基于“一庫一書一裝置”的“單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)”課程教學(xué)改革＊

李祖明

（清遠(yuǎn)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東 清遠(yuǎn) 511510）

“單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)”課程是高職院校電類工科專業(yè)的專業(yè)必修課程，該課程主要培養(yǎng)學(xué)生以單片機(jī)為核心，設(shè)計其外圍電路以構(gòu)建控制器硬件系統(tǒng)，并結(jié)合可剪裁、嵌入式編程的軟件系統(tǒng)，“軟硬”結(jié)合實現(xiàn)自動控制功能的一門課程。該課程直接對應(yīng)行業(yè)企業(yè)中的電子電氣工程師崗位，因此，很多高職院校的電子、電氣、機(jī)電類專業(yè)把該課程定為專業(yè)核心課程，是一門極為重要的專業(yè)課程。目前，高職院校該課程的課程標(biāo)準(zhǔn)大多被修訂于若干年前，教學(xué)內(nèi)容與現(xiàn)今技術(shù)發(fā)展水平、行業(yè)企業(yè)對單片機(jī)從業(yè)人員的能力要求存在較大的差距，教學(xué)項目與行業(yè)企業(yè)工程實踐不相符。教學(xué)實施方面，雖然推行項目化一體化教學(xué)，但即便是同一院校，既沒有形成規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)化教學(xué)項目資源，也沒有形成統(tǒng)一的教學(xué)實施流程，各個教師各自為政。各個院校單片機(jī)實訓(xùn)室多以實驗箱、學(xué)習(xí)板為主，存在實訓(xùn)設(shè)備損耗嚴(yán)重、實訓(xùn)設(shè)備自身的實訓(xùn)項目明顯落伍跟不上現(xiàn)今的技術(shù)發(fā)展等問題。以上諸多因素已對單片機(jī)課程教學(xué)效率、教學(xué)效果產(chǎn)生嚴(yán)重影響。為解決上述問題，本文研究的主要內(nèi)容是通過修訂課程標(biāo)準(zhǔn)、開發(fā)單片機(jī)仿真項目庫、編制項目教學(xué)任務(wù)書、研制實訓(xùn)裝置，建立可進(jìn)行深度項目化教學(xué)的教學(xué)項目資源，并探索基于“一庫一書一裝置”的深度項目化教學(xué)實踐。

1 基于“一庫一書一裝置”的教學(xué)改革思路

OBE（Outcome Based Education）教育理念是一種強(qiáng)調(diào)以學(xué)生為中心、學(xué)習(xí)成果產(chǎn)出為導(dǎo)向、持續(xù)改進(jìn)為原則的教育理念[1]。本課程的教學(xué)改革以O(shè)BE 教育理念為指導(dǎo)，以精準(zhǔn)對接行業(yè)企業(yè)需求與崗位要求的“單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)”課程教學(xué)標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)，以建立滿足深度項目化教學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)化教學(xué)項目資源為基礎(chǔ)，以基于成果輸出導(dǎo)向探索深度項目化教學(xué)模式規(guī)范教學(xué)流程為目標(biāo)，對課程實施基于“一庫一書一裝置”的教學(xué)改革。所謂“一庫一書一裝置”，指的是一個仿真項目庫、一套項目教學(xué)任務(wù)書、一個實訓(xùn)裝置?！皢纹瑱C(jī)應(yīng)用技術(shù)”課程教學(xué)改革的具體思路為：通過充分調(diào)研精準(zhǔn)把握單片機(jī)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀、人才需求及典型崗位要求，從工程實踐中提煉教學(xué)項目構(gòu)建課程教學(xué)項目庫，采用與行業(yè)企業(yè)電子產(chǎn)品設(shè)計、測試從業(yè)人員使用一致的計算機(jī)輔助設(shè)計軟件進(jìn)行電路設(shè)計與編程調(diào)試開發(fā)仿真項目庫，基于工程實踐的仿真項目庫、根據(jù)電子電氣產(chǎn)品開發(fā)流程、結(jié)合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，編制項目教學(xué)任務(wù)書并研制實訓(xùn)裝置，實施基于“一庫一書一裝置”的項目導(dǎo)向任務(wù)驅(qū)動式教學(xué)實踐以建立深度項目化教學(xué)模式，具體如圖1 所示。

圖1 教學(xué)改革思路

2 “一庫一書一裝置”條件的建立

2.1 基于職業(yè)崗位，修訂課程標(biāo)準(zhǔn)[2]

