高職院?！秵纹瑱C(jī)應(yīng)用技術(shù)》課程教學(xué)改革研究與實(shí)踐

楊日容

中山職業(yè)技術(shù)學(xué)院 廣東省中山市 528400

1 引言

高職院校課程教學(xué)質(zhì)量直接影響著職業(yè)教育人才培養(yǎng)的好壞?！秵纹瑱C(jī)應(yīng)用技術(shù)》是中山職業(yè)技術(shù)學(xué)院中央財(cái)政支持的重點(diǎn)專業(yè)電氣自動(dòng)化技術(shù)專業(yè)的核心課，是一門模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)、C 語言程序、單片機(jī)技術(shù)相結(jié)合的綜合性、實(shí)踐性較強(qiáng)的課程。學(xué)生通過課程學(xué)習(xí)，可以掌握單片機(jī)應(yīng)用電路的工作原理、單片機(jī)片內(nèi)資源、單片機(jī)接口技術(shù)三個(gè)模塊知識(shí)，能夠設(shè)計(jì)并制作常見單片機(jī)應(yīng)用電路，會(huì)編寫單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)程序，并能夠使用常見工具調(diào)試單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)軟硬件?！秵纹瑱C(jī)應(yīng)用技術(shù)》課程理論與實(shí)踐聯(lián)系緊密，本課程崗位對(duì)應(yīng)的工程能力需要學(xué)生在熟練掌握單片機(jī)理論知識(shí)的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)并實(shí)際制作一套完整的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)，高職學(xué)生存在動(dòng)手能力較強(qiáng)、理論知識(shí)學(xué)習(xí)能力欠佳的特點(diǎn)，若沒有理論知識(shí)的支撐，根本無法設(shè)計(jì)出正確、完整的系統(tǒng)，學(xué)生在學(xué)習(xí)《單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)》時(shí)普遍感覺吃力，學(xué)習(xí)效果欠佳，課程改革勢(shì)在必行。

2 《單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)》課程教學(xué)現(xiàn)狀

2.1 以學(xué)科知識(shí)教學(xué)為主，缺乏工程應(yīng)用，學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不高

傳統(tǒng)的《單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)》教學(xué)多以教材順序組織開展，一般按照單片機(jī)概念、單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)、單片機(jī)存儲(chǔ)器、單片機(jī)I/O結(jié)構(gòu)、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、通信技術(shù)、接口技術(shù)等知識(shí)逐一進(jìn)行教學(xué)，涉及的理論知識(shí)較多也不容易理解，教學(xué)媒介常以PPT 和板書為主，較少引入實(shí)際工程案例，學(xué)生并不知道自己所學(xué)能夠應(yīng)用的場(chǎng)合，無法有效激起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，學(xué)習(xí)效率不高。

2.2 學(xué)生學(xué)習(xí)特點(diǎn)突出，理論知識(shí)難以靈活應(yīng)用于實(shí)踐

高職學(xué)生喜歡動(dòng)手操作、思維活躍，但是普遍學(xué)習(xí)習(xí)慣欠佳、論知識(shí)積極性不高?！秵纹瑱C(jī)應(yīng)用技術(shù)》需要先修模電、數(shù)電、C語言程序設(shè)計(jì)等課程，學(xué)生雖然已經(jīng)完成了電子知識(shí)和編程基礎(chǔ)的學(xué)習(xí)，但是實(shí)際應(yīng)用編程能力還較弱，把這些知識(shí)綜合應(yīng)用于單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與制作的能力還較差。

2.3 以課內(nèi)課堂學(xué)習(xí)為主，學(xué)習(xí)受限于時(shí)間和空間

《單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)》課程開設(shè)在大二上學(xué)期，理論加上實(shí)踐共72 課時(shí)，課程涵蓋知識(shí)點(diǎn)較多，實(shí)操又需占用一定的時(shí)間，傳統(tǒng)教學(xué)以課內(nèi)課堂學(xué)習(xí)為主，上課講授的內(nèi)容在下課離開教室后沒有得到及時(shí)有效的拓展學(xué)習(xí)，在下一次課時(shí)需要較多時(shí)間復(fù)習(xí)才可以開展后續(xù)教學(xué)任務(wù)。學(xué)生離開教室后沒有辦法繼續(xù)使用實(shí)訓(xùn)室的實(shí)驗(yàn)設(shè)備開展學(xué)習(xí)，學(xué)生自主探究性的學(xué)習(xí)較少，教學(xué)效果有限。

