自制情景化單片機教具對提高中職學生綜合能力淺析

李傳波

（石家莊電子信息學校，河北 石家莊 050000）

隨著科技的快速發(fā)展，越來越多的含有人工智能技術的產品被廣泛應用的我們的生活中，這些科技產品背后的核心是單片機應用技術。單片機的應用領域已經深入到我們生活的方方面面，但是單片機是一門軟件與硬件緊密結合的技術，學習起來相對比較枯燥，中職學生處于學習專業(yè)技術的初始時期，他們思維活躍，對新鮮事物充滿好奇心但又缺少持續(xù)性，如果利用學生的好奇心理，將單片機課程融入情景化教具制作中，不同的課程利用不同的教具進行學習，就可以充分利用他們的好奇心，有利于激發(fā)學生的創(chuàng)新意識[1]。

一、中職學生學習單片機課程存在的問題

做為一個特殊的學生群體，中職學生在學習方面有自己的特點，比如他們的學習熱情不太高，缺乏一定的鉆研精神，學習目標也不太不明確，喜歡玩游戲，學習效率較低，做事情虎頭蛇尾等。但他們也有一些優(yōu)點，比如他們智力發(fā)展正常，甚至還有一些超過了同齡人，有一定的社會經驗，知識涉獵廣泛，喜歡動手操作，對新事物充滿好奇心。單片機課程的學習，包括硬件和軟件兩個部分，有的學生喜歡學習軟件編程，有的學生喜歡動手操作，但無論哪種學生，面對入門級的知識一般都沒有問題，但隨著課程的深入，知識越來越難懂，電路越來越復雜，他們往往淺嘗輒止，好奇心過去之后，很快就會失去興趣，甚至放棄學習。而單片機技術是與我們的生活聯(lián)系非常緊密的一門知識，我們平常使用的智能電子設備，大都是利用單片機技術實現(xiàn)的，比如智能電視、手機、共享單車、智能手表、機頂盒、數(shù)字溫濕度表、各種遙控器等。所以我們要根據(jù)中職學生群體的特點，探索不同的教學方法，從而充分挖掘他們的學習潛力，調動他們的學習興趣，順利完成中職階段的學習任務。

二、情景化單片機教具對學習的促進作用

所謂“情景化”，就是將真實生活場景進行模擬和仿真，制作一個相對真實的模型，是一個縮小版的“真實場景”?！敖叹摺本褪墙虒W用的器具，“情景化單片機教具”就是縮小版的“真實場景”，利用單片機技術，實現(xiàn)真實場景的幾乎所有功能，可以說“情景化單片機教具”麻雀雖小，五臟俱全[2]。

單片機技術主要是將各種傳感器和一些執(zhí)行器件進行轉接，利用軟件控制來實現(xiàn)人們需要的各種功能，可以說我們生活中大部分具有“智能”成分的設備，都是依托單片機來實現(xiàn)的。

在中職單片機教學中，不但單片機程序學習起來枯燥無味，而且各種傳感和電子元件堆放在一起，用導線連接起來也是“一團亂麻”，讓人容易心煩意亂。另外，連接也非常容易出現(xiàn)錯誤，而且這些錯誤也不易發(fā)現(xiàn)，在進行綜合調試時更是比較困難。所以單片機課程對于中職學生來說，無論是教師授課，還是學生學習都是有一定困難的。如何改變這種狀況呢？“情景化單片機教具”正好可以將這種不足進行彌補。

三、自制情景化單片機教具的意義

1.提高學生立體思維能力

制作教具模型表面上看起來好像不太復雜，但是真正制作起來并不簡單，各方面都要考慮周全。比如，模型的比例、材質、連接、顏色、牢固性、元器件的安裝位置、元器件的固定方法、線路連接的隱藏、傳感器位置的預留、供電方式的選擇及位置等，都要全盤考慮。另外，教具模型的空間布局更是需要一定的立體思維能力，傳感器的空間擺放位置以及占據(jù)空間的大小，是否與整體比例協(xié)調等，都是靠人的立體思維來提前感知的[3]。

比如，需要制作一個空調模型時，為了模擬空調的出風，需要將一個微型風扇裝入空調模型中，這時就要考慮空調是采用柜機方式，還是采用壁掛方式，哪種演示效果比較好等。另外，空調工作指示燈的安裝位置及表現(xiàn)形式也是要考慮的，因為模型展示不同于實物，要達到一定的演示視覺效果。因此，模型制作即要來源于真實場景，有時又要做適當?shù)目鋸埡妥兓拖衤嬋宋镆粯?，看著很像，但其五官和四肢比例又很夸張。因此，在制作教具模型時是可以根據(jù)要表達的效果和目的進行適當變化的。

