基于Arduino的單片機(jī)課程教學(xué)改革與開發(fā)

陳 銘，劉曉旻，鄭 倩

（福建省郵電學(xué)校，福建 福州 350008）

在我校通信技術(shù)專業(yè)（物聯(lián)網(wǎng)方向）中，單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)是非常重要的核心專業(yè)課，該課程可培養(yǎng)很強(qiáng)的實踐技能，需要學(xué)生有很強(qiáng)動手能力，同時也具有非常強(qiáng)的理論性作為基礎(chǔ)，傳統(tǒng)的教學(xué)方法根本不能夠滿足當(dāng)代背景下對于該門課程的要求，目前有很多院校已經(jīng)開展了對該科目的教學(xué)改革[1]，但是還存在很多不可忽視的問題：（1）由于編程課程的學(xué)習(xí)內(nèi)容枯燥，學(xué)生在課堂中欠缺學(xué)習(xí)動力，教學(xué)主體變成老師；（2）理論內(nèi)容和實驗環(huán)節(jié)脫節(jié)，內(nèi)容比較抽象，學(xué)生很難通過一般的授課情境學(xué)習(xí)到教學(xué)重難點；（3）由于學(xué)生積極性不高，大部分學(xué)生學(xué)習(xí)效果差；（4）在課堂中很難培養(yǎng)和提高邏輯思維能力，過于抽象的內(nèi)容讓學(xué)生對本課程更加排斥，故改革的收效甚微?；谝陨锨闆r，利用Arduino平臺進(jìn)行學(xué)習(xí)單片機(jī)應(yīng)用課程教學(xué)，不僅能夠豐富課堂教學(xué)手段，還能更有效地促進(jìn)學(xué)習(xí)者的動手實踐技能，進(jìn)而提高綜合能力素養(yǎng)，實現(xiàn)更好的教學(xué)成果。

1 Arduino簡要介紹

隨著創(chuàng)客教育的普及，各類院校都已經(jīng)開設(shè)創(chuàng)客教育，且形式多種多樣，在這些已開設(shè)創(chuàng)客教育的學(xué)校中不乏有很多中職學(xué)校。中職生作為我國職業(yè)教育的主體，一直受到教育界極大的重視。創(chuàng)客們的勇于創(chuàng)造、開闊創(chuàng)新的精神值得中學(xué)生尤其是職專學(xué)生的學(xué)習(xí)，在中職學(xué)校開展基于Arduino的創(chuàng)客教育，可加深學(xué)生對創(chuàng)客概念的認(rèn)知，加強(qiáng)創(chuàng)新和創(chuàng)造的思維。Arduino作為一個電子平臺，具有靈活響應(yīng)等特點，其可分為硬件和軟件兩個部分，硬件部分是的 Arduino的型號電路板。軟件部分包括接口編程，以及電路、電源、處理器和輸入輸出接口，還有集成開發(fā)環(huán)境。Arduino的usb接口可以與微機(jī)和計算機(jī)進(jìn)行連接。外部電子輸入設(shè)備也可以通過連接器連接，例如傳感器、揚聲器等。且Arduino板可利用電池組或直流穩(wěn)壓電源直接供用。

無論是硬件部分還是軟件部分，都是Arduino版的開放教育資源，所有人都可以通過Arduino板進(jìn)行教學(xué)設(shè)計和制作。對于Arduino板整體的發(fā)展而言，編程語言軟件用起來非常簡單方便，可以在windows系統(tǒng)上安裝分析之后能夠直接使用。用戶也可以在互聯(lián)網(wǎng)上快速獲得大量的硬件和軟件應(yīng)用程序，通過網(wǎng)頁可以直接找到滿足不同的需求和成本效益的Arduino板[2]，通過Ariuino板的應(yīng)用，實現(xiàn)了學(xué)習(xí)的便捷性，讓學(xué)生能夠通過其他渠道獨立自主的研究學(xué)習(xí)。

