基于職業(yè)院校教學(xué)能力比賽的單片機(jī)技術(shù)課程教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)施

作為2023年廣東省職業(yè)院校技能大賽教學(xué)能力比賽一等獎(jiǎng)作品，學(xué)?！癓ED數(shù)字時(shí)鐘安裝與編程控制” 以LED數(shù)字時(shí)鐘為載體，學(xué)生分步學(xué)習(xí)安裝與編程控制相關(guān)知識(shí)，逐步完成LED數(shù)字時(shí)鐘整體功能。該項(xiàng)目以培養(yǎng)懂原理、會(huì)編程、有科技?jí)粝氲臅r(shí)代青年為教育主線，借助國(guó)家智慧教育、超星等平臺(tái)，開(kāi)發(fā)新型活頁(yè)式教材對(duì)接行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，以學(xué)生為中心，采用“三學(xué)七步雙循環(huán)”線上線下混合式教學(xué)模式，有機(jī)融入思政元素，運(yùn)用自主研發(fā)軟件、可視化評(píng)價(jià)系統(tǒng)，開(kāi)展理實(shí)一體化教學(xué)。

一、教學(xué)整體設(shè)計(jì)

（一）崗課賽證融通，重構(gòu)教學(xué)內(nèi)容

基于C語(yǔ)言程序調(diào)試員等崗位能力需求，緊扣電子技術(shù)應(yīng)用專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)，依據(jù)單片機(jī)技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)標(biāo)電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)與應(yīng)用技能賽項(xiàng)，結(jié)合1+X單片機(jī)應(yīng)用與開(kāi)發(fā)考證要求，對(duì)接行業(yè)新方法（研發(fā)仿真軟件）、新技術(shù)（人工智能技術(shù)AI編程）、新工藝（3D打印時(shí)鐘外殼）的使用，以及新標(biāo)準(zhǔn)（電子產(chǎn)品新版國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GD4943.1-2022）的落實(shí)，重構(gòu)教學(xué)內(nèi)容，將單片機(jī)技術(shù)課程重構(gòu)為四個(gè)模塊共十個(gè)項(xiàng)目，作品教學(xué)內(nèi)容選取項(xiàng)目三，共八個(gè)任務(wù)。

（二）多方數(shù)據(jù)收集，精準(zhǔn)分析學(xué)情

授課對(duì)象是電子技術(shù)應(yīng)用專業(yè)21級(jí)學(xué)生，通過(guò)問(wèn)卷星、UMU等平臺(tái)收集數(shù)據(jù)了解學(xué)生學(xué)情。

知識(shí)和技能基礎(chǔ)：通過(guò)前期學(xué)習(xí)，77%的學(xué)生較好掌握了模擬、數(shù)字電路基礎(chǔ)知識(shí)；91%的學(xué)生了解單片機(jī)最小系統(tǒng)工作原理及C語(yǔ)言程序簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)；70%的學(xué)生能掌握基本專業(yè)技能。

認(rèn)知和實(shí)踐能力：72%的學(xué)生能獨(dú)立獲取、簡(jiǎn)單處理相關(guān)信息；但43%的學(xué)生缺少獨(dú)立解決實(shí)際問(wèn)題的綜合能力。

學(xué)習(xí)特點(diǎn)：100%的學(xué)生對(duì)智能化電子產(chǎn)品感興趣，思維活躍，喜歡借助信息化手段學(xué)習(xí)，但50%的學(xué)生安全規(guī)范、勞動(dòng)意識(shí)、創(chuàng)新意識(shí)等與行業(yè)要求有差距；46%的學(xué)生理論學(xué)習(xí)的自信心不足。

（三）依目標(biāo)定重點(diǎn)，據(jù)學(xué)情定難點(diǎn)

根據(jù)電子技術(shù)應(yīng)用專業(yè)人才培養(yǎng)方案和單片機(jī)技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)，以立德樹(shù)人為根本任務(wù)，以培養(yǎng)學(xué)生良好職業(yè)素養(yǎng)為導(dǎo)向，結(jié)合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，確定教學(xué)目標(biāo)；基于教學(xué)目標(biāo)和學(xué)情分析數(shù)據(jù)，確定重難點(diǎn)并制定教學(xué)策略。

1.知識(shí)目標(biāo)

理解51單片機(jī)C語(yǔ)言語(yǔ)句結(jié)構(gòu)、控制原理及參數(shù)設(shè)置；熟悉LED數(shù)字時(shí)鐘八個(gè)任務(wù)功能的編程流程。

