應用場景式教學法在高職單片機課程中的實踐研究

蔣勤　李夢　李亞妹

關鍵詞：高職院校；單片機技術課程；項目化教學；實例化教學

中圖法分類號： G642.0 文獻標志碼：A

文章編號：1009-3044（2024）03-0136-03

0 引言

單片機應用技術是電子、電氣、自動化及智能控制領域相關專業(yè)的核心課程，課程涵蓋了模擬電路、數(shù)字電路、微電子技術、傳感器測量技術以及C語言程序設計等多個學科，具有很強的綜合性和實踐性。本課程以應用經(jīng)典的51系列單片機為核心，學生通過學習單片機的基本結構、指令系統(tǒng)、存儲結構及輸入輸出接口電路、中斷系統(tǒng)、系統(tǒng)擴展方面知識，培養(yǎng)電路設計能力、控制程序編寫能力、系統(tǒng)調(diào)試能力、激發(fā)學生的創(chuàng)新思維、培養(yǎng)學生創(chuàng)造能力。通過本課程的學習，為將來從事智能制造、智能裝備、智能機器人等相關設計、研發(fā)與調(diào)試維護奠定堅實的基礎。

為了實現(xiàn)“知識+技能”的育人目標，許多高職院校都在致力于探索更有效的教學方法，先后涌現(xiàn)了諸如“崗課賽證”[1]“教賽創(chuàng)”融合[2]以及項目驅(qū)動[3]等教學改革方法。項目驅(qū)動化教學[4]將理論知識和能力目標相融合，將教學內(nèi)容分解為一系列任務引導學生在“學中做”“做中學”，具有較強的可操作性、普適性。盡管單片機項目化教學模式已漸趨完善，但在課程實施過程中仍存在不少問題，譬如，實訓任務分散導致理論知識不具連續(xù)性，學生前導基礎積累的差異導致教學效果不佳，與傳感器、電氣、電子等課程的聯(lián)動不足，導致學生在后續(xù)的綜合設計中無法更好地學以致用。針對單片機課程教學中存在的問題，本文提出基于崗位應用場景的教學內(nèi)容設計方案?；趯I(yè)的培養(yǎng)目標，在分析專業(yè)崗位能力的基礎上明確職業(yè)素養(yǎng)、職業(yè)知識和職業(yè)能力，以職業(yè)崗位的需要為依據(jù)開發(fā)教學計劃，并通過分解真實的智能產(chǎn)品的功能來設計項目及其對應的實訓任務，在增加項目間的關聯(lián)性和實用性的同時提高項目化教學的效果。

1 教學現(xiàn)狀

1.1 實訓任務間的關聯(lián)度低

目前，根據(jù)項目化教學方案，單片機課程內(nèi)容按其內(nèi)部結構細分為若干個項目，并分別設置相應的實踐任務使理論教學與實踐相結合?？偨Y各高職院校單片機課程的標準[5-7]，典型的任務包括LED燈的閃爍控制、花樣流水燈、靜態(tài)和動態(tài)數(shù)碼管、矩陣鍵盤顯示、LED點陣顯示、字符型LCD顯示、簡易電子琴、秒表設計等。然而，實驗任務只針對具體的知識點，以鞏固理論知識為重點，使得案例過于分散，各實訓任務的關聯(lián)程度較低，出現(xiàn)知識斷檔的現(xiàn)象。

1.2 學生前導知識的積累不同

單片機課程的實驗任務是對模擬電路、數(shù)字電路、傳感器技術以及C語言程序的綜合應用，不僅檢驗學生基本的電路設計和C語言編程能力，同時挑戰(zhàn)了知識的遷移能力。因而，學生前導知識積累的差異必將導致實驗教學效果參差不齊。此外，前導知識的差異也會影響學生對課堂的參與度。

