在單片機課活動中對學生進行創新技法訓練活動方案

　　一、活動背景
　　
　　《中共中央、國務院關于加強科學技術普及工作的若干意見》中指出：“從科普工作的內容上講，要從科學知識、科學方法和科學思想的教育普及三個方面推進科普工作”。本活動方案突出了在日常的科技創新活動過程中對學生進行科學思維方法的訓練和創新技法的訓練。
　　普通職業高中學校的學生，在當前的“應試教育”模式下，由于學習成績差長期遭受老師、家長的譴責，普遍存在著自卑、不自信、失落、為難等情緒以及心理脆弱、易受挫折等特點。針對這一心理特征，我在活動方案中以情境性為原則，從培養學生的情商人手，一步步幫助學生樹立信心、勇氣。逐步消除學生的心理障礙。把困難看成挑戰、把克服困難看成樂趣，使學生樂于參加創新實驗制作活動。體驗成功喜悅，引導學生對周圍事物的興趣，使學生初步學會去觀察。去發現、去提出問題、分析解決問題的技能。
　　職業教育以實踐為基礎，以就業為導向，重在培養學生的創新精神、技術知識和實踐能力。我在活動方案中，在科技活動中利用行為導向教學法中的項目教學法，通過學習、練習、應用一些創新技法訓練，結合課改走出了一條將單片機課堂教學和課外科技創新相結合的模式。把課堂知識擴展、延伸到課外，形成課堂學習知識，課外應用知識。以科技創新為平臺，學生們通過在完成科技創新作品項目中一個個任務中，學習、掌握了創新技法，培養了專業技能，鍛煉了創新能力，為社會提供了優秀的中等技術人才。
　　
　　二、活動目標
　　
　　1.知識目標
　　學生通過參加方案中的科技活動.進一步理解單片機控制的工作原理、步驟、方法和過程。初步掌握了單片機傳感器電路模塊、執行機構電路模塊的工作原理。學會了編寫簡單的匯編控制程序。學會了使用一些創新技法。
　　
　　2.能力目標
　　(1)通過創新技法的訓練，鍛煉了學生的創新手段、方法和創新思路。
　　(2)學生通過活動，強化焊接、器件檢測、電路識圖、調試等電子技術專業的基礎技能。
　　(3)提高學生使用匯編語言、匯編軟件、下載軟件的崗位工作能力。
　　(4)通過科技競賽中的資料準備、現場答辯鍛煉學生在擇業面試中的表現能力、應變能力以及口才、舉止等。
　　
　　3.情感目標
　　通過科技活動，消除學生的發明創新心理障礙，增強職業高中學生的自信心，對學生進行耐受挫折能力引導，樹立鍥而不舍的精神，把困難看成挑戰、把克服困難看成樂趣。使學生樂于參加創新實驗制作活動。從而激發學生的積極向上的生活熱情、社會責任和敬崗愛業精神。
　　
　　三、參加活動的對象及人數
　　
　　參加活動的學生年級：高一、高二年級。
　　參加活動的學生人數：30人左右。分為初級組和提高組。
　　
　　四、活動時間
　　
　　從2008年9月到2009年7月。每周星期一、四下午課活時間(2課時)為初級班活動時間；每周五下午為提高班活動時間(4課時)。
　　
　　五、活動內容
　　
　　1.初級班
　　(1)創新思維講座。
　　(2)學習使用北京市青少年科技館提供的Q－2000型單片機、學習使用“愛樂搏”機器人、學習使用“樂高”機器人。
　　(3)電子技術基本技能訓練。
　　
　　2.高級班
　　(1)創新方法訓練。
　　(2)單片機智能控制實訓練習。
　　(3)創新作品的制作。
　　
　　六、重點、難點和創新點
　　
　　活動重點：實踐、應用單片機智能控制。
　　活動難點：使用創新技法創作創新作品。