3 《單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)》課程改革方案

為了培養(yǎng)適合實(shí)際工程應(yīng)用的高技能高素質(zhì)人才，課程組多方調(diào)研，基于系統(tǒng)測(cè)試員、單片機(jī)技術(shù)員、單片機(jī)開發(fā)工程師等職業(yè)崗位提取了5 個(gè)方面的典型職業(yè)能力，包括方案設(shè)計(jì)、硬件設(shè)計(jì)、硬件制作調(diào)試、軟件設(shè)計(jì)、系統(tǒng)裝調(diào)等。

3.1 設(shè)計(jì)情境化教學(xué)項(xiàng)目

工作過程系統(tǒng)化課程范式主要包括普適性工作過程、教育性的典型工作過程、參照系和學(xué)習(xí)情境等要素[1]?！秵纹瑱C(jī)應(yīng)用技術(shù)》課程在采集職業(yè)崗位群數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，根據(jù)崗位職業(yè)能力要求和典型工作任務(wù)將課程教學(xué)內(nèi)容情境化、任務(wù)化，教師通過真實(shí)的學(xué)習(xí)情境組織教學(xué)。課堂通過情境導(dǎo)入教學(xué)，學(xué)生能夠清楚地知道所學(xué)的知識(shí)的實(shí)際應(yīng)用，能夠有效激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，在一定的學(xué)習(xí)情境中完成課程知識(shí)模塊的學(xué)習(xí)，學(xué)生在“學(xué)中用”、“用中學(xué)”，理論學(xué)習(xí)不再枯燥，增強(qiáng)了學(xué)生課程學(xué)習(xí)的獲得感。課程選取三個(gè)實(shí)際工程項(xiàng)目，項(xiàng)目選擇以“實(shí)用、適用”為原則，由淺入深。入門級(jí)項(xiàng)目1“霓虹彩燈設(shè)計(jì)與制作”常見于各種慶典活動(dòng)，學(xué)生比較熟悉，項(xiàng)目主要用于單片機(jī)I/O 和簡(jiǎn)單外設(shè)的學(xué)習(xí)，并通過項(xiàng)目1 讓學(xué)生掌握單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)所需的硬件工具和軟件平臺(tái)。項(xiàng)目2“電子鐘設(shè)計(jì)與制作”承上啟下，常見于日常生活必備品，貼近學(xué)生生活，主要依托項(xiàng)目2 開展單片機(jī)片內(nèi)核心技術(shù)定時(shí)器技術(shù)、中斷技術(shù)、外圍數(shù)碼管的學(xué)習(xí)。項(xiàng)目3“電壓表設(shè)計(jì)與制作”屬于儀器儀表范疇，是學(xué)生專業(yè)學(xué)習(xí)必須掌握的一個(gè)工具儀器，貼近學(xué)生的日常學(xué)習(xí)，通過項(xiàng)目3 開展通信技術(shù)、片外擴(kuò)展、數(shù)據(jù)處理的學(xué)習(xí)，是一個(gè)綜合性、拓展性的項(xiàng)目。在教學(xué)項(xiàng)目情境中，教師可以扮演項(xiàng)目組長(zhǎng)，學(xué)生則為項(xiàng)目組成員、技術(shù)員等角色。課程學(xué)習(xí)項(xiàng)目貼近學(xué)生的生活和經(jīng)驗(yàn)，體現(xiàn)學(xué)生的主體性和學(xué)習(xí)的職業(yè)性，突出學(xué)有所獲、學(xué)有所用，把教育教學(xué)理念落到實(shí)處。3 個(gè)課程項(xiàng)目實(shí)施過程中均需踐行崗位的典型工作任務(wù)，學(xué)生在情境化的實(shí)際項(xiàng)目中反復(fù)磨練5 項(xiàng)職業(yè)能力，適應(yīng)職業(yè)崗位的普適性工作過程，為教學(xué)效果和人才培養(yǎng)質(zhì)量的提高打下扎實(shí)的基礎(chǔ)。

3.2 采取線上+線下混合教學(xué)

