單片機技術應用人才的創新能力培養探討

□萬長征 萬云輝

隨著科技的不斷發展，單片機技術涌入社會各個方面，例如，汽車、手機、IC卡、洗衣機、空調等產品，到處都可以看到單片機的身影。單片機應用市場的繁榮帶來了市場對單片機技術人才的大量需求，因此，不少高職院校把單片機技術人才作為培養重點。但在實際培養過程中卻產生很多問題。

一、現階段高職單片機人才培養面臨的困難

（一）單片機人才需要掌握的知識較多

單片機應用系統只有具備硬件電路和相應的軟件才能正常發揮作用。要想成為單片機應用創新人才，首先必須有扎實的硬件電路功底，才能夠動手制作符合電氣規程的電路板；其次必須能熟練地操作計算機，熟悉匯編和C語言的編程方法和技巧；第三，單片機是微型計算機的一種類型，本身組成、專業知識非常復雜，學生必須掌握最小工作系統原理、基本并行接口、功能接口、外部總線、接口芯片擴展等知識，而掌握這些知識對高職學生來說是不小的挑戰。

（二）單片機教師執教難度大

單片機教師自身需要的知識量非常大，除去關于單片機的專業知識外，還必須熟悉電工電子知識和軟件開發技術，能熟練進行軟硬件設計，才具備單片機應用系統開發能力。同時還必須掌握教學基本規律，熟悉教學內容，能熟練使用包括“CAI課件”在內的各種教學手段，才能上好這門課程。

（三）適合高職教學用的教材少

現在多數教材都是在“學科體系”思想指導下編寫出來的，強調知識的系統性和學科的完整性。目前單片機教材對教學知識的組織順序體現為：首先介紹單片機的管腳、時鐘、復位、內部結構等基本知識；其次再對指令系統、程序設計進行講解；然后講述定時器、中斷、串口等功能結構的使用；最后介紹各種擴展接口。高職學生很難接受這種教學知識的安排，最終喪失了學習的興趣。

二、加強理論學習，掌握創新人才培養方法

高職院校培養的學生是生產、建設、管理、服務一線的高素質技能型應用人才，他們的技術能力和創新精神，將直接影響到企業生產的運作效能和技術發展。如何理解和培養具有“創新能力”人才，只有不斷地加強理論學習，才能找到創新人才的培養方法。

（一）正確理解 “創新能力”

創新能力是個體運用已有的基礎知識和可以利用的材料，并掌握相關學科的前沿知識，產生某種新穎、獨特、有社會價值或個人價值的思想、觀點、方法和產品的能力。創新能力由創新意識、創新思維、創新技能和創新情感等四大要素構成。

創新能力在實際應用過程中，可以具體表現在學習能力、分析能力、綜合能力、想象能力、批判能力、創造能力、解決問題的能力、實踐能力、組織協調能力以及整合多種能力的能力等各個方面。

（二）找到適應高職學生“能力創新”培養的教學理論

我國高職教學理論研究分為兩個方面：一是引進國外先進的高等職業教育或職業教育的教學模式；二是對中等職業教育課程進行改造的基礎上開發的教學模式。但究其根本，一般將建構主義學習理論、陶行知的“創造教育思想”和德國的“職業科學理論”作為我國高職人才培養的教學指導理論。

建構主義學習理論認為，學生的學習過程不能簡單看作由教師向學生的知識傳遞過程，而是學生主動建構自己的知識的過程。在建構過程中，學生對外部信息做主動的選擇和加工，其他人不可代替。教學設計的主要任務是為學生的主動學習和知識建構創設一種真實而復雜的學習環境，設置相關問題（任務）。要求學生主動去搜集和分析與任務有關的信息資料，提倡“學中做”與“做中學”，對所學的問題提出各種假設并努力加以驗證，善于把當前學習內容與自己巳有的知識經驗聯系起來，并對這種聯系加以認真思考，而不是知識的套用。

建構主義學習理論強調高職學生要掌握“非結構性的經驗背景”知識，培養他們適應現場工作的能力，與此同時，建構主義提倡的“以解決學生在現實生活中遇到的問題為目標”，“學習的內容要選擇真實性任務”等關于情境教學的主張以及弱化學科界限，強調學科間的交叉的觀點，是非常適合高職學生的學習特點的。

