應(yīng)用場景式教學(xué)法在高職單片機(jī)課程中的實(shí)踐研究

蔣勤　李夢　李亞妹

關(guān)鍵詞：高職院校；單片機(jī)技術(shù)課程；項(xiàng)目化教學(xué)；實(shí)例化教學(xué)

中圖法分類號： G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1009-3044（2024）03-0136-03

0 引言

單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)是電子、電氣、自動化及智能控制領(lǐng)域相關(guān)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(shù)、傳感器測量技術(shù)以及C語言程序設(shè)計(jì)等多個學(xué)科，具有很強(qiáng)的綜合性和實(shí)踐性。本課程以應(yīng)用經(jīng)典的51系列單片機(jī)為核心，學(xué)生通過學(xué)習(xí)單片機(jī)的基本結(jié)構(gòu)、指令系統(tǒng)、存儲結(jié)構(gòu)及輸入輸出接口電路、中斷系統(tǒng)、系統(tǒng)擴(kuò)展方面知識，培養(yǎng)電路設(shè)計(jì)能力、控制程序編寫能力、系統(tǒng)調(diào)試能力、激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維、培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造能力。通過本課程的學(xué)習(xí)，為將來從事智能制造、智能裝備、智能機(jī)器人等相關(guān)設(shè)計(jì)、研發(fā)與調(diào)試維護(hù)奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

為了實(shí)現(xiàn)“知識+技能”的育人目標(biāo)，許多高職院校都在致力于探索更有效的教學(xué)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(xiàng)目驅(qū)動[3]等教學(xué)改革方法。項(xiàng)目驅(qū)動化教學(xué)[4]將理論知識和能力目標(biāo)相融合，將教學(xué)內(nèi)容分解為一系列任務(wù)引導(dǎo)學(xué)生在“學(xué)中做”“做中學(xué)”，具有較強(qiáng)的可操作性、普適性。盡管單片機(jī)項(xiàng)目化教學(xué)模式已漸趨完善，但在課程實(shí)施過程中仍存在不少問題，譬如，實(shí)訓(xùn)任務(wù)分散導(dǎo)致理論知識不具連續(xù)性，學(xué)生前導(dǎo)基礎(chǔ)積累的差異導(dǎo)致教學(xué)效果不佳，與傳感器、電氣、電子等課程的聯(lián)動不足，導(dǎo)致學(xué)生在后續(xù)的綜合設(shè)計(jì)中無法更好地學(xué)以致用。針對單片機(jī)課程教學(xué)中存在的問題，本文提出基于崗位應(yīng)用場景的教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)方案?；趯I(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)，在分析專業(yè)崗位能力的基礎(chǔ)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(xué)計(jì)劃，并通過分解真實(shí)的智能產(chǎn)品的功能來設(shè)計(jì)項(xiàng)目及其對應(yīng)的實(shí)訓(xùn)任務(wù)，在增加項(xiàng)目間的關(guān)聯(lián)性和實(shí)用性的同時(shí)提高項(xiàng)目化教學(xué)的效果。

1 教學(xué)現(xiàn)狀

1.1 實(shí)訓(xùn)任務(wù)間的關(guān)聯(lián)度低

目前，根據(jù)項(xiàng)目化教學(xué)方案，單片機(jī)課程內(nèi)容按其內(nèi)部結(jié)構(gòu)細(xì)分為若干個項(xiàng)目，并分別設(shè)置相應(yīng)的實(shí)踐任務(wù)使理論教學(xué)與實(shí)踐相結(jié)合?？偨Y(jié)各高職院校單片機(jī)課程的標(biāo)準(zhǔn)[5-7]，典型的任務(wù)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(diǎn)陣顯示、字符型LCD顯示、簡易電子琴、秒表設(shè)計(jì)等。然而，實(shí)驗(yàn)任務(wù)只針對具體的知識點(diǎn)，以鞏固理論知識為重點(diǎn)，使得案例過于分散，各實(shí)訓(xùn)任務(wù)的關(guān)聯(lián)程度較低，出現(xiàn)知識斷檔的現(xiàn)象。

1.2 學(xué)生前導(dǎo)知識的積累不同

單片機(jī)課程的實(shí)驗(yàn)任務(wù)是對模擬電路、數(shù)字電路、傳感器技術(shù)以及C語言程序的綜合應(yīng)用，不僅檢驗(yàn)學(xué)生基本的電路設(shè)計(jì)和C語言編程能力，同時(shí)挑戰(zhàn)了知識的遷移能力。因而，學(xué)生前導(dǎo)知識積累的差異必將導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果參差不齊。此外，前導(dǎo)知識的差異也會影響學(xué)生對課堂的參與度。