《單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)》課程是學(xué)校首批精品在線課程，這個(gè)實(shí)施線上+線下的混合教學(xué)創(chuàng)造了有利條件。高職院校課程突出職業(yè)性，教學(xué)過程和職業(yè)崗位工作過程要相融合，把課程相關(guān)崗位的普適性工作過程轉(zhuǎn)換為教育教學(xué)的典型工作流程，課程改革后具體教學(xué)流程總結(jié)為：領(lǐng)任務(wù)、查找資料，分組討論、確定方案，設(shè)計(jì)硬件原理圖、制作硬件電路并測(cè)試，編寫程序并調(diào)試，系統(tǒng)聯(lián)調(diào)，總結(jié)歸檔，評(píng)價(jià)等。如前所述，課程具有課時(shí)有限、理論知識(shí)點(diǎn)多、實(shí)踐性強(qiáng)等特點(diǎn)，要按照10 個(gè)教學(xué)流程分別完成3 個(gè)教學(xué)項(xiàng)目，光靠課內(nèi)學(xué)習(xí)效果甚微。課程改革后，采取線上+線下的混合教學(xué)模式，線上課程平臺(tái)主要開展理論知識(shí)學(xué)習(xí)，教師通過線上課程平臺(tái)發(fā)布學(xué)習(xí)任務(wù)、發(fā)布課程基本知識(shí)點(diǎn)、布置作業(yè)、布置理論測(cè)試題、答疑等，學(xué)生通過線上課程平臺(tái)領(lǐng)取任務(wù)、學(xué)習(xí)理論知識(shí)、答題檢驗(yàn)理論掌握情況、提問等；線下教學(xué)主要進(jìn)行項(xiàng)目實(shí)踐，主要包括硬件設(shè)計(jì)、制作、調(diào)試，軟件設(shè)計(jì)、測(cè)試，系統(tǒng)聯(lián)調(diào)等。課程采取線上線下混合教學(xué)，把理論和實(shí)踐學(xué)習(xí)緊密結(jié)合，打破傳統(tǒng)課堂的時(shí)間、空間限制，延伸了教學(xué)場(chǎng)所，為學(xué)生提供了課前、課中、課后的持續(xù)性學(xué)習(xí)環(huán)境，增強(qiáng)了學(xué)生的主動(dòng)學(xué)習(xí)能力。

3.3 創(chuàng)設(shè)虛實(shí)結(jié)合的實(shí)踐環(huán)境

《單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)》課程理論知識(shí)較多，有些知識(shí)不容易理解，很多學(xué)生在課程學(xué)習(xí)時(shí)經(jīng)常出現(xiàn)吃力的現(xiàn)象，還有一部分同學(xué)雖然理解了理論知識(shí)，但是需要在實(shí)訓(xùn)室才能實(shí)際應(yīng)用于單片機(jī)產(chǎn)品，并且實(shí)操次數(shù)不多，常會(huì)出現(xiàn)掌握不扎實(shí)、應(yīng)用不靈活等困局。課程改革引進(jìn)Protues 虛擬仿真軟件，Protues 軟件可以實(shí)現(xiàn)單片機(jī)應(yīng)用電路設(shè)計(jì)、加載程序、調(diào)試等功能，可以在仿真軟件上直觀看到電路設(shè)計(jì)和程序設(shè)計(jì)的效果，當(dāng)仿真達(dá)不到項(xiàng)目要求時(shí)，可以直接在軟件上修改電路和程序，不受實(shí)際硬件的限制。教師在課程伊始就教會(huì)大家使用該仿真軟件，學(xué)生只需要有電腦并Protues 軟件就可以隨時(shí)隨地開展單片機(jī)課程的學(xué)習(xí)。學(xué)生在學(xué)習(xí)一些理論知識(shí)感覺比較困難時(shí)，可以通過Protues軟件多次仿真，在實(shí)踐中反復(fù)理解課程知識(shí)。在課程項(xiàng)目實(shí)施前，教師也要求學(xué)生首先通過Protues 虛擬仿真軟件實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目要求，下一步才能在實(shí)訓(xùn)室以虛擬仿真設(shè)計(jì)的硬件和程序?yàn)榛A(chǔ)進(jìn)入實(shí)際作品的制作和調(diào)試。

4 《單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)》課程改革實(shí)施案例

下面以項(xiàng)目2“電子鐘設(shè)計(jì)與制作”的子任務(wù)“秒表設(shè)計(jì)與制作”為案例，詳細(xì)介紹《單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)》課程改革實(shí)施的過程。