2.能力目標(biāo)

能正確規(guī)范安裝LED數(shù)字時(shí)鐘電路；能熟練調(diào)用、編寫程序，實(shí)現(xiàn)LED數(shù)字時(shí)鐘相應(yīng)功能；能正確分析問(wèn)題，解決編程調(diào)試的實(shí)際問(wèn)題。

3.素質(zhì)目標(biāo)

通過(guò)安全規(guī)范操作，學(xué)生養(yǎng)成良好的職業(yè)素養(yǎng)；通過(guò)利用人工智能等信息技術(shù)，學(xué)生形成良好的數(shù)字素養(yǎng)和持續(xù)學(xué)習(xí)、自我提升的習(xí)慣；通過(guò)嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致的編程、科技創(chuàng)新制作等，學(xué)生具有精益求精的工匠精神，樹(shù)立科技興國(guó)的夢(mèng)想。基于教學(xué)目標(biāo)、結(jié)合實(shí)際學(xué)情，確立“LED數(shù)字時(shí)鐘安裝與編程控制”項(xiàng)目的教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)。

4.教學(xué)重點(diǎn)

正確安裝LED數(shù)字時(shí)鐘電路（采用高清投屏、交互3D動(dòng)畫等手段操作演示），編寫單片機(jī)C語(yǔ)言程序并調(diào)試電路（自研軟件、AI編程助手、調(diào)用模塊程序等教學(xué)）。

5.教學(xué)難點(diǎn)

理解程序代碼的組成、程序執(zhí)行的流程（自研軟件演示代碼來(lái)源、程序執(zhí)行流程），編寫最優(yōu)化程序及解決實(shí)際問(wèn)題（開(kāi)發(fā)仿真軟件，圖形模塊化編程輔助教學(xué)）。

（四）以學(xué)生為中心，制定教學(xué)策略

1.教學(xué)理念

以學(xué)生為中心，堅(jiān)持立德樹(shù)人，采用“三學(xué)七步雙循環(huán)”線上線下混合式教學(xué)模式和任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)法，在“做中學(xué)，做中教”，開(kāi)展理實(shí)一體化教學(xué)。在教學(xué)過(guò)程中，以“思政一主線，育人四融合”的形式進(jìn)行思政教育。

2.教學(xué)方法

教法：以任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)法為主，結(jié)合情境教學(xué)法等開(kāi)展任務(wù)式教學(xué)。

學(xué)法：以自主學(xué)習(xí)法、合作探究法為主，開(kāi)展課前課后自主學(xué)習(xí)和課中合作學(xué)習(xí)。

3.教學(xué)資源與手段

平臺(tái)資源：利用智慧職教、學(xué)習(xí)強(qiáng)國(guó)等平臺(tái)的優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源拓展知識(shí)面；借助超星、問(wèn)卷星、實(shí)時(shí)可視化系統(tǒng)等平臺(tái)輔助教學(xué)，并收集學(xué)情與評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)、呈現(xiàn)可視化圖表輔助教學(xué)。

信息化手段：自主開(kāi)發(fā)運(yùn)用九款軟件（仿真萬(wàn)用表、交互3D動(dòng)畫、在線測(cè)試軟件等）、人工智能（國(guó)產(chǎn)AI編程助手、AI思維導(dǎo)圖等）、全息技術(shù)、VR虛擬現(xiàn)實(shí)、圖形化編程等信息化手段，突出教學(xué)重點(diǎn)，解決教學(xué)難點(diǎn)。

拓展資源：深度挖掘校外資源，與企業(yè)合作，邀請(qǐng)企業(yè)導(dǎo)師參與教學(xué)，設(shè)立企業(yè)獎(jiǎng)學(xué)金（學(xué)科技能競(jìng)賽獎(jiǎng)、科技創(chuàng)新比賽獎(jiǎng)），通過(guò)開(kāi)展社群志愿服務(wù)等拓展教學(xué)資源。

（五）關(guān)注育人成效，開(kāi)展綜合評(píng)價(jià)

為檢驗(yàn)學(xué)生學(xué)習(xí)效果和育人成效，通過(guò)課前、課中和課后三個(gè)階段，采用師評(píng)、互評(píng)、自評(píng)、企業(yè)導(dǎo)師評(píng)等多主體、多維度的評(píng)價(jià)方式，進(jìn)行診斷性、過(guò)程性、總結(jié)性、發(fā)展性綜合評(píng)價(jià)；運(yùn)用實(shí)時(shí)可視化系統(tǒng)直觀呈現(xiàn)評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)圖表，為增值評(píng)價(jià)提供數(shù)據(jù)依據(jù)和支撐。

