新工科背景下單片機信息化課堂教學的實踐

李翠翠

【摘 要】本文論述新工科背景下單片機信息化課堂教學的實踐，分析信息化教學資源及技術手段在單片機課程教學中的應用，學習過程從“課前導學”到“課堂教學”，到“課后延學”，學習時間和場所從課堂和教室轉移為隨時隨地，從而使學習目標更明確，學習步驟更清晰，學生的學習能力和職業能力得到更好的鍛煉。

【關鍵詞】新工科? 單片機? 信息化

【中圖分類號】G? 【文獻標識碼】A

【文章編號】0450-9889（2019）12C-0165-03

一、單片機課堂教學現狀分析

單片機的應用滲透到我們生活的各個領域，單片機的學習、開發與應用將造就一批計算機應用與智能化控制的卓越工程科技人才。然而課題組調研發現，單片機相關知識課程的學習常常被學生反映難學，主要是因為對傳統的文本化編程語言（C語言）難以理解并靈活應用。

其實單片機的編程的確是有很多固定框架的，由于在目前的學習中大都采用文本程序代碼，并不能對信息進行高度封裝，雖然文本程序采用了更加復雜的語法結構來適應這種對大容量信息的封裝，但也無疑加重了編程者學習編程語言的負擔。

目前單片機應用技術課程多使用項目驅動式的“教學做一體”教學組織方式：給定設計項目，教師指導學生分析系統設計的基本要求，教師講解相關知識點，學生進行設計練習，教師隨堂答疑指導，并現場完成測評。這種組織方式下，學生的學習積極性提高，但并不能夠有效地增加學生練習的時間，實踐環節的削弱使得學生不能有效地利用所學理論知識，學生學習效果不高。

基于翻轉課堂的教學組織方式逐漸被倡導，通過提前錄制教學視頻，將項目所涉及的理論知識，如程序語句、單片機引腳結構等提前發布給學生，將設計分析和視頻學習放在課下，課堂進行難點答疑和編程練習，這樣大大節約了課堂時間，擴充了練習項目，學生實踐機會增加，設計能力提高很快。如果能夠加強課下學習過程的監管，例如制定科學的學習計劃、學習目標、學習內容、學習步驟及學習效果，使學生能夠有效控制和管理自己課下學習的實施及學習目標的實現，則該課程的學習實效性將得到更大的保障。

基于以上課程學習情況，設計基于數字和互聯網技術的信息化課堂教學，取得了一定的教學效果。

二、信息化課程建設內容

以教育思想和教學觀念的轉變為先導，積極進行教學內容優化、教學方法創新、師資隊伍建設等，實現單片機技術與應用課程的“四化”，即教學資源多樣化、教學內容規范化、教學方法科學化和教學手段現代化。其中信息化課程教學資源的建設主要包括以下內容：

（一）基于職業性原則的課程標準

根據課程面向的工作崗位及專業人才培養方案，以工學結合為原則，詳細合理設置課程的教學目標和教學安排，課程標準設計體現教學方式多樣創新，教學內容以學生為本。

（二）“互聯網+”數字媒體技術的教學資源

1.微課開發。針對延時函數、矩陣鍵盤的結構、定時計數器設置、串口通信等教學難點，結合開發板及虛擬仿真軟件，開發相關教學微課，主要用來輔助學生完成課前預習任務。

2.網絡課程資源。網絡課程資源主要建設單片機課程教學項目及相關的數字化素材及電子教案等。通過學校購買的得實網絡平臺向學生提供課程課前導學知識清單、導學測試、課程教學任務單、涉及知識點的微課或PPT電子教案、課后思維導圖、討論及拓展設計項目、學生作品分享等。

3.圖形可視化自助程序生成平臺的建設。選擇恰當的圖形化編程語言，自動生成延時程序、定時計數器初始化程序、中斷程序、按鍵識別程序、A/D轉換程序、串口I/O通信程序、LCD1602顯示驅動程序、DS18B20溫度讀取程序、步進電機驅動程序等程序框架，通過復制直接獲取程序代碼，或者生成利用拖放技術的交互式編程軟件，使學生通過拖拽鼠標完成編程。

4.活頁式的校本教材及配套實驗平臺建設。單片機校本教材按照“項目活頁式”進行內容開發與設計，弱化教材特征，強化項目活頁的功能，以實際小型單片機應用系統設計作為主體內容，將職業素養、課程思政有機融入教材中，提供多元立體化的學習資料，實現教材多功能作用。

5.基于創客教學的實訓項目開發。根據創客教育的規律，主要開發兩類教學實訓項目，一是通用型的實訓項目，以基礎性、功能驗證性項目為主，適合大多數同學，學生可以借助課本獨立完成，例如交通信號燈、電子鐘、萬年歷。二是創客型實訓項目，更加切合實際，項目貫穿整個學習過程，以解決實際問題為主要目標，學生以創客小組的形式在課程開始前定下設計任務，沒有具體的要求，典型的特點是開放性和創新性。

