基于做學教合一的“單片機應用技術”課程建設與實踐

【摘 要】針對“單片機應用技術”課程存在的問題，以做學教合一理念為指導，以切實提升學生的工程素養(yǎng)為目標，構建一體化教師團隊、開發(fā)立體化課程資源、打造多維化實訓平臺、形成工程化考核方式等，多角度、多途徑進行“單片機應用技術”課程的開發(fā)建設及實踐應用，不斷提高課程教學質量。

【關鍵詞】單片機應用技術;做學教合一教學模式;課程改革

【中圖分類號】G712? 【文獻標志碼】A? 【文章編號】1005-6009（2021）21-0069-06

【作者簡介】吳玢，江蘇聯合職業(yè)技術學院蘇州工業(yè)園區(qū)分院（江蘇蘇州，215123）電子技術系副主任，高級講師、高級工程師，主要研究方向為職業(yè)技術教育課程建設。

一、“單片機應用技術”課程的建設背景及存在問題

（一）“單片機應用技術”課程的建設背景

1.課程地位和特點。

單片機技術是現代電子工程領域一項飛速發(fā)展的重要技術，已滲透到現代工農業(yè)自動化、智能儀器儀表、實時控制系統(tǒng)、軍事裝備應用、汽車電子系統(tǒng)、信息和通信系統(tǒng)、消費類電子產品等諸多領域，在當前發(fā)展迅猛的物聯網、智能制造、人工智能等新興技術領域，同樣離不開單片機技術。因此，學習并掌握單片機技術是職業(yè)崗位對高技能人才的基本要求。“單片機應用技術”課程是高職電子信息類、自動化類、機電類等專業(yè)的核心課程，單片機應用能力的培養(yǎng)是提高相關專業(yè)高職學生核心競爭力的重要手段，對學生職業(yè)崗位能力培養(yǎng)和職業(yè)素質養(yǎng)成起重要支撐作用。

“單片機應用技術”課程是一門軟件、硬件結合，涉及傳感器、電子技術、控制編程、驅動機構等多種知識的綜合性應用技術課程，它主要培養(yǎng)學生的電子技術應用、電路設計制作、控制編程等多種應用能力，具有較強的實踐性、綜合性和應用性，[1]對教師素質、教學內容、教學資源、教學方法、教學條件等都提出了較高要求。

2.做學教合一教學模式改革。

職業(yè)教育內涵發(fā)展的重要基礎在于探索教學模式的與時俱進，以滿足新時代職業(yè)教育教學質量提高的需求。做學教合一教學模式突破以往理論與實踐相脫節(jié)的困境，通過設定教學任務和教學目標邊做、邊學、邊教，全程構建素質與技能培養(yǎng)框架，豐富課堂教學和實踐教學環(huán)節(jié)。[2]對于“單片機應用技術”這樣一門兼具理論和實踐的課程來說，實施做學教合一教學模式，在教學過程中切實落實“做”字當頭、“學”貫始終、相機而“教”的基本思想，將理論和實踐有機融為一體，可以充分調動和激發(fā)學生的學習興趣，有利于學生動手能力和專業(yè)技能的培養(yǎng)。

（二）“單片機應用技術”課程教學中存在的問題

“單片機應用技術”課程知識點多，內容抽象，邏輯性強，教師難教，學生難學。經過多年改革，“單片機應用技術”課程的教學已經有了較大改善，教學效果有了一定提高。然而筆者通過對蘇州市乃至省內一些學校的調研發(fā)現，在“單片機應用技術”課程教學中還是存在以下問題：

1.教學主體方面。

一方面，教師實踐能力弱。授課教師多數只是在校期間學習過單片機課程，缺乏企業(yè)實踐經驗，沒有實際的單片機系統(tǒng)開發(fā)經歷，對單片機程序設計缺少工程角度的考慮，對單片機系統(tǒng)的實際應用情況沒有透徹了解。另一方面，學生學習效果差。學生感到該課程枯燥乏味、深奧難懂，缺乏學習興趣，并且由于學習單片機課程需要一定的英語、數學、電子技術等學科的基礎，而職校學生在這些方面的知識儲備普遍薄弱，更增加了學習難度。