二、教學(xué)實(shí)施過(guò)程

（一）任務(wù)驅(qū)動(dòng)承載科技?jí)?，開(kāi)展理實(shí)一體化教學(xué)

“LED數(shù)字時(shí)鐘安裝與編程控制”項(xiàng)目共16學(xué)時(shí)，分解為八個(gè)能力遞進(jìn)的子任務(wù)，每個(gè)子任務(wù)包括電路安裝和編程調(diào)試，采用“三學(xué)七步雙循環(huán)”線上線下混合式教學(xué)模式開(kāi)展教學(xué)。

以培育青年科技?jí)粝霝樗颊骶€，將安全規(guī)范、創(chuàng)新意識(shí)、科學(xué)精神、愛(ài)國(guó)情懷、責(zé)任擔(dān)當(dāng)?shù)人颊赜袡C(jī)融入教學(xué)環(huán)境、教學(xué)環(huán)節(jié)、教學(xué)內(nèi)容和課外活動(dòng)。

三學(xué)：課前導(dǎo)學(xué)、課中教學(xué)和課后促學(xué)。

七步：課中教學(xué)包括七個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)，分別為析任務(wù)、識(shí)元件、裝電路、檢電路、編程序、調(diào)電路、評(píng)效果。

雙循環(huán)：安裝電路與檢查電路循環(huán)、編寫程序與調(diào)試電路循環(huán)。

通過(guò)研發(fā)仿真軟件以及各種信息化手段，突出教學(xué)重點(diǎn)，解決教學(xué)難點(diǎn)，理實(shí)一體化教學(xué)，逐步完成八個(gè)子任務(wù)，最終實(shí)現(xiàn)LED數(shù)字時(shí)鐘項(xiàng)目的整體制作。

（二）編程七步雙循環(huán)，呈現(xiàn)典型活動(dòng)過(guò)程

1.課前導(dǎo)學(xué)，任務(wù)預(yù)習(xí)

以任務(wù)二——LED燈電路安裝編程調(diào)試為例，通過(guò)超星平臺(tái)發(fā)布LED燈安裝與編程調(diào)試任務(wù)，借助智慧職教等平臺(tái)，讓學(xué)生自主預(yù)習(xí)LED燈安裝規(guī)程、控制原理等，并完成課前任務(wù)與測(cè)試，根據(jù)課前數(shù)據(jù)分析，確定教學(xué)難點(diǎn)及制定教學(xué)策略。

2.課中教學(xué)，突重破難

根據(jù)“七步雙循環(huán)”教學(xué)環(huán)節(jié)實(shí)施課中教學(xué)，具體包括以下幾部分。

析任務(wù)：創(chuàng)設(shè)情境導(dǎo)入安裝LED燈以及編程任務(wù)，通過(guò)分組討論分析任務(wù)，制定任務(wù)實(shí)施方案及步驟，培養(yǎng)學(xué)生在整體實(shí)施任務(wù)前做好規(guī)劃準(zhǔn)備的工程思維。

識(shí)元件：識(shí)別LED燈的質(zhì)量、引腳極性判別等，為安裝電路做準(zhǔn)備；利用AR元器件模型技術(shù)、仿真萬(wàn)用表等介紹元器件的結(jié)構(gòu)及識(shí)別要求，培養(yǎng)學(xué)生質(zhì)量意識(shí)。

裝電路：按照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)以及考證要求安裝LED燈電路；利用交互3D動(dòng)畫、AR元器件模型技術(shù)、高清投屏等信息化手段示范操作，講解安裝規(guī)范，培養(yǎng)學(xué)生規(guī)范意識(shí)和職業(yè)標(biāo)準(zhǔn)意識(shí)，突出教學(xué)重點(diǎn)。

檢電路：對(duì)電路進(jìn)行工藝檢查及功能測(cè)試。通過(guò)微課、仿真萬(wàn)用表、高清投屏等手段對(duì)電路故障進(jìn)行檢測(cè)與排查，突破教學(xué)難點(diǎn)。

編程序：調(diào)用例程或編寫程序。利用VR設(shè)備線上云游參觀科技館展覽，引入國(guó)產(chǎn)單片機(jī)芯片實(shí)現(xiàn)LED燈流水效果任務(wù)；利用仿真軟件、交互3D動(dòng)畫、圖形化編程、人工智能AI編程突破編程教學(xué)難點(diǎn)，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致的學(xué)習(xí)態(tài)度。