2 單片機(jī)課程教學(xué)中存在的問題

2.1 教學(xué)內(nèi)容不符合學(xué)生需求

在當(dāng)前學(xué)校面臨一個生源質(zhì)量差的問題。很多進(jìn)入到院校當(dāng)中的學(xué)生邏輯思維能力差，自身的學(xué)習(xí)能力也并沒有太出挑的地方，創(chuàng)造性差，而且自律能力比較低。對于在課程當(dāng)中所涉及的一系列單片機(jī)知識，都很難提起學(xué)生自身的學(xué)習(xí)興趣，也就缺乏相應(yīng)的學(xué)習(xí)動力，這也就導(dǎo)致教師在實際教學(xué)當(dāng)中，教師雖然會應(yīng)用教學(xué)一體化以及實踐設(shè)計等一系列教學(xué)模式，但是很多學(xué)生仍然秉承著敷衍的心理，采用按部就班的理念，只是單純機(jī)械地重復(fù)教師教授的過程，單純地配合教師完成教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)任務(wù)。

這并不能從根本上提升學(xué)生創(chuàng)新和創(chuàng)造力，不符合創(chuàng)客的研究精神和基本素養(yǎng)。也無法提升學(xué)生的獨立思考能力，培養(yǎng)思考的邏輯性。中職學(xué)校的學(xué)生的邏輯思考能力差，如果教學(xué)內(nèi)容上有更多符合學(xué)生興趣的內(nèi)容，就能激發(fā)他們的學(xué)習(xí)動機(jī)和創(chuàng)造力，實現(xiàn)自主探究學(xué)習(xí)。但是，目前大多院校關(guān)于單片機(jī)課程的教學(xué)內(nèi)容，更加的是偏向理論化教學(xué)，也就是說單片機(jī)的組成結(jié)構(gòu)以及指令系統(tǒng)等方面的教學(xué)內(nèi)容，會使學(xué)生失去學(xué)習(xí)熱情。

2.2 課程教學(xué)方法過于單一

中職學(xué)校的教師在教學(xué)方法方面也存在著一定的問題，很多教師都不能做到因材施教，而且在教學(xué)過程中只是簡單的先講解理論知識，再進(jìn)行少量的實驗驗證，這種傳統(tǒng)的教學(xué)方法不能滿足學(xué)校對教學(xué)質(zhì)量的需求。雖然在很多院校當(dāng)中已經(jīng)開展了項目化的教學(xué)改革，但是在教學(xué)當(dāng)中仍然維持傳統(tǒng)的教學(xué)體系，沒有將理論和實際與學(xué)生結(jié)合到一起，雖然都秉承著理論和實際結(jié)合的旗號，但是這樣的教學(xué)方法并沒有落到實際當(dāng)中，對教學(xué)效果的改善作用也不大，實質(zhì)上不能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。

2.3 師資隊伍建設(shè)不完善

現(xiàn)今，從事單片機(jī)教學(xué)的教師，職業(yè)水平也有待提升。很多教師還在采用最傳統(tǒng)的教學(xué)方法以及教學(xué)課程體系，不能及時更新相關(guān)專業(yè)知識，提高專業(yè)教學(xué)水平，也沒有跟隨時代的腳步優(yōu)化教學(xué)手段，從而也降低了教學(xué)能力和教學(xué)質(zhì)量，在實際教學(xué)的過程中，也根本沒有辦法將知識講解明了并且和實訓(xùn)結(jié)合到一起[3]，在教學(xué)當(dāng)中只是機(jī)械性重復(fù)地完成教學(xué)工作，完成教學(xué)目標(biāo)，這樣的師資隊伍不僅不能夠做好相應(yīng)的教學(xué)工作，也無法正確地引導(dǎo)學(xué)生，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，缺乏正確的教學(xué)理念。