2.教學內容與教學資源方面。

教學內容中涉及單片機內部電路分析、工作時序、片外存儲器擴展等內容過多，與高職學生的培養(yǎng)目標、單片機技術的發(fā)展狀況脫節(jié);有些學校仍以匯編語言作為單片機編程語言進行教學，這與高職學生未來的職業(yè)崗位需求不相匹配。目前較多教材都已經采用了項目化編寫體例，改變了傳統(tǒng)教學中理論與實踐割裂的情況，但是知識分布過于零散，部分知識點有缺漏，師生對于一些重要的知識點缺乏系統(tǒng)化的全面了解。部分實訓項目脫離實際，提供的案例程序不具備實用性，如將定時中斷用于延時的做法、利用延時等待進行讀鍵的程序設計等，無法適用于未來的工作崗位。配套的教學資源較為缺乏，不利于教師的教學研究，不利于學生的自主學習，更不利于“做學教合一”教學模式的實踐。

3.實訓條件方面。

當前各校在單片機課程教學中大多已經摒棄了單純理論講解的做法，加強了實踐教學環(huán)節(jié)。各校所采用的實踐教學平臺主要有實驗箱（或實訓臺）、實驗電路板、虛擬仿真三種形式。這些實訓平臺都有各自的優(yōu)點，但也有各自的局限性。

例如，實驗箱或實訓臺大多是由生產廠家開發(fā)好的硬件產品，也有個別是學校自主研制的產品，通常由幾個到十幾個模塊組成，能完成按鍵控制、LED顯示、數碼管及液晶顯示、AD轉換等多個實訓項目。然而，由于其電路基本固定，而實際的電路往往變化多端，并且實驗箱或實訓臺都已經成品化，不便于學生直接觀察電路結構，實訓過程中學生只需進行模塊間的簡單接線，對于單片機硬件電路的理解和搭建能力得不到有效鍛煉，進而也限制了創(chuàng)新能力的生成。

再如，實驗電路板可由學生自行設計硬件電路、自行進行電路的焊接和裝配調試，并在此基礎上進行程序設計，對于培養(yǎng)學生完整的單片機應用能力是有好處的。但是電路焊接、裝調并非本課程的知識和技能重點，這種實訓方式在電路焊接、裝調方面花費的時間太多，并且當系統(tǒng)調試出現問題時，很難快速定位故障，需要較長時間來查找問題產生的原因，因此無法保證教學進度，教學效率太低。

4.教學實施方面。

在教學和實訓過程中，教師對著教材上的程序講，學生照搬教材上的程序做，所謂的實訓，學生只是程序的“搬運工”“打字員”，忽視了對問題的分析、算法的考量、程序框架的搭建、邏輯思維的訓練等工程能力的培養(yǎng)。

5.考核評價方面。

考核的內容與標準脫離工程實際。一是偏重于理論的考核，強調學生對于知識點的記憶，然而實際參與工程項目時，很多知識點并不需要記憶。二是對于實踐方面的考核偏重于任務是否完成，忽視了真實有效的職業(yè)能力的評判，如編程是否規(guī)范，程序是否可靠、是否具有實用性等。

二、“單片機應用技術”課程的理念思路及建設過程

（一）課程設計理念

以行業(yè)企業(yè)對單片機技術人員的需求為依據，以切實提升學生的工程素養(yǎng)，培養(yǎng)學生真實、有效、全面的單片機應用能力為目標，按照項目驅動、做學教合一教學模式的要求設計和開發(fā)課程，融入職業(yè)標準和規(guī)范，提升學生職業(yè)素養(yǎng)，進行全過程的綜合評價。

（二）課程設計思路

單片機應用技術是一門理論性、實踐性、應用性均較強的課程，根據本課程的特點，結合五年制高職學生的學習基礎和學習能力，在課程設計中打破學科體系的局限，將單片機的相關知識點碎片化，并按項目進行整合。每個項目均由若干個具體的典型工作任務組成，任務的設計從職業(yè)崗位需求出發(fā)，具有針對性、真實性。任務的實施從虛擬仿真實訓入手，實訓臺、實驗電路相結合，從虛到實，虛實相間。任務驅動，以做引學，通過具體任務的逐步展開，讓學生在完成任務的同時學習相關專業(yè)理論知識，掌握相關技能，使學生在技能訓練過程中加深對專業(yè)知識和技能的理解及應用，充分體現“做學教合一”的教學理念，同時培養(yǎng)學生的綜合職業(yè)能力，滿足學生職業(yè)生涯發(fā)展的需要。

（三）建設過程

1.開展廣泛調研，發(fā)現存在問題。

通過課程組研討、聽課評課、教學檢查等活動了解課堂教學情況，通過學生評教、學生座談了解學生對課程教學的意見，通過外出聽課、參加各級教研活動、進行教師訪談等渠道了解同類學校的做法，通過企業(yè)調研、工程師訪談等校企合作交流活動了解單片機技術職業(yè)崗位的能力要求，及時跟蹤單片機技術的發(fā)展趨勢。對調研情況進行匯總、整理、分析，以明確單片機課程教學存在的問題。