調(diào)電路：將程序下載到單片機(jī)調(diào)試LED燈流水效果。利用仿真軟件、虛實(shí)結(jié)合萬(wàn)用表、高清投屏等手段，展示電路調(diào)試過(guò)程，突出教學(xué)重點(diǎn)，培養(yǎng)學(xué)生安全意識(shí)、科學(xué)精神。

評(píng)效果：展示電路功能效果并評(píng)價(jià)，通過(guò)實(shí)時(shí)可視化系統(tǒng)呈現(xiàn)可視化評(píng)價(jià)圖表，反饋教學(xué)效果。

3.課后促學(xué)，任務(wù)拓展

課后拓展任務(wù)，包括課后作業(yè)、興趣小組、技能培訓(xùn)、參加社區(qū)志愿服務(wù)、科技制作與專業(yè)技能競(jìng)賽等活動(dòng)，讓學(xué)生鞏固專業(yè)知識(shí)、拓展專業(yè)技能與提升綜合素質(zhì)。

（三）實(shí)時(shí)可視化評(píng)價(jià)系統(tǒng)，多元多維綜合評(píng)價(jià)

將課前導(dǎo)學(xué)評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)、課中多元化主體評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)、課后拓展任務(wù)完成情況數(shù)據(jù)導(dǎo)入可視化系統(tǒng)，自動(dòng)生成能體現(xiàn)班級(jí)、小組、個(gè)人多維度的可視化評(píng)價(jià)圖表，直觀精準(zhǔn)分析和評(píng)價(jià)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果；通過(guò)課內(nèi)課外評(píng)價(jià)，檢驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)達(dá)成情況，同時(shí)呈現(xiàn)學(xué)生評(píng)價(jià)的增值過(guò)程。

三、學(xué)生學(xué)習(xí)效果

（一）自研軟件突重破難，高效達(dá)成教學(xué)目標(biāo)

通過(guò)開(kāi)展理實(shí)一體化教學(xué)，自研輔助教學(xué)軟件，突出教學(xué)重點(diǎn)，突破教學(xué)難點(diǎn)；利用自主研發(fā)軟件（在線測(cè)試軟件）進(jìn)行知識(shí)測(cè)驗(yàn)，數(shù)據(jù)顯示全部學(xué)生達(dá)到了項(xiàng)目所要求的知識(shí)水平。

3D動(dòng)畫等軟件輔助電路安裝，LED燈仿真軟件等輔助編程調(diào)試，全部學(xué)生順利完成LED數(shù)字時(shí)鐘電路制作，并根據(jù)評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)，學(xué)生達(dá)到了本項(xiàng)目的技能要求。

德技并修，課堂教學(xué)融入思政元素，可視化系統(tǒng)圖表反映學(xué)生的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)意識(shí)、安全意識(shí)、規(guī)范意識(shí)、勞動(dòng)意識(shí)和工程思維等得到強(qiáng)化，學(xué)生素質(zhì)得到明顯提高。

（二）合作企業(yè)認(rèn)可作品，實(shí)現(xiàn)作品轉(zhuǎn)化產(chǎn)品

學(xué)生實(shí)訓(xùn)作品具備產(chǎn)品的工藝與功能要求，通過(guò)拓展作品功能，對(duì)接電子產(chǎn)品新版國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GB 4943.1-2022），增加了具有電路保護(hù)功能的可充電鋰電池供電，設(shè)計(jì)并利用3D打印制作出多款外殼，作品得到合作企業(yè)的高度評(píng)價(jià)與認(rèn)可。

（三）課內(nèi)課外有效銜接，提升學(xué)生綜合素質(zhì)

課內(nèi)學(xué)知識(shí)、練技能、強(qiáng)意識(shí)；課外鞏固知識(shí)、拓展技能、提升素質(zhì)。學(xué)生積極參加各類實(shí)踐活動(dòng)，對(duì)學(xué)科技能競(jìng)賽榮獲企業(yè)獎(jiǎng)學(xué)金、職業(yè)院校技能大賽電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)與應(yīng)用技能大賽獲獎(jiǎng)起到積極作用。通過(guò)課內(nèi)課外有效銜接，學(xué)校、企業(yè)和社會(huì)等多方協(xié)同合作，達(dá)到全員、全方位、全過(guò)程育人，學(xué)生綜合素質(zhì)明顯提升。