通過對行業(yè)企業(yè)進(jìn)行充分調(diào)研，把握單片機(jī)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀，收集各種單片機(jī)技術(shù)實際應(yīng)用案例，了解行業(yè)企業(yè)對單片機(jī)技術(shù)人才的需求，掌握行業(yè)企業(yè)對單片機(jī)技術(shù)人才知識、能力、素質(zhì)的要求，形成調(diào)研報告。依據(jù)調(diào)研報告，重新審視、修訂相關(guān)專業(yè)人才培養(yǎng)方案，強(qiáng)化“單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)”課程在電子、電氣、機(jī)電等相關(guān)專業(yè)人才培養(yǎng)方案中的核心課程地位；從行業(yè)企業(yè)單片機(jī)技術(shù)實際應(yīng)用的工程實踐案例中甄選教學(xué)項目，并按難度遞增、100%覆蓋知識體系及能力點(diǎn)的原則，確定教學(xué)項目；以緊貼技術(shù)發(fā)展前沿，契合單片機(jī)技術(shù)在目前行業(yè)企業(yè)中的主流應(yīng)用，滿足自動控制系統(tǒng)設(shè)計及測試崗位的知識、能力、素質(zhì)要求為基本原則，重新修訂“單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)”課程標(biāo)準(zhǔn)。重新修訂后的課程標(biāo)準(zhǔn)，包含課程面向職業(yè)與典型崗位、課程知識能力及職業(yè)素養(yǎng)、課程目標(biāo)、課程內(nèi)容、課程教學(xué)設(shè)計、教學(xué)實施條件與要求、考核方式等內(nèi)容，使之科學(xué)、準(zhǔn)確、實用，成為指導(dǎo)“單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)”課程教學(xué)的綱領(lǐng)性文件。

2.2 基于工程實踐，開發(fā)仿真項目庫并研制實訓(xùn)裝置

單片機(jī)技術(shù)目前在生產(chǎn)自動化、物聯(lián)網(wǎng)底層、智能家電、智能測控等眾多領(lǐng)域均有大量的應(yīng)用場景，在生產(chǎn)制造自動化控制、智能化應(yīng)用領(lǐng)域的需求迅速增長，因此從工程實踐中選取教學(xué)項目完全可行。在行業(yè)企業(yè)實際應(yīng)用中，單片機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計及測試均借助計算機(jī)的性能優(yōu)勢采用計算機(jī)輔助設(shè)計的方式，不僅可以實現(xiàn)電子電路設(shè)計及程序開發(fā)，還可以對電路中的可編程芯片（如單片機(jī)）加載程序后進(jìn)行系統(tǒng)運(yùn)行仿真并直觀地呈現(xiàn)運(yùn)行狀態(tài)，從而縮短產(chǎn)品開發(fā)測試周期、減少人力物力成本、提高系統(tǒng)實物成功率等，因此對教學(xué)項目進(jìn)行仿真項目庫開發(fā)也完全可行。

本文對項目庫中的每一個項目，通過行業(yè)企業(yè)主流應(yīng)用的電子線路計算機(jī)輔助設(shè)計軟件，如Proteus 軟件、keil 軟件、串口調(diào)試助手、顯示字模軟件、Altium Designer 等進(jìn)行電路設(shè)計、程序編寫、仿真調(diào)試，建成仿真項目庫，同時也進(jìn)行與仿真項目庫配套的實訓(xùn)裝置設(shè)計、pcb 繪制及實訓(xùn)裝置實物制作調(diào)試，完成實訓(xùn)裝置的研制。

2.3 基于項目導(dǎo)向任務(wù)驅(qū)動，編制項目教學(xué)任務(wù)書

基于工程實踐的仿真項目庫及實訓(xùn)裝置，根據(jù)企業(yè)電子電氣產(chǎn)品開發(fā)流程結(jié)合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，設(shè)計教學(xué)實施流程編制項目教學(xué)任務(wù)書，實現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容及仿真項目可根據(jù)單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)發(fā)展動態(tài)調(diào)整，教學(xué)流程設(shè)計與課程直接對應(yīng)崗位（電子電氣工程師）典型工作任務(wù)的工作流程相一致。

