《單片機(jī)技術(shù)》理實(shí)一體化教學(xué)模式改革

◆文/廣東 莫秀英

隨著科技的發(fā)展，在我們的生活中隨處可見單片機(jī)的身影，小到手機(jī)，大到汽車飛機(jī)，現(xiàn)在幾乎只要是電子器件，就有單片機(jī)的身影，可以說單片機(jī)技術(shù)是一切智能機(jī)器的基礎(chǔ)，掌握好單片機(jī)技術(shù)，可以從事各種電子設(shè)計(jì)的工作，對于學(xué)生來說非常重要。本文針對《單片機(jī)技術(shù)》這門課，采用理實(shí)一體化教學(xué)模式改革，從更新教材內(nèi)容，注重實(shí)踐教學(xué)；更新教學(xué)資源，提升教學(xué)水平；采用任務(wù)驅(qū)動式的教學(xué)方法；重建教師團(tuán)隊(duì)結(jié)構(gòu)和構(gòu)建增值性評價(jià)體系等多方面闡述，提高教學(xué)質(zhì)量，有助于學(xué)生對單片技術(shù)的掌握。

當(dāng)前我國已經(jīng)進(jìn)入以智能產(chǎn)業(yè)為主導(dǎo)的新經(jīng)濟(jì)發(fā)展時(shí)期，智能技術(shù)成為經(jīng)濟(jì)增長的新動能、產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新藍(lán)海、高質(zhì)量發(fā)展的新引擎。如果說什么才是未來的新革命，那一定是人工智能，要說人工智能，一定要先說編程，單片機(jī)技術(shù)就是使用編程控制外圍器件實(shí)現(xiàn)智能控制。

《單片機(jī)技術(shù)》作為電子類專業(yè)的核心課程，如果只是通過理論知識的講解，學(xué)生很難深刻掌握。本文主要是以職業(yè)崗位活動為核心，以職業(yè)崗位技能為主線。課程設(shè)計(jì)中，課程內(nèi)容實(shí)用化，面向就業(yè)崗位，教學(xué)方式方法多樣化，以項(xiàng)目驅(qū)動，理實(shí)一體。按照理論與實(shí)踐緊密結(jié)合的原則，側(cè)重學(xué)生動手能力訓(xùn)練和可持續(xù)發(fā)展能力培養(yǎng)，主要培養(yǎng)學(xué)生在單片機(jī)應(yīng)用方面的綜合職業(yè)能力。通過本課程的學(xué)習(xí)，力爭培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力，為學(xué)生將來在電子類專業(yè)領(lǐng)域進(jìn)一步發(fā)展打下良好基礎(chǔ)。本課程實(shí)施以實(shí)訓(xùn)為主導(dǎo)，采用項(xiàng)目式教學(xué)進(jìn)行，可以極大提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和動手操作能力。本課題針對高職院校教育特點(diǎn)，按照理論與實(shí)踐緊密結(jié)合的原則，側(cè)重學(xué)生動手能力的訓(xùn)練和可持續(xù)發(fā)展能力的培養(yǎng)。

一、理實(shí)一體化教學(xué)模式

理實(shí)一體化是在當(dāng)前職業(yè)教育中開展的一種新型教學(xué)模式，理是指理論，實(shí)是指實(shí)踐。理實(shí)一體化，指將理論與實(shí)踐的一體化教學(xué)。在教學(xué)過程中將理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)完全結(jié)合起來，在專業(yè)的理實(shí)一體化實(shí)訓(xùn)室同時(shí)開展專業(yè)理論與技能教學(xué)。將專業(yè)理論體系與實(shí)踐環(huán)節(jié)進(jìn)行分解、整合、再分解、再整合，從而形成“你中有我，我中有你”的教學(xué)態(tài)勢。

教學(xué)模式的概念是課程教學(xué)活動中能夠讓教師按照標(biāo)準(zhǔn)樣式，在教學(xué)活動中執(zhí)行的計(jì)劃。改革開放以來，隨著中西方交流的日益深入，教學(xué)模式相關(guān)理論傳入我國，推動了我國教學(xué)模式研究的深入開展，教學(xué)模式的概念也在不斷豐富。與一般的教學(xué)方法相比，它更具系統(tǒng)性和實(shí)用性，貫穿課堂教學(xué)的方方面面，始終與課程教學(xué)相適應(yīng)。教育理論是教學(xué)模式得以構(gòu)建的基礎(chǔ)，每一種教學(xué)模式的背后總有一定的教育理論做支撐。而教師、課程資源、學(xué)生、教學(xué)環(huán)境等則是教學(xué)模式的實(shí)施條件。