陶行知在1943年發表的《創造宣言》中指出“創造教育”的培養目標—教育者要創造的是“真善美”的活人。即：教育目的不在于傳授多少知識，而在于啟發人的創造力，使人自覺主動地去創造,從而推動人類社會的進步與發展。他繼承并發展了杜威“實用主義教學理論”，將“教育生活”變化為“生活教育”，認為教育應該是供給人生需要的教育，是生活所原有，生活所自營，生活所必須的教育。陶行知在1945年發表《創造的社會教育論綱》中提出創造教育“主觀→啟發；填鴨→自動；一粒一粒→整口；教授→自學”的教學方法，我們可以理解“創造教育”就是采取“啟發的、自動的、手腦并用的、教學做合一”的方法,以取代主觀的、填鴨的、被動的教學方法。高職教育要求的“創新精神和實踐能力”的培養，課程改革提倡的“主動參與、樂于探究以及動手能力的培養”，都與陶行知主張培養創新人才、開發人才創造力等創造教育思想不謀而合。

以德國布萊梅大學勞耐爾（Rauner）教授為首的職業教育科學家，提出了生成性的教育過程與工作過程定向的“職業科學”概念，主要包括兩個方面內容：一是對相應職業領域里實際的職業（專業或技術的）勞動所需的具體知識和方法知識，進行研究和系統化；二是從職業教育的視域對相應職業領域或職業方向實用的科學的具體知識和方法知識，進行研究和系統化。因此，它涵蓋了實際的職業勞動實施過程與實用的科學知識的獲取過程，既研究工作經驗又研究專業知識，既涉及工作過程又涉及社會過程。德國“職業科學”理論打破傳統 “專業學科”職業教育的課程體系設置，建立符合高職教育本質的“以職業為導向”的課程體系，具有深遠的指導意義。

三、運用科學理論指導單片機技術創新人才培養體系建設

在科學理論的指導下，我們應該以“職業為導向”重構課程體系和以“教學做一體”重組教學內容，并且為學生提供創造性學習平臺，激發學生學習興趣，為學生的創新能力培養打下堅實的基礎。

（一）明確單片機創新人才的培養目標

通過對當前單片機技術人才需求進行市場調研，結合我院為工程技術型院校優勢，對單片機技術創新人才培養目標可定位為：“以企業需求為導向，熟練掌握單片機系統開發的各項環節，能進行單片機應用系統方案設計、實際制作為目標”的硬件類技術人才。

（二）以“工作過程”為導向的課程體系設置

德國“職業科學”教育理論認為，課程體系建設（即知識的序化）應該著眼于動態的行動體系的隱性知識的生成與構建，以工作過程為參照系，將陳述性知識與過程性知識整合、理論知識與實踐知識整合。基于此，經過對行業專家的走訪和專業教師的不斷研究和實踐，形成了以電工電子基礎、計算機應用基礎、C語言程序設計、檢測技術應用、EDA、單片機技術應用、電氣控制等課程為中心的課程體系。

（三）利用先進的仿真技術創建“虛擬實驗平臺”

單片機應用技術注重培養學生在實踐中設計電路、編寫程序、發現問題、分析問題、最后解決問題的創新應用型能力。而在具體教學過程中，要求學生既要動腦又要動手，而與教學相適宜的實驗環境配置是教學中必不可少的一個環節。“虛擬實驗環境”的創建和更新可以使學生能夠緊跟工程技術發展的前沿，學到更多的實用技術；另一方面可以克服單片機應用系統實際設計周期長、成本高的缺點，給了學生發揮的空間，易于激發學生的學習積極性，激發他們設計出有創新價值的單片機應用系統。

（四）基于“教學做一體化”重組教學內容

對教學內容進行情境化教學設計是實施教學的前提。學習情境應該來自于現實生活中的真實案例，我們按照單片機應用系統設計的難易程度分為四大階段，每個階段分為若干個工作任務，對應工作任務設計學習情境（注：學習情境是可以變動的，只要能達成工作任務即可），以表一為例，目的在于吸引學生的注意力，并激發其學習興趣，促進學生主動、自覺地學習相關問題，從中獲取有意義的知識和技術。