項目教學(xué)任務(wù)書主要由“教”和“學(xué)”2 大部分組成。其中，“教”的部分針對教師，其內(nèi)容包含項目及任務(wù)名稱、教學(xué)目標(biāo)及重難點(diǎn)、教學(xué)流程設(shè)計及實施要點(diǎn)等；“學(xué)”的部分針對學(xué)生，其內(nèi)容包含項目及任務(wù)名稱、項目背景、任務(wù)目標(biāo)及任務(wù)說明、任務(wù)實施流程及實施方法、所需知識儲備及條件等。通過項目教學(xué)任務(wù)書，既讓教師規(guī)范了教學(xué)流程和教學(xué)進(jìn)程，也讓學(xué)生了解教師的教學(xué)設(shè)計、明確任務(wù)目標(biāo)及如何達(dá)成任務(wù)目標(biāo)[3]。

3 基于“一庫一書一裝置”實施教學(xué)實踐

教學(xué)實踐的目的，一方面是檢驗課程標(biāo)準(zhǔn)、仿真項目庫、項目教學(xué)任務(wù)書、實訓(xùn)裝置等前期改革的科學(xué)性、合理性和有效性，對存在的問題與不足之處及時進(jìn)行反饋修正，鞏固“一庫一書一裝置”的教學(xué)改革成果；另一方面是構(gòu)建深度項目化教學(xué)模式，解決目前單片機(jī)教學(xué)存在的痛點(diǎn)問題提高課程教學(xué)質(zhì)量，并使其達(dá)到易操作、可復(fù)制、能推廣的條件。

3.1 教學(xué)實踐的具體實施

根據(jù)高職院校學(xué)生輕理論重實踐、主動性差專注力弱的特點(diǎn)，教學(xué)實踐應(yīng)充分突出教師主導(dǎo)、學(xué)生主體、內(nèi)容主線、項目載體，以充分調(diào)動學(xué)生課堂參與度，使學(xué)生興趣飽滿，從“要我學(xué)”轉(zhuǎn)變成“我要學(xué)”。因此，教學(xué)實踐應(yīng)基于成果輸出教學(xué)理念，設(shè)計契合企業(yè)產(chǎn)品研發(fā)制作流程的教學(xué)流程，實施以基于“一庫一書一裝置”的項目導(dǎo)向任務(wù)驅(qū)動式教學(xué)為主、以在線網(wǎng)絡(luò)課程平臺為輔的教學(xué)活動[4]，按課前準(zhǔn)備、課堂教學(xué)、課后拓展3 個階段實施，具體如圖2 所示。

圖2 教學(xué)實踐實施示意圖

3.1.1 課前準(zhǔn)備

對“一庫一書一裝置”進(jìn)行充分的資源整合，整理準(zhǔn)備好項目背景資料、項目結(jié)果視頻、電子課件、項目所需的相關(guān)技術(shù)文檔、完成項目所需的知識儲備學(xué)習(xí)資料、項目教學(xué)任務(wù)書等，通過在線課程網(wǎng)站平臺發(fā)放給學(xué)生。要求學(xué)生課前需對課程網(wǎng)站平臺上的課前資源進(jìn)行瀏覽，將課程網(wǎng)站瀏覽記錄納入學(xué)生過程性考核。

3.1.2 課堂教學(xué)

雖然項目教學(xué)任務(wù)書已經(jīng)規(guī)范教學(xué)流程，但課堂教學(xué)實施質(zhì)量很大程度上仍取決于任課教師的執(zhí)教能力和單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)水平。因此，任課教師必須對課程標(biāo)準(zhǔn)、仿真項目庫、項目教學(xué)任務(wù)書、配套實訓(xùn)裝置、在線網(wǎng)絡(luò)課程等資源有較強(qiáng)的整合及應(yīng)用于教學(xué)的能力，深刻理解企業(yè)產(chǎn)品研發(fā)制作流程，在課堂上充分發(fā)揮教師引導(dǎo)教學(xué)進(jìn)程的主導(dǎo)作用，對學(xué)生充分尊重及高期望以體現(xiàn)其主體地位，從項目功能分析、硬件設(shè)計（包含電路設(shè)計及計算機(jī)輔助繪圖、實體制作）、程序設(shè)計、軟硬仿真調(diào)試、實體樣品調(diào)試、性能測試等方面推進(jìn)教學(xué)進(jìn)程。

3.1.3 課后拓展

通過在線網(wǎng)絡(luò)課程平臺向?qū)W生發(fā)布拓展任務(wù)，主要是項目作品改造和項目作品考核。項目作品改造是在原項目基礎(chǔ)上，以項目在工程實踐中的實際產(chǎn)品功能為參考，對項目提出具體的功能改進(jìn)及完善要求，作為項目教學(xué)拓展任務(wù)向全體學(xué)生發(fā)布，但不要求全體學(xué)生完成，主要是針對優(yōu)質(zhì)學(xué)生進(jìn)行高層次培養(yǎng)。項目作品考核要求學(xué)生對教學(xué)項目的完成結(jié)果進(jìn)行總結(jié)整理，包括電路及PCB 圖紙電子文檔、項目作品運(yùn)行視頻、項目作品技術(shù)說明文檔等，上傳至在線課程網(wǎng)站平臺，既是教師對學(xué)生進(jìn)行項目結(jié)果考核的依據(jù)，也是學(xué)生間交流的載體。