二、《單片機(jī)技術(shù)》理實(shí)一體化的方案

《單片機(jī)技術(shù)》課程注重培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題的能力，強(qiáng)化學(xué)生實(shí)踐能力，遵循學(xué)生認(rèn)知規(guī)律，緊密結(jié)合電子信息專業(yè)的發(fā)展需要。本課程設(shè)計(jì)思路是以電子信息類硬件開發(fā)人員、維修人員和測試技術(shù)人員等崗位任務(wù)和職業(yè)能力需求分析為依據(jù)確定課程目標(biāo)。課堂教學(xué)實(shí)施是主要以學(xué)生為中心的項(xiàng)目教學(xué)，采用理實(shí)一體化教學(xué)模式，通過信息化手段突破教學(xué)的重點(diǎn)與難點(diǎn)。

首先從單片機(jī)的基礎(chǔ)開始，進(jìn)行模塊化講解，通過每個(gè)模塊的編程讓學(xué)生掌握硬件電路的控制原理，然后將多個(gè)模塊組合成一個(gè)小項(xiàng)目，通過項(xiàng)目化的編程，讓學(xué)生學(xué)會對知識點(diǎn)的整合，最后通過制作一個(gè)小作品，從原理圖制作、PCB設(shè)計(jì)、焊接、編程、產(chǎn)品的調(diào)試等過程，讓學(xué)生熟悉產(chǎn)品設(shè)計(jì)的開發(fā)流程，這一流程綜合了《數(shù)字電子技術(shù)》《模擬電子技術(shù)》《電子工藝》《Protel輔助電路設(shè)計(jì)》《單片機(jī)技術(shù)》《C語言程序設(shè)計(jì)》等多門課程的內(nèi)容，將多門課程的理論和實(shí)踐課整合教學(xué)，讓學(xué)生在實(shí)踐過程中，在掌握和精通單片機(jī)技術(shù)的同時(shí)，將其他課程的知識加以運(yùn)用。通過層進(jìn)式的教學(xué)，學(xué)生可以較好地完成知識目標(biāo)、技能目標(biāo)和素質(zhì)目標(biāo)(圖1)。

圖1 層進(jìn)式教學(xué)

三、理實(shí)一體化的改革措施

《單片機(jī)技術(shù)》理實(shí)一體化的改革措施主要從更新教材內(nèi)容，注重實(shí)踐教學(xué)；更新教學(xué)資源，提升教學(xué)水平；采用任務(wù)驅(qū)動式的教學(xué)方法；重建教師團(tuán)隊(duì)結(jié)構(gòu)和構(gòu)建增值性評價(jià)體系等幾個(gè)方面進(jìn)行闡述。

1.更新教材內(nèi)容，注重實(shí)踐教學(xué)

教材是教學(xué)過程的重要載體，加強(qiáng)教材建設(shè)是深化職業(yè)教育教學(xué)改革的有效途徑，推進(jìn)人才培養(yǎng)模式改革的重要條件，也是推動高職院校發(fā)展的基礎(chǔ)性工程，對促進(jìn)現(xiàn)代職業(yè)教育體系建設(shè)，提高職業(yè)教育人才培養(yǎng)質(zhì)量具有十分重要的作用。教材是學(xué)生學(xué)習(xí)單片機(jī)開發(fā)的敲門磚，選擇適合學(xué)生基礎(chǔ)知識的教材非常重要。傳統(tǒng)的單片機(jī)教材大多數(shù)基于匯編語言編寫，實(shí)用性沒有C語言那么強(qiáng)，而在企業(yè)工作中主要是以C語言開發(fā)為主，匯編語言通常用來解決一些C語言無法解決的問題。在職業(yè)院校中，選擇一本以C語言為主，匯編語言為輔，深淺適度，以項(xiàng)目開發(fā)為導(dǎo)向的應(yīng)用型教材非常重要。單片機(jī)技術(shù)是現(xiàn)代工業(yè)自動化、電子電氣、通信及物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域的一門主流技術(shù)，是學(xué)習(xí)ARM嵌入式系統(tǒng)、FPGA設(shè)計(jì)等更高階技術(shù)的基礎(chǔ)，很多同學(xué)都想學(xué)好單片機(jī)技術(shù)，可能看了不少書，付出了很多努力，但總感覺似懂非懂，遇上具體項(xiàng)目很茫然，無從下手。單片機(jī)技術(shù)更新很快，最早是從8位的8051內(nèi)核開始，后來出現(xiàn)了16位的AVR內(nèi)核，再到32位的ARM內(nèi)核，而大多數(shù)職業(yè)院校的教材編寫年限已經(jīng)很長了，很多技術(shù)沒有更新。要跟進(jìn)技術(shù)發(fā)展的步伐，除了教師加強(qiáng)學(xué)習(xí)外，還要合理更新教材。推薦教材《單片機(jī)應(yīng)用技能項(xiàng)目化教程》是“十三五”職業(yè)教育規(guī)劃教材，教材中的項(xiàng)目是單片機(jī)技術(shù)實(shí)際應(yīng)用中常見的工程項(xiàng)目，實(shí)現(xiàn)了互聯(lián)網(wǎng)與傳統(tǒng)教育的完美融合?！凹堎|(zhì)教材，數(shù)字課程”，掃描二維碼，即可觀看動畫、微課等視頻類數(shù)字資源，隨掃隨學(xué)。