　　活動創新點：將單片機課堂教學和課外科技創新相結合的模式。把課堂知識擴展、延伸到課外，形成課堂學習知識，課外應用知識。以科技創新為平臺，學生們通過在完成科技創新作品項目中一個個任務中，學習、掌握創新技法、培養專業技能、鍛煉了創新能力，為社會提供了優秀的中等技術人才。
　　
　　七、活動準備
　　
　　1.學生的準備
　　在高一新生中，通過考查學生學習電子技術工藝課、單片機課、模數電路課學習狀況和平時對學生觀察和調查了解，結合學生自愿報名等形式。選出對科技活動有興趣學生，參加學?？萍夹〗M活動。經過初級班的學習、訓練再選拔出進入提高班學習的人員。
　　
　　2.器材的準備
　　(1)單片機實驗室、電子技術工藝實驗室和模數電路實驗室作為學生活動場所。
　　(2)“愛樂搏”機器人、“樂高”機器人和學生自制的尋跡智能車成為參加北京市青少年機器人比賽、北京市中小學生單片機比賽和、北京市宣武區中小學生機器人比賽的器材。
　　
　　3.經費的準備
　　學校每年都要向科技活動投入3、4萬元作為活動經費中，免費對學生進行科技教育。用于購置創新作品所用的電子元器件、器材等。用于外出活動、參賽費用的支出、作品展示時宣傳資料和展板的制作、活動結束后的獎勵資金等。
　　
　　八、活動過程
　　
　　(一)創新思維講座(共20學時)校本教材
　　創新思維訓練的目的是從人的生理、心理出發分析人的創造力機能，消除學生創新恐懼、畏難心理，引導學生的創新熱情并初步講解創造活動思維規律及小發明思路的基本知識，激發參加創新活動的興趣。創新思維講座方式采用講故事、討論、回答問題和動手練習方式。
　　1.培訓創造思維(12學時)
　　(1)勇當小小發明家；(2)了解發明創造學；(3)人人是創造之人；(4)開發你潛在的創造力；(5)人與人之間差別甚微；(6)不要迷信天才；(7)人的大腦潛力巨大；(8)人的大腦用進廢退；(9)人的大腦兩半球各有分工；(10)合理用腦優化大腦功能；(11)不要做“創造腦的狼孩”；(12)創造潛力容易受到忽視；(13)如何開發右腦；(14)小設想活動；(15)克服創造心理障礙；(16)克服認識上的誤區。
　　2.培訓創造思維技法(8學時)
　　(1)什么是創造性思維
　　(2)創造性思維的特征
　　(3)創造性思維的方法
　　有逆向思維法、顛倒思維法和側向思維法三種。
　　(4)創意思維訓練
　　包括顛倒思維法創意訓練、逆向思維法創意訓練和側向思維法創意訓練。
　　
　　(二)機器人活動(42學時)
　　1.應用單片機控制機器人(12學時)
　　我校單片機使用的是北京市青少年科技館開發的Q-2000型單片機。按照學校單片機課程教學計劃，高一的第一學期期中前講授完宏指令匯編的內容。為了配合課堂教學活動本方案制定了應用單片機控制機器人的訓練活動。
　　(1)活動內容
　　①紅外傳感器的使用(1學時)。
　?、趩纹瑱CI／O接口狀態的變化與檢測(1學時)。
　?、劭刂瞥绦虻木帉?2學時)。
　　④控制程序的調試與修正(4學時)。
　?、葜悄苘嚨陌惭b與調試(2學時)。
　?、迣ほE練習(2學時)。
　　(2)活動任務
　　單片機控制智能車完成圖形尋跡任務。
　　(3)活動效果評價
　?、倜磕陞⒓颖本┦行鋮^中小學生機器人競賽，基本包攬高中組一、二、三等獎。
　?、诿磕陞⒓颖本┦兄行W生單片機競賽中尋跡接力項目。均可獲取名次。
　　2.學習使用“愛樂搏”和“樂高”機器人。(30學時)
　　為了擴展、提高學生對機器人的控制、開發水平，練習了圖形編程和函數編程方法，練習使用“愛樂搏”和“樂高”機器人。開闊學生知識面、提高了能力。
