基于Arduino的單片機課程教學改革與開發

陳 銘，劉曉旻，鄭 倩

（福建省郵電學校，福建 福州 350008）

在我校通信技術專業（物聯網方向）中，單片機應用技術是非常重要的核心專業課，該課程可培養很強的實踐技能，需要學生有很強動手能力，同時也具有非常強的理論性作為基礎，傳統的教學方法根本不能夠滿足當代背景下對于該門課程的要求，目前有很多院校已經開展了對該科目的教學改革[1]，但是還存在很多不可忽視的問題：（1）由于編程課程的學習內容枯燥，學生在課堂中欠缺學習動力，教學主體變成老師；（2）理論內容和實驗環節脫節，內容比較抽象，學生很難通過一般的授課情境學習到教學重難點；（3）由于學生積極性不高，大部分學生學習效果差；（4）在課堂中很難培養和提高邏輯思維能力，過于抽象的內容讓學生對本課程更加排斥，故改革的收效甚微。基于以上情況，利用Arduino平臺進行學習單片機應用課程教學，不僅能夠豐富課堂教學手段，還能更有效地促進學習者的動手實踐技能，進而提高綜合能力素養，實現更好的教學成果。

1 Arduino簡要介紹

隨著創客教育的普及，各類院校都已經開設創客教育，且形式多種多樣，在這些已開設創客教育的學校中不乏有很多中職學校。中職生作為我國職業教育的主體，一直受到教育界極大的重視。創客們的勇于創造、開闊創新的精神值得中學生尤其是職專學生的學習，在中職學校開展基于Arduino的創客教育，可加深學生對創客概念的認知，加強創新和創造的思維。Arduino作為一個電子平臺，具有靈活響應等特點，其可分為硬件和軟件兩個部分，硬件部分是的 Arduino的型號電路板。軟件部分包括接口編程，以及電路、電源、處理器和輸入輸出接口，還有集成開發環境。Arduino的usb接口可以與微機和計算機進行連接。外部電子輸入設備也可以通過連接器連接，例如傳感器、揚聲器等。且Arduino板可利用電池組或直流穩壓電源直接供用。

無論是硬件部分還是軟件部分，都是Arduino版的開放教育資源，所有人都可以通過Arduino板進行教學設計和制作。對于Arduino板整體的發展而言，編程語言軟件用起來非常簡單方便，可以在windows系統上安裝分析之后能夠直接使用。用戶也可以在互聯網上快速獲得大量的硬件和軟件應用程序，通過網頁可以直接找到滿足不同的需求和成本效益的Arduino板[2]，通過Ariuino板的應用，實現了學習的便捷性，讓學生能夠通過其他渠道獨立自主的研究學習。

2 單片機課程教學中存在的問題

2.1 教學內容不符合學生需求

在當前學校面臨一個生源質量差的問題。很多進入到院校當中的學生邏輯思維能力差，自身的學習能力也并沒有太出挑的地方，創造性差，而且自律能力比較低。對于在課程當中所涉及的一系列單片機知識，都很難提起學生自身的學習興趣，也就缺乏相應的學習動力，這也就導致教師在實際教學當中，教師雖然會應用教學一體化以及實踐設計等一系列教學模式，但是很多學生仍然秉承著敷衍的心理，采用按部就班的理念，只是單純機械地重復教師教授的過程，單純地配合教師完成教學目標和教學任務。

這并不能從根本上提升學生創新和創造力，不符合創客的研究精神和基本素養。也無法提升學生的獨立思考能力，培養思考的邏輯性。中職學校的學生的邏輯思考能力差，如果教學內容上有更多符合學生興趣的內容，就能激發他們的學習動機和創造力，實現自主探究學習。但是，目前大多院校關于單片機課程的教學內容，更加的是偏向理論化教學，也就是說單片機的組成結構以及指令系統等方面的教學內容，會使學生失去學習熱情。