2.更新教學(xué)資源，提升教學(xué)水平

傳統(tǒng)的《單片機(jī)技術(shù)》課程教學(xué)內(nèi)容側(cè)重于單片機(jī)原理知識的傳授。教學(xué)內(nèi)容主要包括單片機(jī)基礎(chǔ)知識、尋址方式、指令系統(tǒng)、中斷系統(tǒng)等內(nèi)容。隨著混合式教學(xué)方法的出現(xiàn)及智慧教學(xué)的普及，緊密結(jié)合崗位任職要求，充分考慮學(xué)生后續(xù)課程學(xué)習(xí)，優(yōu)化調(diào)整教學(xué)內(nèi)容，壓縮尋址方式、指令系統(tǒng)等內(nèi)容，增加了C語言程序設(shè)計(jì)等內(nèi)容，突出綜合設(shè)計(jì)能力，培養(yǎng)學(xué)生電子開發(fā)的綜合技能，強(qiáng)化實(shí)踐教學(xué)任務(wù)。課程內(nèi)容遵循學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律和能力培養(yǎng)規(guī)律，實(shí)踐教學(xué)任務(wù)緊扣理論知識內(nèi)容。

線上資源有云職教在線平臺，我們把線上與線下的資源有效整合，選取優(yōu)秀教師的精品課程，供給學(xué)生學(xué)習(xí)，學(xué)生在課堂上沒有掌握或者掌握得不夠深入的內(nèi)容，可借助我們選取的配套課程加深學(xué)習(xí)效果，讓學(xué)生線下與線上的內(nèi)容有機(jī)結(jié)合在一起，提高了學(xué)習(xí)的效率，從而完成學(xué)習(xí)目標(biāo)。整個(gè)學(xué)習(xí)過程包括線上精品課程資源學(xué)習(xí)，以及課前自測、問卷調(diào)查、主題討論、搶答、課后自測等活動。

線下配備豐富的教學(xué)資源，配備有60個(gè)座位的智慧教室，有大屏幕，裝有Proteus仿真軟件，可播放教學(xué)課件視頻。電路仿真軟件Proteus，用于程序調(diào)試；課件、仿真素材、仿真視頻，為學(xué)生學(xué)習(xí)提供資源支撐；配備藍(lán)橋杯單片機(jī)電子設(shè)計(jì)開發(fā)板，用于硬件驗(yàn)證，還能參加藍(lán)橋杯單片機(jī)電子設(shè)計(jì)與開發(fā)競賽，以賽促教，以賽促學(xué)。

3.采用任務(wù)驅(qū)動式的教學(xué)方法

基于項(xiàng)目驅(qū)動式教學(xué)模式，應(yīng)該積極構(gòu)建起多樣化的教學(xué)實(shí)踐，實(shí)現(xiàn)在學(xué)中做，在做中學(xué)的效果。應(yīng)該積極堅(jiān)持以項(xiàng)目為主線，以教師為主導(dǎo)，以學(xué)生為主體，注重將實(shí)踐項(xiàng)目貫穿在教學(xué)始終。借助具體的項(xiàng)目和教學(xué)任務(wù)來將新的教學(xué)知識引入其中，并積極采取案例教學(xué)法，以促進(jìn)學(xué)生對重難點(diǎn)知識的教學(xué)理解和掌握。開展實(shí)踐教學(xué)，應(yīng)采取任務(wù)驅(qū)動的方式，努力實(shí)現(xiàn)循序漸進(jìn)、由表及里的學(xué)習(xí)方法和具體的教學(xué)途徑，積極有效激發(fā)起學(xué)生自主學(xué)習(xí)和實(shí)踐的動力，確保實(shí)現(xiàn)讓學(xué)生學(xué)有所用和學(xué)以致用的良好效果。

通過《單片機(jī)技術(shù)》的實(shí)踐教學(xué)，使學(xué)生以掌握單片機(jī)技術(shù)的基本理論、強(qiáng)化應(yīng)用和技能為重點(diǎn)，以加強(qiáng)基礎(chǔ)、突出應(yīng)用為主線，堅(jiān)持基本知識點(diǎn)的學(xué)習(xí)。在相關(guān)知識的學(xué)習(xí)中注重培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題的能力。根據(jù)高職學(xué)生認(rèn)知過程和接收能力的規(guī)律，注重理論與工程實(shí)際的緊密聯(lián)系，通過理論教學(xué)和課程設(shè)計(jì)等技能的訓(xùn)練，使學(xué)生的綜合能力及創(chuàng)新能力得到培養(yǎng)，為今后從事專業(yè)技術(shù)工作打下良好的基礎(chǔ)?！秵纹瑱C(jī)技術(shù)》實(shí)踐教學(xué)課時(shí)分配如表1所示。