　　(1)活動內容
　?、贆C器人任務的搭建(16學時)。
　　②控制程序的編寫(6學時)。
　?、弁瓿扇蝿站毩?8學時)。
　　(2)活動任務
　?、賲⒓颖本┦星嗌倌隀C器人創新項目的比賽。
　?、趨⒓颖本┦星嗌倌隀C器人基本任務項目比賽。
　　(3)活動效果評價
　　每年組織學生參加北京市青少年機器人比賽均可獲取名次。
　　
　　(三)強化基本技能訓練(40學時)
　　我校學生在課堂學習了電子工藝、電子線路、數字電路等專業課程。在本方案中安排了強化專業基本技能訓練活動。
　　1.活動內容
　　(1)焊接技術訓練(4學時)。
　　(2)測量工具的使用。如：萬用表、示波器(8學時)。
　　(3)電子器件的檢測(4學時)。
　　(4)識電子線路圖(10學時)。
　　(5)電子小制作(14學時)。
　　2.活動任務
　　在規定的時間內完成某電子線路圖的連接與調試。
　　3.活動效果評價
　　(1)組織學生每年參加北京市宣武區中小學生電子制作比賽獲取高中組前幾名。
　　(2)組織學生每年參加北京市中小學生電子制作競賽均可獲取較好名次。
　　
　　(四)創新技法訓練(20學時，校本教材)
　　創造思維訓練離不開學習和運用創造技法。創造技法是創造學中最務實、應用性最強的部分，它偏重于發明創造的技法及方法。是建立在創造心理和認識規律基礎上的一些規則、技巧和做法。它們大多是以原則、訣竅、思路形式來指導人們克服心理障礙和思維的消極定勢，促進聯想、想象和直覺等非邏輯思維，促進思維的靈活性，流暢性和獨立性。創造技法的類型包括提出問題的創造技法和解決問題的創造技法。
　　1.活動中常用的創新技法(14學時)
　　(1)特性列舉法；(2)奧斯本檢核表法；(3)5W2H；(4)智力激勵法；(5)綜攝法(6)組合法。
　　2.創新技法訓練舉例：組合法(6學時)
　　(1)組合法定義
　　肖克萊“所謂創造就是把以前獨立的發明組合起來”。組合法的作用是一種利用已有技術實現技術突破的有效方法。組合法的特點：以組合求創新，為創新而組合。
　　(2)單片機自動控制系統簡述
　　單片機自動控制系統一般由輸入口、程序控制和輸出口三部分組成。輸入口部分由各種傳感器組成，使用不同的傳感器決定不同的控制方式；程序控制部分是核心，它對輸入口的數據進行分析、判斷、運算并以此為依據控制輸出口的狀態；輸出口部分是各種執行機構，常采用三極管電子開關、晶閘管，電磁繼電器或固態繼電器等部件，再驅動負載達到預定的控制目的。
　　(3)單片機控制電路組合結構技法訓練
　　為了突出訓練組合法創新技法單片機程序控制部分略掉。
　?、賳纹瑱C輸入口連接的各種具體的傳感器(包含傳感器電路)，共7類18種。
　　②單片機的輸出口連接的5種常見執行機構(包含驅動電路)。
　?、郾豢貙ο笏_到的結果選擇最常見的控制燈發光。
　?、茉趩纹瑱C控制電路組合結構技法訓練過程中，學生可以從諸多組合中遴選出最有價值的方案來，組合出的一些方法確是平時沒有想到的。例如，哈一口氣就能夠把燈點亮的濕敏控制。這個控制可以用于糧倉濕度過大時自動進行通風或加熱烘干等方面。
　?、菡f明：在單片機控制電路組合結構技法訓練中，采用的傳感器和執行機構還可以擴充。如：超聲波傳感器、紅外線傳感器等。
　　3.活動效果評價
　　單片機控制電路組合結構圖可以引發出90種控制燈發光的方法。讓學生感受到組合發明法的魅力，提高設計電路的變通能力，通過創新技法的訓練可以培養學生的求異思維能力，把知識變成智慧和力量。
　　
　　