中職學生雖然學習成績不是很理想，但動手制作的興趣比較濃厚，動手制作能力較強，所以自制情景化單片機教具，可以將他們的這種優(yōu)勢充分相結合，使枯燥的學習融入興趣之中。這樣不但可以激發(fā)學生的學習興趣，無形中提高教學效果和學習效果，還可以鍛煉學生的立體思維能力和整體感知能力。

2.促進學生學習多種技能

自制情景化單片機教具，需要用到多種軟件和硬件技能，除了單片機編程軟件之外，軟件方面還經常用到矢量繪圖軟件、3D模型設計軟件、平面設計軟件等，硬件方面包括激光雕刻機的使用、3D打印機的使用、手工加工工具的使用、電鋸和電鉆等電動工具的使用等。另外，還要學會模型材料選擇、顏色搭配、五金配件選擇、機械結構固定等一系列技能。可以說自制情景化單片機教具，可以全面提高學生的綜合學習能力，其中所用到的多種技能和知識，總能找到讓學生感興趣的地方，通過對興趣點的學習，再輻射到其他知識，從而整體提高學生的學習水平[4]。

第一，矢量圖軟件CorelDRAW，非常適合制作各種平面幾何形狀的繪制，可以與激光雕刻機完美配合。學生想使用激光雕刻機切割幾何形狀時，繞不開矢量繪圖軟件，因為雕刻機的配套軟件功能無法和專業(yè)的矢量繪圖軟件相比，所以學生為了更好地使用雕刻機，就要學習CorelDRAW軟件的使用，這種帶有目的性的動機式學習，是學生學習的內驅力在起作用，學生會自發(fā)尋找學習資源，認真學習自己需要的知識，這時老師無須干預，只需提供學習環(huán)境即可。

第二，3D模型設計軟件UG，是一款工業(yè)級的3D模型設計軟件，目前許多公司都在使用，也是一款比較復雜難學的軟件，但是這款軟件的功能十分強大，掌握之后也可以專門從事這方面的工作。要想使用3D打印機制作出自己需要的模型或零件，這款軟件是不二之選。學生學習這款軟件，需要付出一定的時間和努力，但是當他們看到電腦里自己設計的3D模型被一層層打印出來時，成功的喜悅早就抹去了學習的枯燥感，帶來的是更加投入地學習新知識[5]。

第三，平面設計軟件Photoshop，目前應用最廣泛的平面設計軟件之一，在制作模型教具時，有些部位需要對外表進行裝飾，以增加其真實感。在設計時就要用到Photoshop軟件呈現(xiàn)設計效果，效果滿意后就可以用背膠紙打印出來，貼在模型上面，達到仿真效果。Photoshop軟件可以設計制作出我們想要的各種效果，是模型制作的一個利器，雖然在制作模型時用到的功能并不太多，但仍然可以起到熟悉軟件的目的，為以后進一步學習Photoshop的其他功能打下良好基礎，如果以后對其感興趣，可以作為一個專業(yè)進一步去學習，甚至去從事這方面的工作[6]。

第四，激光雕刻機的使用，在制作模型時，經常需要將亞克力板、薄木板、PVC板、ABS板等進行加工，激光雕刻機無疑是最佳的加工設備。激光雕刻機可以根據(jù)加工材質的不同，選擇不同的激光輸出功率和切割速度，相同材質不同厚度時，也要選擇合適的激光輸出功率和切割速度，這些技能只有通過實踐操作來獲得。另外，激光雕刻機有雕刻和切割兩種功能，在具體操作時所選擇的參數(shù)是完全不同的，所以學生只有通過親自實踐才能掌握激光雕刻機的使用方法，同時在使用激光雕刻機時，對雕刻機設備的安全使用維護和也是一個基礎技能，可以讓學生明白安全和保護的重要性，在以后的生活中也可以遷移到其他方面[7]。

第五，3D打印機的使用，3D打印是近年來比較前沿的技術，可以將設計好的3D作品直接打印出來，速度快，精度高，成本低，修改靈活方便，比傳統(tǒng)的模具制作省時省力，是目前流行的模型制作技術。3D打印機的使用并不復雜，一般只需要將設計好的3D模型使用專用切割軟件分層切割后，再將3D打印機的輸出參數(shù)如底床溫度、打印速度、打印頭溫度、回抽速度、打印精度等設置正確，直接輸出即可。這里需要強調的是，3D打印機的參數(shù)要根據(jù)當時的溫度、打印材料、精度要求等進行設置，這些參數(shù)并非一成不變。學生通過學習3D打印機的使用，配合3D設計軟件，就可以隨心所欲地制作出自己需要的配件或物體，為模型設計提供了極大的便利。