三、基于得實平臺的信息化課堂教學實施

根據職業教育的教學改革要求，采用任務驅動法，以完成某一單片機小系統設計為載體，通過“課前導學、課堂教學、課后延學”三個過程階段，借助數據化、實時化、信息化教學平臺，達到單片機應用系統設計的基本理論、基本知識和基本技能的學習目標。下面以4路搶答器的設計為例，介紹信息化課堂實施的過程。

針對共陽/共陰數碼管顯示原理易混淆的問題，利用課程平臺的在線測試及搶答、微課視頻、虛擬仿真等信息技術，直觀展示原理，引導學生追本溯源，發現規律，有效突破教學難點。教學環節及信息化手段如表1。

（一）課前導學

教師發布學習任務：通過“超星學習通”發布學習任務及相關學習資源、導學測試，針對學生完成的學習情況、測試結果調整教學安排。

學生自主學習：學生登陸課程平臺，接收學習任務，點擊瀏覽相關教學資源進行學習，按時完成導學測試。整個過程，師生和學生之間可隨時在線討論，共同完成課前知識探究，為實現翻轉課堂奠定基礎。

通過課程平臺、微課、文檔、導學測試等信息化手段，拓展學生學習時間與空間，培養學生自學能力，針對性調整教學步驟與方式。

（二）課堂教學做

1.情境引入，分析需求。教師通過網絡課程平臺設置知識搶答環節，現場模擬搶答情境，引導學生討論基于單片機的搶答器實物設計功能需求，引出數碼管的使用。

學生通過手機APP登錄課程平臺，參與知識搶答，小組線下或線上彈幕討論搶答器功能需求、設計所用到的知識需求，明確本次課程學習目標。

通過課程平臺設置一些微課視頻，使學生明確學習目標、設計目標，使教學過程有的放矢。

2.分析問題，現場教學。教師借助網絡課程平臺、教學微課、單片機自主程序開發平臺進行理論講授;歸納、解決學生學習問題。

學生結合課前的預習以及進行項目設計所需要的知識點，進行針對性學習，參與課堂討論，解決問題。

通過課程平臺、微課視頻、虛擬仿真，進行問題式學習，加深學生對知識點的理解與掌握。

3.設計實施，演示評價。教師指導設計步驟，個別調試指導，學生演示，總結問題，進行評價。

學生分小組實施設計，有效分工合作，協同作業，申請項目驗收，演示項目功能，分享經驗，互相評價。

通過課程平臺、微課視頻、虛擬仿真、程序自主生成APP，檢驗學生學習能力，鍛煉學生動手設計能力和團隊合作能力，激發學生學習主動性和積極性。

（三）課后拓展

1.任務拓展，個性延伸。教師對未完成項目的小組進行課后指導，通過“學習通”對學生提交的問題進行答疑，指導學生體驗挑戰杯大學生課外作品設計、互聯網+創新創業大賽。

學生完成項目設計，可拓展搶答器功能，利用互聯網體驗創新創業，利用“學習通”進行學習討論與經驗分享。

通過課程平臺和手機APP鞏固學習內容，培養創新意識。

2.多元考評，公開公正。綜合學生課前、課中、課后的表現，借助平臺，教師完成針對每名學生的多元化考核評價。網絡課程平臺的使用可以保障公開公正、多元化的考核評價，全面提升職業素養。

四、教學特色

（一）教學設計

從職業崗位需求出發，采用C語言編程，以工作任務（設計委托）引導教與學，設計任務具有針對性、擴展性、系統性和創新性，貼近崗位需求。

（二）網絡課程平臺的使用

將帶有微課視頻、習題、語音的課前預習課件推送到學生手機，并自動進行任務提醒;課堂上實時答題、彈幕互動，師生及時溝通，教師可以獲得完整和詳細的教學資源點擊率、測試成績分析報表，便于及時調整教學方式與安排。

（三）單片機圖形可視化自主程序生成平臺的使用

教師講授案例及學生進行項目設計時，使用圖形化模塊，選擇確定要生成的程序功能細節，根據個人需要設置生成程序框架，輔助學生編程練習，訓練學生編程基本功，使單片機的編程開發變得更加普及。

（四）虛擬仿真技術的使用

單片機應用系統設計教學時引入Proteus虛擬仿真軟件，從原理圖設計布圖、程序代碼調試到單片機最小系統與外圍電路的協同仿真，既可以驗證程序設計的準確度，又可以作為師生互動的重要手段，輔助教與學的進行。

五、師資及條件保障

（一）教學梯隊

課程主講教學團隊由具有一定學術造詣、豐富課堂授課經驗和豐富實踐經驗的教師組成，按照學生比例配備一定的輔導及實驗老師，并聘請企業優秀技術人員兼職指導學生創新項目。

（二）能力建設

通過開發/合作項目、參與/指導競賽等方式，提高教師的實際應用能力，培養實踐教學能力;通過課程建設，引導教師發揮主觀能動性，積極參與教學改革與創新。

新工科時代要培養更多的復合型工程科技人才。對于高職層次的教育教學，更應該傾向于培養學生快速學習新事物的能力。信息化技術在課程教學中的應用，學習時間和場所從課堂和教室轉移為隨時隨地，學習的目的更明確，學習的步驟更清晰，大大提高了學生的學習主動性，學習能力和職業能力得到了鍛煉，取得了較好的學習效果。

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（責編 丁 夢）