表1 實(shí)踐教學(xué)課時(shí)分配

4.重建教師團(tuán)隊(duì)結(jié)構(gòu)

很多學(xué)校的教師從學(xué)校畢業(yè)出來又進(jìn)入學(xué)校任職，雖然理論知識扎實(shí)，但是實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)不足，在教學(xué)的過程中有所欠缺，這就需要我們完善師資隊(duì)伍的建設(shè)，以專業(yè)升本師資團(tuán)隊(duì)建設(shè)要求為標(biāo)準(zhǔn)，引進(jìn)、培訓(xùn)相結(jié)合，建設(shè)一支技術(shù)能力、教學(xué)能力相長的智能控制技術(shù)專業(yè)教學(xué)團(tuán)隊(duì)。建立雙導(dǎo)師制，一方面讓學(xué)校的老師深入到企業(yè)中去，在企業(yè)中進(jìn)行掛職鍛煉。另一方面，學(xué)校聘請企業(yè)中的大數(shù)據(jù)工程師、算法工程師、項(xiàng)目經(jīng)理等行業(yè)從業(yè)人員到學(xué)校進(jìn)行授課、講座、研討等。

通過引進(jìn)、培訓(xùn)相結(jié)合，建設(shè)一支技術(shù)能力、教學(xué)能力相長的教學(xué)團(tuán)隊(duì)。具體指標(biāo)為：高級職稱專任教師比例不低于30%，具有研究生學(xué)位專任教師比例不低于50%，具有博士研究生學(xué)位專任教師比例不低于15%，“雙師型”教師占比不低于50%，引進(jìn)1名省級及以上教學(xué)名師，專業(yè)教師獲省級及以上教學(xué)領(lǐng)域有關(guān)獎勵(lì)兩項(xiàng)以上。

5.構(gòu)建增值性的評價(jià)體系

教學(xué)實(shí)施效果如何，需要教學(xué)評價(jià)來檢驗(yàn)，教學(xué)評價(jià)是對教學(xué)過程和結(jié)果進(jìn)行的價(jià)值判斷，也是進(jìn)一步完善理實(shí)一體化教學(xué)模式的有效途徑。理實(shí)一體化教學(xué)模式的評價(jià)也是一種綜合的評價(jià)，既要對學(xué)生的學(xué)習(xí)成果予以評價(jià)，又要對教師創(chuàng)新性教學(xué)模式進(jìn)行評價(jià)。

課前問卷調(diào)查，得出學(xué)生的知識掌握情況，通過課堂的學(xué)習(xí)，課后對知識掌握情況再次統(tǒng)計(jì)，得出學(xué)生的增值性評價(jià)。例如，表2為數(shù)碼管顯示項(xiàng)目評價(jià)表，可以通過評價(jià)表了解課前課后學(xué)生的掌握情況，為下一節(jié)課做好準(zhǔn)備。

表2 增值性評價(jià)表

四、理實(shí)一體化的成效

以往的教學(xué)理論和實(shí)踐是分開講的，學(xué)生在實(shí)踐課堂上比較活躍，而在理論課上學(xué)生覺得沒用，聽得累聽不懂，老師也講得“累”。一體化教學(xué)過程中，實(shí)現(xiàn)“教、學(xué)、做、評”四個(gè)環(huán)節(jié)一體化，理論和實(shí)踐相結(jié)合，學(xué)生在做中學(xué)，學(xué)中做，教師在做中教，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。增加了“評”的環(huán)節(jié)，學(xué)生自評互評，教師點(diǎn)評，學(xué)生評教師，增加師生的互動，促進(jìn)教學(xué)。

我校通過近兩年對單片機(jī)技術(shù)這門課程的教改實(shí)踐研究，從不同方面進(jìn)行了改革，從而帶動了同學(xué)們學(xué)習(xí)單片機(jī)技術(shù)的興趣。每年同學(xué)們都能積極參加各種電子設(shè)計(jì)大賽，如智能工程系電子設(shè)計(jì)大賽、省里舉行的電子設(shè)計(jì)大賽、藍(lán)橋杯單片機(jī)設(shè)計(jì)與開發(fā)項(xiàng)目。大多數(shù)參賽的同學(xué)都是優(yōu)先采用以單片機(jī)技術(shù)為主的設(shè)計(jì)方案，設(shè)計(jì)了很多優(yōu)秀的作品，并取得了很好的成績。