2.組建課程團隊，制訂建設方案。

由具有單片機課程教學經驗的教師和具有單片機項目開發(fā)經驗的工程師組成課程團隊，共同討論制訂課程建設方案，明確任務分工、建設步驟。

3.確定課程目標，制定課程標準。

開展職業(yè)崗位能力分析，以崗位能力要求為依據確定課程目標，對接職業(yè)崗位標準制定課程標準，提煉典型工作任務，歸納得出行動領域，進而轉化為學習領域的知識和技能，整合、序化教學內容。

4.開發(fā)課程資源，搭建實訓平臺。

邊建設、邊應用、邊改進，在推廣應用的過程中及時收集師生對課程建設的反饋意見，并進行動態(tài)調整，實現課程建設的長效動態(tài)機制，以應用促建設，不斷完善與提升課程建設水平，具體建設過程如圖1所示。

三、“單片機應用技術”課程建設的具體內容

（一）構建一體化教師團隊

針對調研中發(fā)現的“單片機應用技術”課程授課教師存在的問題，依托產教融合、校企合作平臺，從內培、外引兩方面著手，組建一體化“雙師型”教師團隊。一方面，通過校企合作項目，讓校內的專業(yè)教師多接觸企業(yè)，參與真實的單片機應用系統(tǒng)設計項目，踏踏實實地深入企業(yè)，到相應崗位中鍛煉、學習，提高教師對單片機應用技術相關職業(yè)標準、技術要求、崗位要求的把握和理解。另一方面，聘請企業(yè)工程師參與到課程開發(fā)、資源建設乃至課堂教學中，并為校內教師帶來真實的企業(yè)案例和豐富的單片機開發(fā)經驗。這樣一支專兼結合、各具特色的團隊，可以充分發(fā)揮各自的優(yōu)勢和特長，相互學習、相互促進，從而提高課程建設的質量，推動做學教合一教學模式的實施，提升課堂教學的效果。

（二）開發(fā)立體化課程資源

1.教學內容整合。

針對調研中發(fā)現的學科體系方式與項目教學方式存在的問題，從梳理知識學習目標、重構典型工作任務、重整課程教學內容三方面著手進行教學內容的優(yōu)化整合。根據單片機職業(yè)崗位的需求分析，對課程中涉及的知識學習目標進行重新梳理，減少單片機內部電路結構、寄存器單元地址、工作時序、片外存儲器擴展、IO口擴展等內容，強化IO口資源的合理應用、常用外圍器件的接口與控制、定時計數器、中斷系統(tǒng)、總線控制、模塊化編程等實際工程中常用的知識點內容。依托課程團隊成員扎實的單片機工程開發(fā)經驗和豐富的企業(yè)案例，形成實訓項目庫，將項目分解成相對獨立的任務，分析整理每個任務涉及的知識點，然后依據工作過程、學習規(guī)律和任務難度選取典型工作任務，前后任務之間既相對獨立，又有一定的聯系，將必需、夠用的相關知識和技能由淺入深融入每個工作任務。

2.課程資源建設。

課程資源的建設是一個持續(xù)積累并不斷優(yōu)化的過程，能夠實現課程資源的不斷創(chuàng)新。“單片機應用技術”課程資源的建設以做學教合一教學模式的改革為基礎，以現代教育技術為手段，以網絡資源平臺為載體，構造一個以學生為主體、以學習為中心的線上線下相結合的立體化資源平臺。

“單片機應用技術”課程資源分成基本資源、拓展資源、創(chuàng)新資源三大類共21種，其中基本資源包括課程標準、評價方案等，覆蓋課程所有基本知識點和崗位技能點;拓展資源包括軟件安裝包、單片機開發(fā)小工具等多樣性、交互性輔助資源，應用于各教學與學習環(huán)節(jié)，支持課程教學和學習過程，并體現行業(yè)發(fā)展的前沿技術，向產業(yè)領域擴展;創(chuàng)新資源包括自編教材和活頁式實訓手冊等充分體現課程特色及區(qū)域特點的原創(chuàng)性資源（如圖2所示）。