1.3 考核方式較為片面

目前單片機課程的考核內(nèi)容包括期末考試、任務實踐以及課堂表現(xiàn)，其中期末考試側重對知識點的記憶，任務考核以學生對實驗的完成度作為依據(jù)。然而，僅以完成度作為評價指標，容易打消部分基礎較差的學生的積極性，并且隨著課堂的深入喪失學習的興趣。另外實訓過程缺少有力的監(jiān)督和反饋導致學生參與的積極性降低。

2 教學改革方案

2.1 教學設計方案

在課程建設中，通過調(diào)研單片機技術在相關專業(yè)領域及就業(yè)崗位的應用場景，將教學內(nèi)容與實際工作場景、崗位要求緊密關聯(lián)，以課程教學大綱為紐帶，設計可實施的教學方案，促使學生通過實踐動手提升專業(yè)技能和職業(yè)素養(yǎng)。在課程教學設計上，構建“專業(yè)—課程—教學內(nèi)容—綜合能力”的鏈式課程體系，打造“崗位融合、課程聯(lián)動、職業(yè)滲透”的特色課程內(nèi)容。單片機應用技術融合崗位要求的課程體系（以智慧健康專業(yè)群為例）整體構架如圖1所示。首先從專業(yè)層面上分析專業(yè)群服務的特定職業(yè)崗位，以崗位需求構建與專業(yè)群相適配的專業(yè)課程；在課程設計上，強調(diào)各課程間的聯(lián)系和融合，通過前后課程的聯(lián)動，將孤立的知識點內(nèi)化為技能。在教學內(nèi)容設計中，基于典型的工作過程來設計和開發(fā)學習情境，以學習情境為教學單元組織課程教學，使學生在完成各項任務的過程中塑造職業(yè)崗位能力和職業(yè)素養(yǎng)。

表1展示的是基于真實工作過程“脈搏監(jiān)護儀”設計的課程教學內(nèi)容及實訓任務。首先從宏觀上將產(chǎn)品功能與教學內(nèi)容形成映射，通過對產(chǎn)品方案進行功能分解，提取工作任務并分析所涉及的相關知識；然后將產(chǎn)品功能細分為教學任務，并根據(jù)單片機課程的知識目標設計一系列學習情境；最后以學習情境為教學單元組織課堂教學，使得每一個學習情境的實施都對應一個實際的工作過程?；谡鎸嵃咐捻椖炕虒W用真實案例對抽象的理論知識具象化，增加教學模塊間的邏輯性的同時，也使學生更直觀、系統(tǒng)地理解實訓任務。

2.2 課程組織實施策略

基于真實案例的單片機課程教學模式使每一個理論知識都“言之有物”，避免了抽象的“空口白話”。課程組織形式采用理論和實際相結合的方式，配合設計的學習情境，使學生在理論與實際的聯(lián)系中理解和掌握知識，并通過教學實踐培養(yǎng)運用知識的能力。在課程實施中，靈活運用理論教學、課堂討論、自主探索、實踐、答疑等教學方法以及KEIL、Proteus仿真平臺和單片機實驗箱等工具進行教學，充分發(fā)揮“以教師為主導，以學生為主體”教學理念。課程實施的具體方法如下：

1） 問題引入：充分利用多媒體課件以及視頻信息、實物展示等教學手段，引入課程主題，使學生對即將學習的理論知識有一個直觀感性的認識，激發(fā)學習的主動性。

2） 理論知識：以教師教授和演示為主，適當互動問答，旨在使得學生掌握任務涉及的理論知識以及進行應用系統(tǒng)設計和開發(fā)的原理和方法。

3） 課堂討論：布置任務，留給學生自主學習、主動探索的時間和空間，讓學生充分動口、動腦、動手，培養(yǎng)學生提取有效信息的能力，鍛煉學生自主分析問題和解決問題的能力。

4） 實驗實踐：通過小組協(xié)作的形式，完成實訓任務，鍛煉學生的動手能力，啟迪創(chuàng)新意識，培養(yǎng)學生團隊協(xié)作精神以及綜合應用單片機解決實際問題的能力。