　　(五)創新技法訓練案例
　　職業學校在科技小組活動中對學生進行創新技法訓練的最終目的是培養具有創新能力、掌握實用技術的中等專業的勞動者。參加科技小組活動的學生通過創新思維、創新技法的訓練都研發制作了科技創新作品，其中有些作品還參加了科技競賽。但不少學生的作品僅作為作業、練習。
　　1.逆向思維
　　(1)作品名稱：溫差發電作者：張鴻竾
　　(2)原理簡述：半導體制冷制熱材料當通過電流時，一面產生熱另一面產生冷。若將半導體制冷制熱材料的一面放置在熱源另一面放置在冷源就會產生電流。　(逆向思維)
　　(3)實驗與制作：在半導體制冷制熱材料的兩面各安裝1個蓄水槽，一個蓄水槽中放熱水，另一個蓄水槽中放冷水。在半導體制冷制熱材料的兩端就會產生電壓，可以提供低電壓小電流。用于直接驅動收音機或給1.5V電池充電。
　　張鴻竾制作的“溫差發電”作品在2007年第27屆北京市安捷倫青少年科技創新大賽中獲二等獎。在2007第17屆全國發明展獲的三等獎。
　　2.組合技法
　　(1)作品名稱：分時段可編程節能照明燈作者：楊春碩
　　(2)原理簡述：目前我國的公路照明、城市建筑物照明存在通宵達旦大電流照明浪費電的問題。應用單片機編程控制可以實現將通宵達旦大電流照明的方式變化成依據人流、車流夜間出行的規律分成若干各不同的時間段采用不同的照明強度。既滿足了人們的出行又節約了電能。
　　(3)組合技法
　　光控：根據日照光線的變化自動開啟、閉合電源。
　　繼電器：每一個時間段控制一個繼電器。
　　晶閘管：不同的繼電器控制晶閘管不同的導通角實現控制電流的大小
　　燈：路燈、城市建筑物照明燈燈
　　單片機：編寫分時段控制程序。
　　以上各部分在單片機控制電路組合結構技法訓練中均已體現。
　　(4)實驗與制作
　?、賳纹瑱C采用北京市青少年科技館開發的Q-2000型單片機。編程使用宏指令匯編語言。
　　②晶閘管控制電路使用的是光線自動控制臺燈的電路。
　?、酃鈧鞲衅魇褂玫氖枪饷綦娮?。
　　楊春碩制作的“分時段可編程節能照明燈”作品在2006年北京市中小學生單片機比賽中獲一等獎。
　　
　　(六)小發明作品創新活動(60～80學時，根據作品制作難易定)
　　1.小發明創新作品要求
　　(1)小發明作品的“三自”要求
　?、傩“l明作品需要同學們自己提出選題。
　　②自己進行設計。
　?、圩约哼M行制作。
　　(2)小發明創新作品的“三性”要求
　?、傩路f性：這項小發明是前所未有的新發明、新方法。既是：沒有公開發表過、公開使用的和為公眾所知的?；蛲延械男“l明相比有突出的實質性特點和顯著技術的進步。
　?、诳茖W性：符合科學思維、科學方法、科學原理、科學規律和科學結論。
　?、蹖嵱眯裕耗軌蛑谱骱褪褂?，是實打實的，既做得出來、又用得著的小發明作品。能產生積極的效果。
　　2.指導教師輔導要點
　　(1)培育學生的創新情商
　　職高的學生在應試教育過程中的中小學階段，由于學習成績差、行為習慣不良等原因造成心里普遍存在著自卑、不自信、失落、為難、等情緒以及心理脆弱、易受挫折等特點。
　?、僭诳萍紕撔禄顒舆^程首先要營造一個自由、無拘束的寬松的師生平等的人際關系和諧的輕松課外科技活動的環境。
　　②消除學生的發明創新心理障礙：一些同學認為“我現在學的知識還少，沒有辦法搞發明”，“我現在還小，發明創造是將來的事情”。還有一些同學認為“發明創新是科學家的事，深奧不可及”。針對學生對發明創新種種認識。從講科學家的故事、學生發明創新案例開始，組織學生參加簡單易行的科技制作，參加依獲獎的學校、區級的科技競賽，體驗成功喜悅，引起學生對周圍事物的興趣和細致觀察，再充分利用智力激勵法的機制，激勵學生最初的創造動機，達到學生開發自身創造潛力的目的。
