以產品為教學載體設計單片機課程學習情境探究

徐江海 王海燕

（淮安信息職業技術學院，江蘇 淮安 223003）

以工作過程為導向的課程教學方式，已成為近年來職業教育課程改革的熱門話題。工作過程導向的課程的實質，在于課程的內容和結構追求的不是學科架構的系統化，而是工作過程的系統化。單片機課程作為高職高專院校電子、電氣、機電、計算機與通信等專業的一門專業課，是一門綜合性和實踐性較強的課程，適合按照工作過程導向的模式組織教學。單片機課程的教學目的是為從事電子產品、機電產品設計的企業培養具有單片機應用產品設計、分析、調試和創作能力的實踐性人才，單片機應用的過程就是用單片機設計產品的過程。以電子產品作為單片機課程的教學載體，將產品的設計制作過程與單片機的知識點有機結合組織教學內容，可以抓住單片機教學的切入點和著力點，教學過程有明確的實踐目標——完成電子產品設計，緊密聯系單片機應用的實踐，有利于提高學生的學習積極性和主動性，提高教學效果。本文以“循環流水燈”、“電子鐘”、“溫度測量報警系統”三個電子產品作為教學載體，按照系統化的工作過程系統化教學模式，構建單片機課程系統化的學習情境。

一、教學載體的選取原則

作為教學載體的電子產品應具有完整性。工作過程系統化的教學模式要求每個學習情境都是一個完整的過程，因此作為教學載體，它應是具有完整功能的電子產品，它的設計制作過程應當是一個完整的項目制作過程，包括如圖1所示單片機應用產品的設計步驟。

圖1 單片機應用產品的設計步驟

和傳統教學方法中的實驗有本質區別，傳統的實驗僅僅是為了驗證部分理論知識的正確性，而“循環流水燈”、“電子鐘”、“溫度測量報警系統”在現實中都有產品原型，“循環流水燈”的原型是五彩繽紛的霓虹燈，“電子鐘”的原型是學生都比較熟悉的電子手表，“溫度測量報警系統”是典型測量控制系統。

作為教學載體的電子產品應具有系統性。根據工作過程系統化教學模式的要求，學習情境之間不僅要有內在的聯系，而且不能是簡單的重復，前面的學習情境是后面學習情境的基礎，后面的學習情境是在前面基礎上的拓展與綜合。以上述三個產品為載體設計的學習情境，實施過程的步驟是重復的，而實施的內容上則是包含遞進的，是一個螺旋上升的學習過程，在硬件設計、程序設計、軟件工具使用、調試方法等方面都是包含和逐步遞進的。以硬件設計為例，“循環流水燈”用I/O（輸入/輸出）口輸出開關量，控制燈亮滅，“電子鐘”用I/O口輸出數據，在顯示器件上顯示字符，“溫度測量報警系統”用I/O口輸出其他芯片的工作時序，控制其他芯片按設定的方式工作。

作為教學載體的電子產品應具有拓展性。根據工作過程系統化教學模式的要求，學習情境應具有拓展性，拓展性是指學習情境應涵蓋課程的所有知識點和該課程在實踐中的典型工作任務。上述三個產品為載體的學習情境，涉及單片機所有資源應用：I/O口的輸入、輸出，外部中斷，定時/計數器，串行口等，涉及單片機應用中的典型工作任務：開關量的輸入輸出控制、顯示電路設計控制、鍵盤電路設計控制、并行接口器件擴展控制、串行接口器件控制和串行通信控制等。學生通過這些系統化的學習情境學習，可以掌握單片機應用產品的開發步驟、環節，掌握單片機資源的應用方法、步驟和技巧，并能應用于其他電子產品的設計中。

二、針對產品設計制作過程的系統化學習情境設計

從圖1可知，單片機應用產品的開發是一個綜合的系統工程，需要開發人員具有相應的職業能力、職業素養和工程意識。這里的職業能力是指基于單片機應用產品開發過程的職業技能，包括電子產品功能分析分解、資料檢索引用、單片機資源調配、硬件電路設計、軟件程序設計與調試、編程軟件使用、產品制作調試、技術文件編制等。職業素養是基于企業文化的職業素質，包括認真努力、嚴謹規范、吃苦耐勞、遵紀守時、求真務實、團結協作、拓展創新等素養。工程意識是從社會經濟角度考慮的最優設計制作方案，包括成本意識、安全性、可靠性、節能、環保等。本課程在教學組織中將職業能力、職業素養和工程意識的培養有機結合起來，特別是后二者融入教學體系中，更加突出了工學結合的特點，實現單片機課程的培養目標，包括知識目標和能力目標。

為便于課堂教學的組織實施，將每一個學習情境分解為幾個學習任務（或子情境），如表1所示。在每個任務里學習相關的單片機知識點，進行相應的實踐制作活動，完成相應的職業能力、職業素養和工程意識的訓練，每個學習情境最后的學習任務都是對前面任務的綜合。

表1 學習情境設置

三、學習情境實施

每個學習情境的實施按照圖1所示單片機應用產品的開發步驟進行，依照“資訊、計劃、決策、實施、檢查、評估”的六步驟組織教學內容，將學生的職業能力、職業素養和工程意識的培養融于教學的過程中，針對不同的階段采用恰當的教學方法。下面以第二個學習情境“電子鐘設計”為例，簡述學習情境的實施情況。在“產品功能分析”階段，采用案例對比法，引導學生思考討論，然后確定電子鐘所應具有的功能，確定系統方案（功能模塊）。在“器件資料準備”階段，按照系統方案選擇所需的器件資料，采用器件資料比較法，考慮器件使用的難易程度和成本。在“功能電路設計”階段，采用示范引導法，可以將其他系統的對應電路移植并加以改進，或參照器件資料提供的應用電路。在“功能程序設計”階段，采用積木編程法，先編寫模塊程序，再逐步綜合構成系統軟件。在“系統功能聯調”階段，采用頭腦風暴法，引導學生討論，按照系統的功能要求調配硬件，調試程序使之實現系統功能。在“產品制作”階段，采用內外互補法，課外制作，課內檢查。在“產品測試”階段，采用自互評價法，由學生自己以及其他同學對作品進行檢查評價，最后老師檢查驗收，綜合學生自互評價，給一個綜合的成績。

在學習情境的實施過程中，我們充分利用現代教學手段，對于難以理解的內容，制作動態演示的電子課件幫助學生理解掌握，同時注重虛擬仿真技術的學習，依照學習情境開發系列的虛擬項目（Keil C軟件模擬，Protues硬件模擬），供學生在課堂課外練習，這些項目也可以通過網絡完成訓練，突破學習訓練在時間、空間上的局限性。另外，我們注重現代交流技術手段的應用，通過QQ群、電子郵件、MSN等建立網上論壇，實現了師生之間、學生之間的多樣化交流。

四、結束語

以產品為載體的單片機課程學習情境設計體現了工作過程系統化課程的工學結合特點，以產品設計制作過程為導向，在“做”中“學”，在“學”中“練”，以練促學，為學生提供了更多實踐動手機會，實踐能力和綜合能力都有很大提高。

［1］ 姜大源.關于工作過程系統化課程結構的理論基礎［J］.職教通訊，2006，（1）：7-9.

［2］ 田淑波.基于工作過程課程設計初探［J］.教育論壇，2008，（11）：78.

［3］ 王永芬，邊傳周.基于工作過程開發的精品課程建設的思考與實踐［J］.高等農業教育，2008，（12）：56-58.