5） 總結答疑：針對課程的重難點和實訓中出現(xiàn)的問題，鼓勵學生經(jīng)驗分享，教師有針對性地進行答疑。

2.3 過程化評價方式

單片機技術課程既培養(yǎng)學生單片機系統(tǒng)設計、編程和調(diào)試的專業(yè)能力，又培養(yǎng)自主學習、科學解決實際問題的職業(yè)能力。相應地，提出一種多元性的考核方式，對學生的學習情況進行綜合性評價。課程的考核方式及評分標準見表2，結果評價是一種客觀的評價，以期中和期末的理論測試為主，同時對學生的考勤率及課堂發(fā)言進行考評；過程評價占總成績的70%，考核學生發(fā)現(xiàn)問題及解決問題的基礎能力；綜合評價用于鼓勵學生的創(chuàng)造及探索性思維。

實訓采用分組形式（如兩人為一組）互相協(xié)作，并根據(jù)學生的電路和編程基礎能力進行分組，以強帶弱兼顧基礎積累較弱的學生，同時培養(yǎng)學生的協(xié)作能力。為了對實訓過程進行評價，設計了一份實驗報告內(nèi)容主要包括：設計方案（15%） 、實訓過程（55%） 、實訓結果（20%） 及課業(yè)拓展（10%） 。設計方案考查學生對任務相關理論知識的應用能力；實訓過程記錄軟件流程圖、硬件電路以及實訓過程中遇到的問題及方案嘗試，考查學生發(fā)現(xiàn)并解決問題的能力；實訓結果為提交報告時的最終代碼和Proteus仿真截圖；實訓拓展可以是對當前任務的功能拓展，也可以是開放性問題旨在激發(fā)探索創(chuàng)新和自主學習的精神。實訓中，學生既要對任務進行實踐，又要對實訓過程和結果進行記錄，教師則根據(jù)學生實訓中的問題進行針對性的答疑。實驗報告不僅有利于學生對實訓過程進行反思和總結，也有利于培養(yǎng)學生的科學素養(yǎng)。

3 教學改革成效

基于實例化的課程設計方案，團隊從項目設計、教學方法以及評價方式三方面進行了改革，并在重慶電子工程職業(yè)學院2021級智能醫(yī)療裝備技術專業(yè)三個班級共126名學生中，進行了一學期（2022至2023 上學年）的教學實踐。為了調(diào)查學生對單片機課程的課堂參與度、團隊協(xié)作以及創(chuàng)造思維能力，在重慶電子工程職業(yè)學院智慧健康學院2020級與2021級單片機教學班級中開展了關于“單片機課堂教學成效”的互評和自評，計算互評和自評的均值作為三項指標的得分。圖2統(tǒng)計了2020級與2021級的班級在課堂參與度、團隊協(xié)作、創(chuàng)造思維、隨堂實訓、綜合實訓及期末筆試成績上的得分，可以看到2021級參與改革班級的整體結果均優(yōu)于2020 級。2021 級的三個參與班級，智能醫(yī)療卓越班、智能醫(yī)療1班和智能醫(yī)療2班的及格率得到了提升，分別為96.12%、87.64%、85.78%。此外，學生參與電子類競賽的積極性也空前活躍，2022至2023學年報名全國大學生電子設計大賽和合泰杯單片機應用設計競賽的人數(shù)為32人，較往年的參與率提升30.23%。以上結果表明，提出的項目化教學方式對提升單片機課程的教學效率、培養(yǎng)學生的實踐能力和創(chuàng)造思維起到了一定的提升作用。

4 結論

本文通過分析當前單片機課程的教學現(xiàn)狀發(fā)現(xiàn)由于實訓任務分散和學生基礎積累的參差導致項目化教學的效果不佳。針對這些問題，作者提出基于真實應用場景的項目化設計方案，用真實電子產(chǎn)品的設計過程將課程內(nèi)容串聯(lián)起來，采用實訓過程評價對學生發(fā)現(xiàn)、解決問題的過程進行考核，并在教學實踐中證明了本改進方案的可行性和有效性。

【通聯(lián)編輯：梁書】