1.3 考核方式較為片面

目前單片機(jī)課程的考核內(nèi)容包括期末考試、任務(wù)實(shí)踐以及課堂表現(xiàn)，其中期末考試側(cè)重對知識點(diǎn)的記憶，任務(wù)考核以學(xué)生對實(shí)驗(yàn)的完成度作為依據(jù)。然而，僅以完成度作為評價(jià)指標(biāo)，容易打消部分基礎(chǔ)較差的學(xué)生的積極性，并且隨著課堂的深入喪失學(xué)習(xí)的興趣。另外實(shí)訓(xùn)過程缺少有力的監(jiān)督和反饋導(dǎo)致學(xué)生參與的積極性降低。

2 教學(xué)改革方案

2.1 教學(xué)設(shè)計(jì)方案

在課程建設(shè)中，通過調(diào)研單片機(jī)技術(shù)在相關(guān)專業(yè)領(lǐng)域及就業(yè)崗位的應(yīng)用場景，將教學(xué)內(nèi)容與實(shí)際工作場景、崗位要求緊密關(guān)聯(lián)，以課程教學(xué)大綱為紐帶，設(shè)計(jì)可實(shí)施的教學(xué)方案，促使學(xué)生通過實(shí)踐動手提升專業(yè)技能和職業(yè)素養(yǎng)。在課程教學(xué)設(shè)計(jì)上，構(gòu)建“專業(yè)—課程—教學(xué)內(nèi)容—綜合能力”的鏈?zhǔn)秸n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(jī)應(yīng)用技術(shù)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(gòu)架如圖1所示。首先從專業(yè)層面上分析專業(yè)群服務(wù)的特定職業(yè)崗位，以崗位需求構(gòu)建與專業(yè)群相適配的專業(yè)課程；在課程設(shè)計(jì)上，強(qiáng)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(diǎn)內(nèi)化為技能。在教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)中，基于典型的工作過程來設(shè)計(jì)和開發(fā)學(xué)習(xí)情境，以學(xué)習(xí)情境為教學(xué)單元組織課程教學(xué)，使學(xué)生在完成各項(xiàng)任務(wù)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(shí)工作過程“脈搏監(jiān)護(hù)儀”設(shè)計(jì)的課程教學(xué)內(nèi)容及實(shí)訓(xùn)任務(wù)。首先從宏觀上將產(chǎn)品功能與教學(xué)內(nèi)容形成映射，通過對產(chǎn)品方案進(jìn)行功能分解，提取工作任務(wù)并分析所涉及的相關(guān)知識；然后將產(chǎn)品功能細(xì)分為教學(xué)任務(wù)，并根據(jù)單片機(jī)課程的知識目標(biāo)設(shè)計(jì)一系列學(xué)習(xí)情境；最后以學(xué)習(xí)情境為教學(xué)單元組織課堂教學(xué)，使得每一個學(xué)習(xí)情境的實(shí)施都對應(yīng)一個實(shí)際的工作過程?；谡鎸?shí)案例的項(xiàng)目化教學(xué)用真實(shí)案例對抽象的理論知識具象化，增加教學(xué)模塊間的邏輯性的同時(shí)，也使學(xué)生更直觀、系統(tǒng)地理解實(shí)訓(xùn)任務(wù)。

2.2 課程組織實(shí)施策略

基于真實(shí)案例的單片機(jī)課程教學(xué)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(shí)際相結(jié)合的方式，配合設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)情境，使學(xué)生在理論與實(shí)際的聯(lián)系中理解和掌握知識，并通過教學(xué)實(shí)踐培養(yǎng)運(yùn)用知識的能力。在課程實(shí)施中，靈活運(yùn)用理論教學(xué)、課堂討論、自主探索、實(shí)踐、答疑等教學(xué)方法以及KEIL、Proteus仿真平臺和單片機(jī)實(shí)驗(yàn)箱等工具進(jìn)行教學(xué)，充分發(fā)揮“以教師為主導(dǎo)，以學(xué)生為主體”教學(xué)理念。課程實(shí)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(shí)物展示等教學(xué)手段，引入課程主題，使學(xué)生對即將學(xué)習(xí)的理論知識有一個直觀感性的認(rèn)識，激發(fā)學(xué)習(xí)的主動性。

2） 理論知識：以教師教授和演示為主，適當(dāng)互動問答，旨在使得學(xué)生掌握任務(wù)涉及的理論知識以及進(jìn)行應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)和開發(fā)的原理和方法。

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

4） 實(shí)驗(yàn)實(shí)踐：通過小組協(xié)作的形式，完成實(shí)訓(xùn)任務(wù)，鍛煉學(xué)生的動手能力，啟迪創(chuàng)新意識，培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神以及綜合應(yīng)用單片機(jī)解決實(shí)際問題的能力。

5） 總結(jié)答疑：針對課程的重難點(diǎn)和實(shí)訓(xùn)中出現(xiàn)的問題，鼓勵學(xué)生經(jīng)驗(yàn)分享，教師有針對性地進(jìn)行答疑。