3 基于Arduino的單片機(jī)課程教學(xué)改革和開發(fā)策略

3.1 建設(shè)單片機(jī)理論技術(shù)一體教室

通過教學(xué)場所和教學(xué)環(huán)境的改善，可以在一定程度上提升教學(xué)質(zhì)量，提升學(xué)生對專業(yè)知識的認(rèn)知，并且注意加強(qiáng)教學(xué)途徑的研究，要真正地將教學(xué)和實踐結(jié)合到一起，建立一體化的實驗教室，所以各大職業(yè)院校的領(lǐng)導(dǎo)人員一定要加強(qiáng)對單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)一體教室的資金投入和設(shè)計，并把理論和實踐結(jié)合在一起，在進(jìn)行專業(yè)建設(shè)的過程中，中職學(xué)校應(yīng)當(dāng)將當(dāng)前的實際情境進(jìn)行建設(shè)，在建設(shè)過程中要秉承著簡單易懂的教學(xué)原則，以黑板為中心，以學(xué)生為創(chuàng)客的主體，建設(shè)學(xué)生與仿真單片機(jī)交互式的教學(xué)實訓(xùn)臺，并且黑板的一側(cè)也要布置好多媒體，實訓(xùn)臺也要注意配備相應(yīng)的電子元件。

3.2 根據(jù)學(xué)生實際需求進(jìn)行教學(xué)

教學(xué)環(huán)節(jié)要和社會的需求緊扣。教師可以通過對社會崗位和相關(guān)工作進(jìn)行有效分析得出在單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)崗位所需要的知識能力，并根據(jù)技能的課程標(biāo)準(zhǔn)和相關(guān)知識來構(gòu)建相應(yīng)的課程體系，教師可以將Arduino實驗開發(fā)板應(yīng)用到企業(yè)一般單片機(jī)的開發(fā)板當(dāng)中，教師可以將最普通的電子產(chǎn)品制作和電子產(chǎn)品調(diào)試作為一個后續(xù)教學(xué)的載體，分解成電路內(nèi)部控制與電路外部結(jié)構(gòu)設(shè)計，還有音樂和電路設(shè)計制作等幾部分。將這些簡單的項目融合到一起輔助學(xué)生理論知識的學(xué)習(xí)，將理論和實踐結(jié)合到一起，為學(xué)生創(chuàng)造出實際的學(xué)習(xí)情境，完成整個任務(wù)，提高學(xué)生的個人技能。[4-5]

3.3 基于工作過程展開教學(xué)工作

在改革過程中，教學(xué)方案不同，實驗內(nèi)容也不同，同學(xué)可以在創(chuàng)客實驗室中進(jìn)行單片機(jī)實驗，教師應(yīng)當(dāng)將學(xué)生每5人分1組，選取一人作為組長后將每個教學(xué)項目都讓每個小組體驗一遍，可分為任務(wù)安排、任務(wù)執(zhí)行和檢查評估三部分。每一個部分教師都要設(shè)置任務(wù)點和教學(xué)目標(biāo)，教師在備課的同時也要根據(jù)課程需求準(zhǔn)備好相應(yīng)的教學(xué)材料，認(rèn)真做好詳細(xì)的備課工作。

4 結(jié)語

單片機(jī)課程教學(xué)還存在課程教學(xué)方法過于單一，師資隊伍建設(shè)不夠完善等問題，但是只要相關(guān)負(fù)責(zé)人能夠有效地應(yīng)用Arduino，將其作為載體，加強(qiáng)單片機(jī)課程的教學(xué)改革，建立單片機(jī)理論技術(shù)為一體的創(chuàng)客教室環(huán)境，根據(jù)學(xué)生的實際需要開展教學(xué)，基于工作過程展開教學(xué)工作，就可以從根本上提高單片機(jī)課程的教學(xué)效率，并且推動其改革發(fā)展。在未來的實際發(fā)展中，有關(guān)單片機(jī)教學(xué)方面的難點會越來越多，教學(xué)重點也會逐漸出現(xiàn)遷移，所以各個學(xué)校應(yīng)當(dāng)要做好單片機(jī)課程的理論教學(xué)改革工作，有效應(yīng)用Arduino技術(shù)推動單片機(jī)課程教學(xué)的發(fā)展。