3.2 “育人育才并重”的多元考核評價方式的建立

一直以來，高職單片機(jī)課程教學(xué)大多采用平時成績（出勤及作業(yè)等）和期末成績（期末筆試）按一定比例構(gòu)成總評成績對學(xué)生進(jìn)行考核評價，這種傳統(tǒng)的評價方式在基于“一庫一書一裝置”的教學(xué)改革中明顯不適用，原因在于基于“一庫一書一裝置”的教學(xué)改革充分體現(xiàn)學(xué)生在課堂活動中的主體地位，課前課后學(xué)生要耗費(fèi)大量時間精力，課中更要自主學(xué)習(xí)自行完成技術(shù)性強(qiáng)、實踐性高的教學(xué)項目，在學(xué)習(xí)中涉及技術(shù)文檔分析、資料查找、項目方案制定、硬件設(shè)計、程序編寫、仿真調(diào)試、實體制作及調(diào)試、性能測試及改造、項目材料整理等方面的實踐，傳統(tǒng)的評價方式難以滿足要求。因此，如何建立科學(xué)合理的評價方式對學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度、學(xué)習(xí)過程、學(xué)習(xí)效果進(jìn)行整體而全面的客觀評價，顯得尤為重要。

本文通過建立“育人育才并重”的多元考核評價方式，對學(xué)生進(jìn)行過程性考核、結(jié)果性考核、開放性考核的全方位綜合考核評價，充分體現(xiàn)OBE 理念下以學(xué)生為中心的評價準(zhǔn)則[5]。過程性考核包括學(xué)習(xí)態(tài)度、課堂出勤、項目學(xué)習(xí)參與度、課前課程網(wǎng)站資源瀏覽情況及課后拓展情況、團(tuán)隊協(xié)作、作業(yè)等，涵括了學(xué)生在課前、課中、課后學(xué)習(xí)全程的表現(xiàn)，并有效反映其職業(yè)素養(yǎng)。結(jié)果性考核包括項目及任務(wù)完成結(jié)果情況、期末實操考核、期末筆試結(jié)果等，客觀反映了學(xué)生的技術(shù)能力和知識掌握程度。開放性考核主要是通過完成教師給定題目或?qū)W生自擬題目的課程報告，展現(xiàn)學(xué)生對單片機(jī)行業(yè)、單片機(jī)技術(shù)的現(xiàn)狀及趨勢，以及課程對應(yīng)職業(yè)崗位的認(rèn)識和想法。采用“育人育才并重”的多元考核評價方式既能夠有效監(jiān)督學(xué)生的學(xué)習(xí)過程及學(xué)習(xí)效果，同時又能客觀反映基于“一庫一書一裝置”教學(xué)改革的實踐效果，從而對教學(xué)改革形成正向反饋，構(gòu)成教學(xué)質(zhì)量持續(xù)改進(jìn)的閉環(huán)，對教學(xué)改革進(jìn)行有效的修正完善，具體如圖3 所示。

圖3 育人育才并重的多元考核評價

4 結(jié)語

經(jīng)實踐，通過對“單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)”課程實施基于“一庫一書一裝置”的教學(xué)改革，能有效解決目前高職院校單片機(jī)課程教學(xué)內(nèi)容過于強(qiáng)調(diào)知識體系偏離行業(yè)企業(yè)崗位能力需求，課程標(biāo)準(zhǔn)陳舊或質(zhì)量不高與單片機(jī)技術(shù)主流應(yīng)用不相符，教學(xué)項目脫離工程實踐與單片機(jī)技術(shù)實際應(yīng)用及技術(shù)前沿契合度不高，缺乏標(biāo)準(zhǔn)化教學(xué)資源和規(guī)范化教學(xué)流程，同專業(yè)不同教師和不同專業(yè)同課程教學(xué)項目的教學(xué)模式、教學(xué)方法不統(tǒng)一，實訓(xùn)設(shè)備老化損耗嚴(yán)重、設(shè)備實訓(xùn)項目脫離技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀等切實存在的問題，可顯著提升課程教學(xué)效率和教學(xué)質(zhì)量。