嵌入式技能競賽在高職課程建設中的融合與實施
——以“STM32”課程為例

劉慶華

(南京機電職業技術學院,江蘇 南京 210012)

1 嵌入式技能大賽介紹

從2008年開始舉辦全國職業院校技能大賽至今,“嵌入式技術應用開發”賽項于2014年開賽,迄今為止已連續舉辦7屆,共有近800多所高職院校參加了全國、省市職業院校技能大賽嵌入式賽項。該賽項采用團體賽方式組隊報名參賽,每個參賽隊由3名選手組成,其中設隊長1名。3名選手須為同校在籍學生,性別和年級不限。該賽項設置兩個模塊, 分別是硬件裝調、賽道任務。

嵌入式技能競賽主要是以智能小車作為載體,完成賽道任務,70%的成績主要考查學生對賽道任務的編程能力,包括嵌入式微處理器控制與應用、傳感器的應用、Android程序設計、圖形采集技術、智能語音控制等嵌入式核心知識和技能,其中嵌入式微處理器采用了STM32作為核心CPU,所以STM32編程技能的掌握對比賽成績起著至關重要的作用。

2 高職院校“STM32”課程的教學現狀

目前高職院校電子信息工程技術專業“STM32”課程在8位單片機技術課程完成后開設,STM32芯片集成度高, 功能強大, 外圍線路復雜,各院校多以現有廠家提供的開發板作為教學設備使用, 常見的有野火、正點原子及奮斗等品牌。

廠家提供的開發板一般可以完成初級到高級所有任務的學習,線上資源豐富,提供相關教學視頻和相關資料,便于教師和學生進行“STM32”學習。但是這種傳統的“STM32”教學方法,并不能有效地讓學生掌握STM32的核心應用技術,因為“STM32”課程一學期的課時不夠,一般只有70個課時,比如在本院“STM3開發入門與實踐”這門課只有56個課時,學生只能掌握基本的STM32入門知識,而且開發板提供的教學案例以單獨的功能為主,相互之間的聯系并不明顯,不能完整展現整個嵌入式產品開發步驟及STM32處理器的綜合處理能力。所以在“STM32”學習過程中將企業項目融入課程,讓學生的“STM32”學習和實踐能力將會得到大幅度提高。嵌入式技能競賽中以智能小車作為產品,完成賽道任務編程,很多都是STM32編程的應用,而且編寫完程序后可以看到小車的運動效果,這讓學生們學習起來很感興趣。

3 嵌入式技能競賽融入“STM32”課程實施方案

本文從嵌入式技能大賽資源入手,結合“STM32”課程教學和改革,以比賽小車作為實訓設備,與嵌入式技能大賽設備供應商百科榮創公司進行校企合作,共建嵌入式創新實訓室,采用項目式的教學方法,達到培養嵌入式的高端技能型人才,也為本院嵌入式技能競賽提供人才儲備。

3.1 實施內容

本文實施內容包括“STM32”課程項目內容的設計、教學過程的實施和課程的評價標準3個部分。其中項目內容主要包括:LED控制(12 學時)、 按鍵設置(8 學時)、 超聲波傳感器數據采集(8 學時)、 電機轉速控制(6 學時)、 串口通信與控制(10 學時)、 LCD 顯示(10 學時)和功能綜合(10 學時)。教學過程的實施需要課前制定好詳細的授課計劃,了解產品功能和原理,并將各功能分解為一個個任務,對各任務所需知識點進行介紹；學生在接受到任務后自行對知識點收集、學習和消化,并開始進行任務設計。課程的評價標準需要做到公正、公平,注重過程評價,將技能大賽的評分標準應用于STM32嵌入式技術的課程中。

3.2 實施思路

本文根據“STM32”課程標準,采用項目式教學法,將大賽智能小車作為“STM32”課程教學設備,先對小車的總體項目進行演示,對每一部分功能進行介紹,每個任務進行分析,將智能小車的功能拆分成一個個項目進行教學,最后進行功能綜合實訓,總課時由原來的56課時增加至64課時,課程中采用小組合作的方式進行學習和相互指導。“STM32”課程評價標準參考大賽的評價標準。“嵌入式技術應用開發”賽項主要從電路板焊接、軟件編寫、軟件調試、職業素養這4個方面考核。嵌入式技能競賽評分標準科學、細致,將評分規則細分化到每一個客觀評價的細節,在考核參賽選手技能水平的同時,兼顧團隊協作精神和職業道德素養的綜合評價。“STM32”課程的評價采用過程評價和結果評價相結合。最后課程改革還需要深化校企合作,“嵌入式技術應用開發”賽項的負責公司和院校聯合起來對學生進行技能和核心技能的培養。

3.3 實施過程

“STM32”入門課程標準中含的知識點有GPIO輸入輸出控制、定時器介紹、定時器中斷、外部中斷、串口通信、PWM原理和控制、AD轉換。本文針對這些學生必須掌握的知識點,結合嵌入式技能大賽的內容,采用項目式教學法,將小車的賽道任務分解到各個知識點,具體實施過程如表1所示。

表1 嵌入式技能競賽融入“STM32”課程的項目內容

“STM32”課程通過以上簡單的基本任務和智能小車項目結合的方式,能夠有效地讓學生掌握STM32的基本知識點,同時將知識點應用到項目中,可以讓學生增加對STM32知識點的理解和STM32應用的掌握。學生如果需要掌握智能小車其他的項目功能,需要在下學期增設STM32高級部分的應用,比如LCD顯示、SPI、IIC和DMA等。

3.4 課程評價

“STM32”課程的考核主要以過程性評價為主,占總成績的70%,每次實驗3人組成一個團隊進行互相學習和考核,小組需要填寫項目實施報告,程序編寫規范,能成功演示功能。學生團隊同時還與其他團隊形成競爭,既有競爭也有合作, 提高在校職業生的職業素養, 為學生進入頂崗實習打下堅實的基礎。

4 嵌入式技能競賽融入“STM32”課程的不足

嵌入式技能競賽的賽道任務復雜,涉及知識點比較廣,還包含了Zigbee、安卓、圖像處理和語音識別等技術,“STM32”一學期的課時不夠,只能演示小車的一些簡單的、基本的功能,學生如果需要掌握更多小車的任務程序編寫工作,還需要學生自己課后加強練習和自學,才能將“STM32”課程得到更好的應用,對于參加比賽的學生來說,需要在課后對“STM32”課程進行深入的研究,還要掌握好安卓程序的應用,才能在競賽中取得很好的成績。

5 結語

將嵌入式技能競賽資源融入“STM32”課程的教學,能夠提高學生的學習興趣,培養學生的實踐動手能力和團隊合作能力,為社會培養更多的嵌入式人才。在“STM32”課程教學過程中,能夠發現優秀的團隊,為每年的嵌入式技能競賽選拔人才,本院共參加了3年的省嵌入式技能競賽,榮獲了3次三等獎,通過“STM32”課程的改革和創新,相信學院在今后的嵌入式競賽中能夠獲得更好的成績。