（三）打造多維化實訓平臺

學校在對各實訓平臺的優(yōu)缺點進行科學分析的基礎上，結合職業(yè)崗位對單片機能力的需求和學生的實際情況，打造多維化實訓平臺。虛擬仿真實訓室配備有40臺電腦，安裝以Proteus仿真軟件和Keil開發(fā)軟件構建的虛擬仿真實訓平臺，主要用于日常教學中學生進行虛擬仿真實訓，使學生對軟件、硬件及相互的關聯有全面認識和理解，提高學習效率，同時突破了時空限制，使學生可以隨時隨地進行技能訓練和學習。單片機技能實訓室配備有18套單片機控制裝置安裝與調試設備，可以讓學生對綜合性的單片機應用系統(tǒng)有全面認識，并滿足完成步進電機等無法虛擬仿真的實訓任務的需求。電子產品制程實訓室配備有雕刻機、制板機、電焊臺等，云創(chuàng)客空間配備有各種傳感器、液晶屏、數碼管、藍牙模塊、紅外模塊、各類基本結構件、電機動力件、特殊結構材料以及3D打印機等，項目工作室中有單片機USB-ISP下載線、程序燒寫器、示波器、直流電源等設備，并且全天向學生開放，這三間實訓室打造的平臺主要用于學生進行單片機應用類創(chuàng)新作品、畢業(yè)設計作品的電路制作和調試，以及師生進行產品研發(fā)。

（四）形成工程化考核方式

針對單片機課程考核脫離工程實際的現象，重新制訂課程評價考核方案。一是評價體系中強調過程性評價、職業(yè)能力評價，加強對實訓任務完成情況的考核，其考核權重為50%，對知識點的考核權重降低為30%，職業(yè)素養(yǎng)的考核權重為20%。二是建立完整的習題庫，刪去如特殊寄存器的單元地址等背誦類且實際應用中不需要記憶的內容，學生在學期初就能從網絡課程資源平臺下載習題庫，考試卷從習題庫中抽選生成。三是所有的實訓任務不提供現成的程序，以促進學生自主思考，避免學生成為“打字員”“搬運工”。四是在實訓任務的考核中，不僅要考核任務是否完成，還要考核程序的規(guī)范性、可靠性、可讀性、實用性，并通過拓展提問或任務的變更考核學生對程序的理解程度。五是對能運用本課程所學知識參加技能大賽、創(chuàng)新大賽并取得一定成績的學生在考核時予以加分，鼓勵學生學以致用。

四、“單片機應用技術”課程建設特色與成效

一是虛實相間，軟硬兼施，多維化實訓平臺全面提升職業(yè)能力。由虛擬仿真實訓室、單片機技能實訓室、電子產品制程實訓室、云創(chuàng)客空間、項目工作室構建而成的多維化實訓平臺，到虛擬仿真訓練基礎模塊、實訓裝置搭建綜合系統(tǒng)、自制電路完成真實作品，多種形式的實訓手段從虛到實，虛實相間，提高了學生學習效率，拓展了技能訓練的時間和空間，不僅培養(yǎng)了學生軟件方面的程序設計能力，還增強了學生對單片機應用系統(tǒng)硬件電路搭建的能力，全方位提高了學生的單片機應用能力。

二是校企相融，任務引領，立體化課程資源提升學生綜合素養(yǎng)。校企相融的課程團隊、源自真實工程應用的實訓任務、工程化的考核方式等，保障了學生所學知識和技能的真實性、有效性、實用性。借助網絡平臺、虛擬仿真、微課視頻等，課前學生自主完成知識的預習，在平臺上發(fā)起討論交流。通過任務引領，采用做學教合一的教學模式，課中學生邊做邊學，以做引學，主動探究，合作交流，有效鍛煉了發(fā)現、思考、分析、解決問題的能力，增強了學生的學習興趣。網絡課程資源平臺打破學習時間和空間的限制，有效支持混合式學習、移動學習、泛在學習等新型學習模式，使學生便于學習、易于學習、樂于學習，提高了學生學習的積極性，全面提升了學生的職業(yè)技能、學習自信、學習能力等綜合素養(yǎng)。

通過課程的建設與實施，教師更新了教學理念，對單片機應用技術有了更深入的理解，對課程教學有了更精準的把握，對信息技術有了更熟練的應用，多次開設市級公開課，在技能大賽、教學大賽、課題研究等方面均取得了豐碩的成果，屢獲獎項，有效促進了教師的專業(yè)發(fā)展。所培養(yǎng)的學生參加單片機控制裝置安裝與調試項目技能大賽，斬獲多個大獎。畢業(yè)生在企業(yè)中從事單片機應用領域的工作取得良好的發(fā)展，收獲不少業(yè)界好評，已紛紛成為企業(yè)骨干力量。

【參考文獻】

[1]李秀忠.“單片機應用技術”課程教學改革研究與實踐[J].中國電力教育，2010（4）：117-119.

[2]蒯紅權，吳建華.中職“電工技術基礎與技能”課程“做學教合一”教學模式探索[J].職教通訊，2018（6）：31-34.