表一 單片機學習情境設計表

四、運用科學方法指導單片機技術創新人才的培養實踐

單片機技術創新人才不可能是教師在課堂上通過教學就能夠培養出來，教師應自覺地建立起“學生為主體，教師為主導，能力培養為目標”的培養理念，將人才培養理念落到實處。

（一）將“行動導向理論”落實到“情境教學”過程中

在高職課程教學中出現了“小組討論法、任務驅動法、案例教學法、任務設計法”等眾多教學方法，它們都是“行動導向理論”作用于實際教學過程中的具體表現。“行動導向理論”是一個綜合性的學習方案，其基本特征體現在“行動過程完整”(獲取信息、計劃、實施與評價)和“手腦并用”(理論實踐一體化學習)兩方面。基于此，我們將“學習情境設計表”中的“學習情境”按“行動導向理論”進一步詳細規范（僅提供“學習情境一：LED燈閃爍發光”的設計規范以供參考，如表二所示）。并將之運用于實際教學過程中，學生明顯轉變學習態度，樂于接受知識，有疑難問題能和老師進行交流，教學效果明顯。

表二 學習情境一的“行動導向”設計

（二）以項目達成作為課程考核的主要指標

課程學習的最終目的是能夠完成較為復雜的工程項目，我們參照項目開發工程實際要求，將3～5名學生分成一個項目小組，將難度相近的不同考核項目（如：智能搶答器、基于單片機的任意波形發生器、溫室溫濕測控系統設計、簡易電子琴設計、多樣彩燈控制系統、電子秤設計、自控打鐘鈴等）布置給各個項目小組，作為課程設計的內容，同時又將項目完成情況作為最終課程成績的70%，平時考核只占最終課程成績的30%。我們將課程設計和課程最終考核合為一體，突出了學習重心。

如何將學習壓力轉化為學習動力，并最終達成考核目標—鍛煉學生開發單片機應用系統設計的實戰能力。在具體實踐中，我們并不是放任不管，而是積極參與到各個項目小組的開發過程之中，引導學生進行項目開發。

這樣的考核方式有利于學生主體地位的發揮，學生能積極去分析問題，去尋找解決問題的方案，提高了學習的主動性和興趣；同時，在項目開發與考核過程中，通過小組成員相互交流、師生交流形成一個良好的能力培養氛圍。

（三）以技能競賽為基礎拓展課外實踐

為了滿足單片機人才不同層次和能力培養的需要，以參加全省大學生電子競賽為契機，我們利用課外時間，為一些優秀學生開設培訓課，培訓地點設在單片機實訓室。我校實訓室采用啟東硬件仿真平臺，配備有計算機、信號源、示波器、萬用表等設備，具備各種應用系統仿真能力，能夠仿真調試學生制作的系統。

在指導課外實踐過程中，首先將這些學生分成若干小組，其次，我們把江西省電子競賽考題布置給學生，對其中的知識難點進行重點指導，要求各小組先利用KEIL軟件與PROTEUS軟件進行仿真設計，再利用啟東硬件平臺來檢測系統的硬件設計是否能滿足電氣設計規范（PROTEUS軟件電路仿真并不能完全取代真正的電路設計）；最后，要求各小組自備電路元器件，做出真正的單片機應用系統。

通過課外實踐，使這些學生的綜合設計能力大幅度地提高，為我院參加江西省電子大賽儲備了一定的參賽人選。同時，這些學生利用他們所學的知識，在各個班級和學生社團中進行傳幫帶，從而提高學生單片機應用的整體水平。

五、結語

隨著電子技術不斷發展和軟硬件開發水平的不斷提高，單片機技術應用水平將不斷提高。作為高職院校單片機教師，肩負單片機創新應用型人才培養的重擔，除了要不斷加強教學理論和教學方法的學習外，對新知識新技術的掌握也要刻不容緩，才能成為一名合格的教師。

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