2.3 過程化評價(jià)方式

單片機(jī)技術(shù)課程既培養(yǎng)學(xué)生單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、編程和調(diào)試的專業(yè)能力，又培養(yǎng)自主學(xué)習(xí)、科學(xué)解決實(shí)際問題的職業(yè)能力。相應(yīng)地，提出一種多元性的考核方式，對學(xué)生的學(xué)習(xí)情況進(jìn)行綜合性評價(jià)。課程的考核方式及評分標(biāo)準(zhǔn)見表2，結(jié)果評價(jià)是一種客觀的評價(jià)，以期中和期末的理論測試為主，同時(shí)對學(xué)生的考勤率及課堂發(fā)言進(jìn)行考評；過程評價(jià)占總成績的70%，考核學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題及解決問題的基礎(chǔ)能力；綜合評價(jià)用于鼓勵學(xué)生的創(chuàng)造及探索性思維。

實(shí)訓(xùn)采用分組形式（如兩人為一組）互相協(xié)作，并根據(jù)學(xué)生的電路和編程基礎(chǔ)能力進(jìn)行分組，以強(qiáng)帶弱兼顧基礎(chǔ)積累較弱的學(xué)生，同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生的協(xié)作能力。為了對實(shí)訓(xùn)過程進(jìn)行評價(jià)，設(shè)計(jì)了一份實(shí)驗(yàn)報(bào)告內(nèi)容主要包括：設(shè)計(jì)方案（15%） 、實(shí)訓(xùn)過程（55%） 、實(shí)訓(xùn)結(jié)果（20%） 及課業(yè)拓展（10%） 。設(shè)計(jì)方案考查學(xué)生對任務(wù)相關(guān)理論知識的應(yīng)用能力；實(shí)訓(xùn)過程記錄軟件流程圖、硬件電路以及實(shí)訓(xùn)過程中遇到的問題及方案嘗試，考查學(xué)生發(fā)現(xiàn)并解決問題的能力；實(shí)訓(xùn)結(jié)果為提交報(bào)告時(shí)的最終代碼和Proteus仿真截圖；實(shí)訓(xùn)拓展可以是對當(dāng)前任務(wù)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(xué)習(xí)的精神。實(shí)訓(xùn)中，學(xué)生既要對任務(wù)進(jìn)行實(shí)踐，又要對實(shí)訓(xùn)過程和結(jié)果進(jìn)行記錄，教師則根據(jù)學(xué)生實(shí)訓(xùn)中的問題進(jìn)行針對性的答疑。實(shí)驗(yàn)報(bào)告不僅有利于學(xué)生對實(shí)訓(xùn)過程進(jìn)行反思和總結(jié)，也有利于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。

3 教學(xué)改革成效

基于實(shí)例化的課程設(shè)計(jì)方案，團(tuán)隊(duì)從項(xiàng)目設(shè)計(jì)、教學(xué)方法以及評價(jià)方式三方面進(jìn)行了改革，并在重慶電子工程職業(yè)學(xué)院2021級智能醫(yī)療裝備技術(shù)專業(yè)三個班級共126名學(xué)生中，進(jìn)行了一學(xué)期（2022至2023 上學(xué)年）的教學(xué)實(shí)踐。為了調(diào)查學(xué)生對單片機(jī)課程的課堂參與度、團(tuán)隊(duì)協(xié)作以及創(chuàng)造思維能力，在重慶電子工程職業(yè)學(xué)院智慧健康學(xué)院2020級與2021級單片機(jī)教學(xué)班級中開展了關(guān)于“單片機(jī)課堂教學(xué)成效”的互評和自評，計(jì)算互評和自評的均值作為三項(xiàng)指標(biāo)的得分。圖2統(tǒng)計(jì)了2020級與2021級的班級在課堂參與度、團(tuán)隊(duì)協(xié)作、創(chuàng)造思維、隨堂實(shí)訓(xùn)、綜合實(shí)訓(xùn)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(jié)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(xué)生參與電子類競賽的積極性也空前活躍，2022至2023學(xué)年報(bào)名全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)大賽和合泰杯單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)競賽的人數(shù)為32人，較往年的參與率提升30.23%。以上結(jié)果表明，提出的項(xiàng)目化教學(xué)方式對提升單片機(jī)課程的教學(xué)效率、培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)造思維起到了一定的提升作用。

4 結(jié)論

本文通過分析當(dāng)前單片機(jī)課程的教學(xué)現(xiàn)狀發(fā)現(xiàn)由于實(shí)訓(xùn)任務(wù)分散和學(xué)生基礎(chǔ)積累的參差導(dǎo)致項(xiàng)目化教學(xué)的效果不佳。針對這些問題，作者提出基于真實(shí)應(yīng)用場景的項(xiàng)目化設(shè)計(jì)方案，用真實(shí)電子產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過程將課程內(nèi)容串聯(lián)起來，采用實(shí)訓(xùn)過程評價(jià)對學(xué)生發(fā)現(xiàn)、解決問題的過程進(jìn)行考核，并在教學(xué)實(shí)踐中證明了本改進(jìn)方案的可行性和有效性。

【通聯(lián)編輯：梁書】