4.1 案例設(shè)計(jì)要求

本案例屬于課程項(xiàng)目2，項(xiàng)目2 要求設(shè)計(jì)一款家用電子鐘，具有顯示時(shí)間、調(diào)時(shí)、鬧鐘的功能，最終提供硬件設(shè)計(jì)圖、設(shè)計(jì)程序和實(shí)物作品，本案例具體任務(wù)是要完成秒表的啟動(dòng)、暫停、顯示功能，在本案例完成的基礎(chǔ)上將拓展實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目2要求的電子鐘功能。

4.2 課前

學(xué)生通過網(wǎng)絡(luò)課程平臺(tái)接收學(xué)習(xí)任務(wù)，在分析任務(wù)要求的基礎(chǔ)上，結(jié)合課內(nèi)所學(xué)并預(yù)習(xí)，上網(wǎng)查找相關(guān)資料，初步形成自己的設(shè)計(jì)方案提交平臺(tái)，整個(gè)過程需要學(xué)生主動(dòng)完成，利用計(jì)算機(jī)信息技術(shù)搜尋、獲取、分析、整理對(duì)課程任務(wù)有用的資料，教師到平臺(tái)查看學(xué)生提交的方案。

4.3 課中知識(shí)學(xué)習(xí)

課中，教師通過情境導(dǎo)入課程，抽查學(xué)生展示初步方案，師生發(fā)表意見和建議，學(xué)生修改并確認(rèn)最終方案。教師組織開展課程教學(xué)重難點(diǎn)學(xué)習(xí)，本案例教學(xué)重點(diǎn)內(nèi)容及教學(xué)方法如表1 所示。

表1 案例教學(xué)重點(diǎn)知識(shí)表

4.4 課中硬件仿真設(shè)計(jì)

案例需要至少4 位數(shù)碼管顯示，采用動(dòng)態(tài)顯示技術(shù)，在51 單片機(jī)最小系統(tǒng)基礎(chǔ)上，P2 口的8 個(gè)I/O 連接四位一體數(shù)碼管的8 個(gè)段控制端口，P1 口的低四位連接四個(gè)數(shù)碼管的COM 端口，P3.2 和P3.3 引腳連接2 個(gè)外圍控制按鍵，按鍵用于實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)、暫停的功能，其中P3.2 按鍵啟動(dòng)秒表，P3.3 按鍵暫停秒表。學(xué)生根據(jù)所學(xué)知識(shí)，結(jié)合案例需求，在Protues 仿真軟件上繪制秒表硬件電路，如圖1 所示。

圖1 秒表硬件電路圖

4.5 課中程序設(shè)計(jì)

學(xué)生分析案例功能要求，把設(shè)計(jì)程序劃分為多個(gè)功能函數(shù)，csh（）函數(shù)用于定時(shí)器控制寄存器、定時(shí)器初值、定時(shí)器打開、中斷打開、中斷觸發(fā)方式等初始化設(shè)置語句；zanting（）函數(shù)為外部中斷0 服務(wù)函數(shù)；tingzhi（）函數(shù)為外部中斷1 服務(wù)函數(shù)；ds50ms（）函數(shù)為定時(shí)器0 中斷服務(wù)函數(shù)；fenli（）函數(shù)用于分離四位數(shù)碼管顯示的千位、百位、十位和個(gè)位；display（）函數(shù)實(shí)現(xiàn)四位數(shù)碼管的動(dòng)態(tài)顯示。學(xué)生通過Keil uVision4 軟件編寫程序，如圖2 所示。

圖2 秒表程序設(shè)計(jì)界面

4.6 課中仿真調(diào)試

學(xué)生在Keil uVision4 軟件中完成案例程序的編寫、編譯，生成可執(zhí)行的hex 文件，然后打開Protues 軟件設(shè)計(jì)的案例電路圖，雙擊51 單片機(jī)芯片，在彈出的對(duì)話框中加載前面生成的hex 文件,點(diǎn)擊仿真運(yùn)行按鈕，可以直接在電路圖中觀察到系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)果，如圖3 所示。

