習(xí)本節(jié)課程的理論知識和硬件設(shè)計方法。

（二）課中實施

根據(jù)課前學(xué)生任務(wù)知識目標(biāo)的完成情況，檢查學(xué)生對數(shù)碼管顯示、數(shù)組語句的掌握情況?；趯W(xué)生反饋的知識難點、易錯點進(jìn)行有針對地講授、解答學(xué)生的疑惑。對于易錯點、難點以小組合作為單位進(jìn)行討論、完成實驗任務(wù)。練習(xí)結(jié)束后，派小組代表進(jìn)行成果演示、分享學(xué)習(xí)心得，教師進(jìn)行驗收總結(jié)、布置課后作業(yè)。

（三）課后鞏固

課后向?qū)W生推送“六個數(shù)碼管交替顯示自己的生日和學(xué)號”編程題等習(xí)題，學(xué)生自主完成習(xí)題、成果展示，有助于其知識點的鞏固，提高實踐動手能力。教師根據(jù)學(xué)生的反饋情況，調(diào)整下次課前推送資料及課堂教學(xué)方法，以優(yōu)化教師的教、強(qiáng)化提高學(xué)生學(xué)習(xí)的效果。

四、結(jié)束語

本課程結(jié)合高職院校及本院單片機(jī)課程的特點，培養(yǎng)職業(yè)技能型人才，參加省、市級技能競賽為出發(fā)點，提出以“技能競賽”為主的教學(xué)模式，以“學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)”的教育理念，重新整合教學(xué)內(nèi)容、建立實驗合作小組、以工作任務(wù)引導(dǎo)教與學(xué)的課程探索，采用過程性和終結(jié)性相結(jié)合的評價機(jī)制，凸顯學(xué)生的實踐操作能力，達(dá)到學(xué)以致用的教學(xué)效果。