第六，模型材料的選擇、顏色搭配等技能，都是我們生活中經常用到的基本技能。拿模型材料來說，制作模型時會遇到多種狀況，比如有的地方起到支撐作用，就要選擇堅硬的材料，有的地方僅起到裝飾作用，就可以選擇平整輕便的材料。有的室外地面需要用草坪來裝飾，就要選擇草坪紙，還要根據(jù)環(huán)境來選擇不同季節(jié)的草地顏色，有的室內需要貼壁紙和地板，就要選擇相應合適的紋理。顏色搭配更是一個需要認真考慮的要素，不但色調要和諧，還要講究外表美觀、重點突出。因此，一個模型的成功與否，外觀顏色及搭配是否賞心悅目，能否給人們留下深刻的第一印象，將起到重要作用。通過模型制作的過程，學生可以初步掌握顏色的相關知識，至少可以使作品在顏色搭配上沒有違和感，將來在社會生活中遇到相關顏色問題時可以從容應對[8]。

模型教具的制作過程是一個多種技能綜合應用的過程，學生在制作過程中，無形中可以學到許多知識，這種學習方式不是枯燥的理論知識學習，而是充分調動了主觀能動性的自主式學習，這種學習方式可以最大限度適合中職學生的特點，發(fā)揮他們的優(yōu)點，在中職教學中有一定的借鑒意義。

3.增強學生成就感

自制情景化單片機教具，可以讓學生體驗到從理論到成果的成就感。一個作品的完成，需要程序設計、仿真調試、電路搭建、綜合調試、模型設計、效果仿真、模型設計、3D打印、材料選擇、顏色調配、手工加工、整體組裝、綜合調試、整體驗收等一系列過程。在制作過程中，如果出現(xiàn)問題，如尺寸調整、外觀改動、功能調整等，還需要反復返工，整個過程對學生的知識、耐心、細心都是一個極致考驗。到最后看到自己千辛萬苦制作出來的作品完美呈現(xiàn)時，這種成就感是無法用語言表達的，只有制作者本人才可體驗到這種妙不可言的愉悅，這種成就感可以轉化為學生繼續(xù)學習的動力，也是他們人生中克服困難的信心和決心，是一種無價的人生體驗。

4.提高學生團隊協(xié)作意識

在教具模型制作過程中，一般需要多人配合才能完成一件作品。因為人的精力是有限的，一下子不太可能掌握多種知識和技能，教師也是按照個人的情況，分別教授不同的技能，比如有的學生對平面設計比較喜歡，就會優(yōu)先安排他去學習平面設計的知識，有的學生對3D設計感興趣，就會優(yōu)先安排這個學生去學習3D設計方面的知識，等等。一件作品需要和到某個技能時，就會讓掌握這項技能的學生去完成，另外的學生可以對其提出設計要求。在制模型教具的作過程中，有時需要兩人或多人配合才能完成某項工作，這時同學們就能體會到團結協(xié)作和團隊的力量，無形中就會明白團隊的重要性和團隊的力量，以后也會將團隊協(xié)作意識帶入到工作崗位中。

5.實現(xiàn)被動學習到主動主習的轉變

同學們按照教師的較好地掌握了自己的現(xiàn)有技能后，再進行交換學習，經過幾個周期后，同學們基本上都能學到自己想學的知識和技能。這樣做的好處就是當看到其他同學熟練掌握某項技能后，自己就會很羨慕對方，從而激發(fā)自己的學習欲望，形成強大的學習動機，學習效率就會大大提高。從心理學上來講，人們一般都不喜歡被動，因為被動代表著不情愿，代表著壓力，會產生一種無形的抗拒。在這種被動情況下去學習，其學習效率會大打折扣，學習效果也會大大降低。所以通過動手制作這種帶有目的性學習方式，實現(xiàn)了“讓我學”到“我要學”的轉變，從被動學習到主動學習，是一個心理的轉變，是能夠發(fā)揮人的主觀能動性的學習方式。

結語

自制單片機教具，即能提高學生的綜合技術水平，也可以提高教師的業(yè)務素質和創(chuàng)新能力。在教學中能夠提高教學效果，活躍課堂氣氛，化抽象為直觀，使學生容易理解所學內容，有利于突出教學重點和突破教學難點。根據(jù)中職學生的特點，將知識融入動手制作之中，從被動學習轉化為主動學習，不僅可以充分發(fā)揮他們的聰明才智，調動學習積極性，提高學習效果，還可以養(yǎng)成良好的學習習慣，為今后的自主學習和步入社會打下良好的基礎。學生綜合能力的提高不是一蹴而就的，需要有一個可以提高綜合能力的平臺和方法。當然，這種平臺和方法不止一種，可以根據(jù)專業(yè)的不同，去選擇相應的方法。