四、反思及改進(jìn)措施

（一）特色與創(chuàng)新

1.育人四融合，共筑青年科技?jí)粝?/p>

以育時(shí)代青年、筑科技?jí)粝霝樗颊骶€，將思政元素有機(jī)融入教學(xué)環(huán)境、教學(xué)環(huán)節(jié)、教學(xué)內(nèi)容和課外活動(dòng)中。學(xué)生對(duì)科技制作興趣高漲，通過(guò)課外科技作品創(chuàng)作，參加省市級(jí)青少年科技創(chuàng)新比賽獲獎(jiǎng)，助力青少年愛(ài)國(guó)立志，共筑青少年科技?jí)粝搿?/p>

2.工作室引領(lǐng)，推進(jìn)“三教”改革

校企合作平臺(tái)共同開(kāi)發(fā)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，開(kāi)發(fā)輔助教學(xué)軟件，賦能教師，提高團(tuán)隊(duì)教師專業(yè)水平；校企合作共同開(kāi)發(fā)了配套的新型活頁(yè)式教材；融合信息技術(shù)，利用人工智能AI編程改變教學(xué)方式，推動(dòng)課堂革命，助力高效課堂教學(xué)。

3.數(shù)字化改造，提升師生數(shù)字素養(yǎng)

教師根據(jù)教學(xué)需要研發(fā)九款輔助教學(xué)軟件，并向國(guó)家版權(quán)局申請(qǐng)了軟件著作權(quán)，教師研發(fā)能力得到提升，改變傳統(tǒng)教學(xué)方式，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化升級(jí)改造，有效突出重點(diǎn)突破難點(diǎn)，提高師生對(duì)數(shù)字資源的獲取、制作、使用等數(shù)字素養(yǎng)能力。

4.可視化評(píng)價(jià)，改進(jìn)評(píng)價(jià)呈現(xiàn)方式

針對(duì)常規(guī)評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)不夠直觀，教師自主設(shè)計(jì)搭建實(shí)時(shí)可視化評(píng)價(jià)系統(tǒng)界面，將數(shù)據(jù)及時(shí)導(dǎo)入可視化評(píng)價(jià)系統(tǒng)，打破各平臺(tái)數(shù)據(jù)壁壘，服務(wù)個(gè)性化教學(xué)需求；通過(guò)改進(jìn)評(píng)價(jià)呈現(xiàn)方式，提高評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)的直觀性，提高教學(xué)效率。

（二）不足與改進(jìn)措施

1.不足

個(gè)別學(xué)生因數(shù)學(xué)基礎(chǔ)與抽象思維存在差異，在語(yǔ)言的學(xué)習(xí)和編程思路設(shè)計(jì)方面存在一定難度；從教學(xué)設(shè)計(jì)到教學(xué)實(shí)施過(guò)程，如何將教育理論更好地落實(shí)到教學(xué)實(shí)踐中，還有待進(jìn)一步加強(qiáng)。

2.改進(jìn)措施

在以后的教學(xué)中，教師應(yīng)課前準(zhǔn)備相關(guān)資料讓學(xué)習(xí)有困難的學(xué)生提前自學(xué)，課中重點(diǎn)指導(dǎo)并分層教學(xué)，課后加強(qiáng)基礎(chǔ)知識(shí)的學(xué)習(xí)和抽象思維的訓(xùn)練；教師應(yīng)不斷加強(qiáng)理論學(xué)習(xí)，同時(shí)向有經(jīng)驗(yàn)的名教師學(xué)習(xí)并積極參加各類比賽，不斷提高實(shí)踐能力。

五、結(jié)束語(yǔ)

以“LED數(shù)字時(shí)鐘安裝與編程控制”作品為例的教學(xué)設(shè)計(jì)，以項(xiàng)目為載體，在教學(xué)過(guò)程中運(yùn)用多種豐富的信息化手段突破重難點(diǎn)，可以有效解決學(xué)生理解難的問(wèn)題，同時(shí)激發(fā)學(xué)生對(duì)單片機(jī)編程學(xué)習(xí)的興趣。以LED數(shù)字時(shí)鐘制作為例，采用“三學(xué)七步雙循環(huán)”線上線下混合式教學(xué)模式開(kāi)展教學(xué)，逐層遞進(jìn)，從任務(wù)一到任務(wù)八，逐步實(shí)現(xiàn)LED數(shù)字時(shí)鐘的整體功能，學(xué)生掌握專業(yè)技能，成長(zhǎng)為社會(huì)需要的技術(shù)技能型人才。

責(zé)任編輯 陳春陽(yáng)