圖3 秒表仿真結(jié)果圖

4.7 課中實(shí)物制作

學(xué)生在完成秒表的仿真調(diào)試并通過教師考核后，可以進(jìn)行硬件制作和調(diào)試，這部分往往是最費(fèi)時(shí)間和精力的一個(gè)環(huán)節(jié)，學(xué)生需要具有較好的硬件設(shè)計(jì)能力，在正確設(shè)計(jì)硬件的基礎(chǔ)上通過良好的硬件制作能力確保硬件質(zhì)量，虛焊、器件方向等細(xì)節(jié)都有可能造成硬件制作失敗，需要通過不斷的反復(fù)測(cè)試完成實(shí)物，這個(gè)環(huán)節(jié)磨練學(xué)生吃苦耐勞的意志，并要求學(xué)生在制作過程中始終具有較好的質(zhì)量意識(shí)。在系統(tǒng)調(diào)試環(huán)節(jié)，學(xué)生需要根據(jù)任務(wù)要求不斷調(diào)試系統(tǒng)的硬件和軟件，調(diào)試過程都要求學(xué)生細(xì)心、耐心，要求學(xué)生具有精益求精的工匠精神，腳踏實(shí)地一步一步往目標(biāo)前進(jìn)，學(xué)生在這個(gè)過程中可以不斷提升課程任務(wù)要求的系統(tǒng)性能，培養(yǎng)他們的創(chuàng)新意識(shí)。課程案例學(xué)生制作的實(shí)物作品如圖4所示。

圖4 秒表實(shí)物圖

4.8 課后拓展

課后學(xué)生通過線上課程平臺(tái)完成案例所用的數(shù)碼管、定時(shí)器、中斷等理論知識(shí)點(diǎn)的測(cè)試，進(jìn)行差缺補(bǔ)漏，還需進(jìn)行案例相關(guān)技術(shù)文檔的總結(jié)，這是很多工科課程會(huì)忽略的一環(huán)，工科課程多重視結(jié)果，能把實(shí)物完成，很少對(duì)任務(wù)的相關(guān)技術(shù)文檔進(jìn)行撰寫和總結(jié)，學(xué)生到崗位后就不能提交高質(zhì)量的產(chǎn)品設(shè)計(jì)文件給上級(jí)或客戶，《單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)》課程要求學(xué)生需要完成任務(wù)實(shí)施過程各個(gè)環(huán)節(jié)的文字材料，任務(wù)完成后還需要進(jìn)行總結(jié)，把總結(jié)文檔上傳課程平臺(tái)，培養(yǎng)學(xué)生職業(yè)崗位素質(zhì)。此外，學(xué)生還可以在課后進(jìn)行案例作品的升級(jí)和優(yōu)化，進(jìn)行持續(xù)性的學(xué)習(xí)和創(chuàng)新。教師和學(xué)生還可以利用課程線上平臺(tái)開展案例的自評(píng)、互評(píng)等考核評(píng)價(jià)任務(wù)。

5 結(jié)語

《單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)》課程改革效果明顯。學(xué)生給出的課程教學(xué)評(píng)語顯示，學(xué)生通過課堂學(xué)習(xí)獲得感大大提升，主要體現(xiàn)在：主觀能動(dòng)性增強(qiáng)、知識(shí)和技能的掌握更深刻、主動(dòng)交流能力提高、享受到了學(xué)習(xí)的快樂、感受到學(xué)習(xí)的意義等。學(xué)生課后學(xué)習(xí)心得顯示，學(xué)生對(duì)課程教學(xué)回味無窮，課程學(xué)習(xí)氛圍濃厚，學(xué)習(xí)過程苦并快樂著。學(xué)生通過課程學(xué)習(xí)，不僅掌握了課程要求必備的知識(shí)和技能，還提前感受了職場(chǎng)，職業(yè)素養(yǎng)大大提高，能夠較好適應(yīng)頂崗實(shí)習(xí)崗位和畢業(yè)就業(yè)崗位，用人單位的滿意度提高。

基于《單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)》課程開展的課程改革能夠有效擺脫學(xué)生“被動(dòng)學(xué)、職業(yè)適應(yīng)性差、價(jià)值引領(lǐng)缺少”等問題，學(xué)生學(xué)習(xí)能力、職業(yè)核心能力、職業(yè)素養(yǎng)以及學(xué)習(xí)價(jià)值感等都得到了顯著提升，形成師生共課共生長(zhǎng)的濃厚教學(xué)氛圍，較好地提高了高職院校的育人質(zhì)量。