2.2 課程教學方法過于單一

中職學校的教師在教學方法方面也存在著一定的問題，很多教師都不能做到因材施教，而且在教學過程中只是簡單的先講解理論知識，再進行少量的實驗驗證，這種傳統的教學方法不能滿足學校對教學質量的需求。雖然在很多院校當中已經開展了項目化的教學改革，但是在教學當中仍然維持傳統的教學體系，沒有將理論和實際與學生結合到一起，雖然都秉承著理論和實際結合的旗號，但是這樣的教學方法并沒有落到實際當中，對教學效果的改善作用也不大，實質上不能激發學生的學習熱情。

2.3 師資隊伍建設不完善

現今，從事單片機教學的教師，職業水平也有待提升。很多教師還在采用最傳統的教學方法以及教學課程體系，不能及時更新相關專業知識，提高專業教學水平，也沒有跟隨時代的腳步優化教學手段，從而也降低了教學能力和教學質量，在實際教學的過程中，也根本沒有辦法將知識講解明了并且和實訓結合到一起[3]，在教學當中只是機械性重復地完成教學工作，完成教學目標，這樣的師資隊伍不僅不能夠做好相應的教學工作，也無法正確地引導學生，激發學生的學習熱情，缺乏正確的教學理念。

3 基于Arduino的單片機課程教學改革和開發策略

3.1 建設單片機理論技術一體教室

通過教學場所和教學環境的改善，可以在一定程度上提升教學質量，提升學生對專業知識的認知，并且注意加強教學途徑的研究，要真正地將教學和實踐結合到一起，建立一體化的實驗教室，所以各大職業院校的領導人員一定要加強對單片機應用技術一體教室的資金投入和設計，并把理論和實踐結合在一起，在進行專業建設的過程中，中職學校應當將當前的實際情境進行建設，在建設過程中要秉承著簡單易懂的教學原則，以黑板為中心，以學生為創客的主體，建設學生與仿真單片機交互式的教學實訓臺，并且黑板的一側也要布置好多媒體，實訓臺也要注意配備相應的電子元件。

3.2 根據學生實際需求進行教學

教學環節要和社會的需求緊扣。教師可以通過對社會崗位和相關工作進行有效分析得出在單片機應用技術崗位所需要的知識能力，并根據技能的課程標準和相關知識來構建相應的課程體系，教師可以將Arduino實驗開發板應用到企業一般單片機的開發板當中，教師可以將最普通的電子產品制作和電子產品調試作為一個后續教學的載體，分解成電路內部控制與電路外部結構設計，還有音樂和電路設計制作等幾部分。將這些簡單的項目融合到一起輔助學生理論知識的學習，將理論和實踐結合到一起，為學生創造出實際的學習情境，完成整個任務，提高學生的個人技能。[4-5]

3.3 基于工作過程展開教學工作

在改革過程中，教學方案不同，實驗內容也不同，同學可以在創客實驗室中進行單片機實驗，教師應當將學生每5人分1組，選取一人作為組長后將每個教學項目都讓每個小組體驗一遍，可分為任務安排、任務執行和檢查評估三部分。每一個部分教師都要設置任務點和教學目標，教師在備課的同時也要根據課程需求準備好相應的教學材料，認真做好詳細的備課工作。

4 結語

單片機課程教學還存在課程教學方法過于單一，師資隊伍建設不夠完善等問題，但是只要相關負責人能夠有效地應用Arduino，將其作為載體，加強單片機課程的教學改革，建立單片機理論技術為一體的創客教室環境，根據學生的實際需要開展教學，基于工作過程展開教學工作，就可以從根本上提高單片機課程的教學效率，并且推動其改革發展。在未來的實際發展中，有關單片機教學方面的難點會越來越多，教學重點也會逐漸出現遷移，所以各個學校應當要做好單片機課程的理論教學改革工作，有效應用Arduino技術推動單片機課程教學的發展。