　?、勰褪艽煺勰芰σ龑В涸诳萍及l明創新作品實驗制作過程中，學生們會遇見一個個挫折、困難甚至失敗。及時引導學生走出情緒的低潮，重新開始，給學生們多點勇氣，多點機智，多點磨煉，多點感情投資，樹立鍥而不舍的精神，把困難看成挑戰、把克服困難看成樂趣，使學生樂于參加創新實驗制作活動。
　　(2)整合學校、社會和家庭資源形成合力
　　①經常和班主任、任課教師保持緊密聯系，隨時交換組員的思想動態、學習狀況、生理心理狀況。保持學員處于良好的工作狀態。
　?、诙〞r和學生家長交換意見，定期家訪，保證與家長協作。
　?、蹚姆掷脜^科技館、少年宮、社區的技術、設備。如：車床、激光切割機等。
　　(3)隨時為學生提供知識、方法、技能指導
　　3.學生小發明作品創新活動
　　(1)提出研究問題、確定研究項目(10學時)
　　學會使用創新技法去觀察、分析、查閱收集整理資料。
　?、賾?w2H設問法提出問題、發現問題、辯論問題(6學時)。(見表1)
　　
　?、趹脢W斯本檢核表法提問要點，逐個審核、討論，使小發明作者全面、系統地考慮各種解決問題。(4學時)
　　奧斯本檢核表提問要點：a-可否將現有產品的形狀、制造方法、顏色、聲音、味道等加以改變?b.能否將現有的發明應用到其他領域?c.能否在現有的發明中，引人其他創造性設想?d.能否在現有發明的基礎上略加改造，使它增加功能，延長使用壽命?e.可否將現有的發明和產品縮小體積，ev/I5hoTNy+ejZFhXMR36Q==減輕重量或者分割化小?能否用其他材料代替原有的產品或發明?g.可否將現有的發明更換一下型號或更換一下順序?h.可否將現有的產品、發明工藝顛倒過去?i.可否將幾種發明或產品組合在一起?
　　提出疑問對于發現問題和解決問題是極其重要的。提出問題比解決問題更難。提出了一個好的問題，就意味著問題解決了一半。為了使學生能夠自行提出小發明選題，就需要學習提問的技巧。這樣才能更好地發揮他們的想象力。善于提出問題是具有創造性的人最重要的特點之一。
　　(2)制定小發明項目研究、實驗、制作方案(4學時)
　　應用組合發明技法。參考單片機控制電路組合結構技法訓練中控制框圖確定項目的研究、實驗過程科學方法、工作流程，所用電子電路、器材、設備，工作時間、進度等諸多方面。
　　(3)小發明項目研究、實驗、制作(60學時)
　　學生的小發明項目研究、實驗、制作過程是一個學習提高、克服困難、反反復復而又漫長的過程。
　　教師要根據行為導向教學法，以情境性原則為主，科學性原則為輔，通過人本性原則，在學生小發明項目研究、實驗、制作過程中做好組織者與協調人，通過與學生的互動為學生服務。其次，教師要善于應用行為導向教學法中的項目教學法，把學生的小發明項目分解成一項項任務，對學生的每一項任務負責督促、檢查、評估并提供相應幫助。(見表2)
　　4.活動效果評價
　　(1)學生們初步學會了在發明創新過程中如何通過觀察、分析、考察、論證發現問題、提出問題，提高了查閱收集整理資料的能力。
　　(2)學生們初步學習、實踐了一些發明創新的技法。如：奧斯本檢核表法、組合法、5W2H提問法等。
　　(3)鍛煉和提高了學生們的情商。
　　(4)教學相長，提高了教師的教學水平。
　　(5)鍛煉和提高了學生們的自主學習、實踐能力、發明創新能力和專業技