主頁 > 技術文章 > 關于工作過程導向的高職《單片機技術》課程改革與實踐 2024-10-10

關于工作過程導向的高職《單片機技術》課程改革與實踐

摘要：分析了目前高職單片機課程教學存在的主要問題，提出了基于工作過程導向的“項目引領、任務驅動”教學模式改革措施，重點闡述了在任務實施過程中的做什么、怎么做、跟我做（我來做）、跟我學、比比看、歸歸類等具體步驟。實踐表明，教學模式改革后學生的學習效果明顯提高，崗位應用能力明顯增強。
一、引言：
　　《單片機技術》是一門工科機電、電氣類專業(yè)重要的專業(yè)基礎課，也是電子信息類專業(yè)的核心課。作為一名多年從事該課程教學的專任教師在與同行們的交流過程中深知目前國內高職院校的單片機課程教學還存在不少問題,學生學習效果還不夠理想�？偨Y其原因主要有以下幾個方面：
　　（一）理論與實際應用脫節(jié)。教師以課堂理論講授為主，軟硬件介紹分割，涉及到對理論的驗證時要等到實驗課上才能進行，動腦與動手脫節(jié)。有限次數(shù)的實驗也只是局限于實驗箱上提供的幾個固定題目，實驗箱上元件紛繁復雜，學生根本無法弄清各實驗內容的具體電路，只能按給定的硬件接幾根線和按參考書事先編好的程序打字輸入，經(jīng)軟件編譯，通電、下載似乎也就完成了實驗。顯然，這種膚淺的驗證性實驗導致學生根本無法了解單片機開發(fā)應用的工程問題，使得學生在構建實際的單片機應用系統(tǒng)時缺乏系統(tǒng)化、整體性的設計思路，簡言之，就是單片機學完了并不會應用。
　　（二）理論講授過多，缺乏綜合性、開發(fā)性的實踐項目訓練。高職學生本身邏輯思維要弱于形象思維，理論講解時學生始終處于被動學習狀態(tài)。動手機會少，不能真正參與到學習活動中，使學生感覺理論枯燥乏味，導致了他們的創(chuàng)造性、主動性不能充分發(fā)揮，使課程教學容易陷入教師難教、學生難學的尷尬境地。
　�。ㄈ┸浖_發(fā)采用抽象難懂的匯編語言。匯編語言對硬件結構依賴大,通用性和可移植性差，要自己控制程序的跳轉和流程，復雜程序難以調試，并且在初學時就要掌握很多如寄存器分布、尋址方式等難于理解的概念。匯編語言的入門困難和可學性差，致使學生學得吃力，老師教得幸苦，效果還不理想。而在實際單片機應用系統(tǒng)中廣泛使用的是C語言，匯編語言已很少應用。
　�。ㄋ模┛己朔绞讲粔蚝侠怼τ趩纹瑱C課程的考核一般采用閉卷考試或閉卷考試與實驗成績相結合的方式。閉卷考試的試題一般客觀性較強，而課程本身概念抽象，要求有硬件理論基礎，軟件又不能脫離開發(fā)環(huán)境。傳統(tǒng)的考試形式在一定程度上只能考查學生對某些知識點的記憶能力，例如背若干指令、說明幾個元件的作用、編一段簡單的程序，無法靈活地考查學生實際分析問題與解決問題的能力，很可能導致高分低能。
　�。ㄎ澹┱n程本身難度較大。課程涉及計算機技術和電子技術等多方面內容，應用系統(tǒng)電路復雜,接口芯片多,元器件多,需要軟件與硬件的有機結合，也導致了本身偏軟或偏硬方向的同學不能取得良好的學習效果。
　　經(jīng)過近兩年國家示范性高職院校的課程改革、探索與實踐，基于工作過程導向的項目引領、任務驅動課程教學模式成功應用于單片機技術課程教學，取得了良好效果。主要做法是：按企業(yè)相關職業(yè)崗位工作能力需求將課程內容重構為若干個典型項目，各項目又根據(jù)功能和要求分解為若干任務。“項目引領”使學生明確學習目標,知道自己要做什么,“任務驅動”使學生知道怎么做。教師圍繞具體的實際項目組織和開展教學活動,學生帶著任務邊學邊做,直接參與項目實施的全過程。通過教師引導、自己探究、小組合作、講解討論、總結提高等多種形式完成從理論知識到職業(yè)能力的轉化。
二、基于工作過程導向的高職單片機技術課程改革依據(jù)：
　　高職教育是以就業(yè)為導向的職業(yè)教育，總體培養(yǎng)目標是第一線的“高素質技能型人才”。課程改革的目標與培養(yǎng)目標定位應當是吻合的，改革的方向是要體現(xiàn)職業(yè)能力、就業(yè)能力和創(chuàng)業(yè)能力培養(yǎng)，盡量縮短學校教育與就業(yè)需求之間的距離，為學生畢業(yè)后直接上崗做好準備。
　�。ㄒ唬┗诠ぷ鬟^程導向的課程改革是近年來國際職業(yè)教育課程發(fā)展的重要方向。以工作任務為中心來組織教學內容和教學過程，使學生在完成具體工作任務的實踐活動中獲取知識和技能，“教學做”一體化，同時能有效地建立課堂和社會生產(chǎn)的聯(lián)系,能有效地提高學生的多種能力,為學生今后的職業(yè)生涯奠定堅實基礎。
　�。ǘ╉椖拷虒W是工作過程導向課程的典型表現(xiàn)形式�；诠ぷ鬟^程的“項目引領、任務驅動”教學模式，體現(xiàn)了以就業(yè)為導向，以上崗為目標，以學生為主體，以教師為主導，以作品為載體，以行動過程為途徑，以學生的能力培養(yǎng)為目標的全新職業(yè)教育理念，讓素質、職業(yè)能力、崗位技術三者緊密結合，學生與企業(yè)“無縫”對接。
　�。ㄈ┤蝿镇寗咏虒W符合建構主義學習理論。建構主義學習理論認為，學生的學習活動應該與任務或問題相結合，以探索問題來引導和維持學習者學習的興趣和動機。任務驅動教學能使教師的教學和學生的學習圍繞一個目標，能有效培養(yǎng)學生的自學能力和獨立分析問題和解決問題的能力。通過“任務”實現(xiàn)過程能充分展現(xiàn)單片機技術的實用性和趣味性，激發(fā)學生的學習熱情，讓學習的過程是一個不斷體驗成就感的過程，使學生從“要我學”轉變?yōu)?ldquo;我要學”。
三、基于工作過程導向的高職單片機技術課程的實施過程：
　　基于工作過程導向的單片機技術課程實施的前題是做好項目準備。課程組要與企業(yè)專家共同分析單片機技術相關崗位的工作過程與工作任務，明確單片機技術課程對應的職業(yè)崗位能力，以工作崗位提取的典型真實產(chǎn)品作為載體，將傳統(tǒng)課程體系中的知識、技能、素質內容由易到難序化為若干個教學項目,再將項目實施步驟分解成若干子任務。我們將課程內容序化為LED彩燈控制與制作、抽獎器設計、數(shù)碼管電子鐘設計、LED點陣屏設計、交通燈遠程控制、智能小車控制、數(shù)字電壓表設計、LCD多功能電子萬年歷制作等8個項目，又將每一項目分解成2～5個工作任務。各項目的任務內容在授課順序上符合前后知識的連貫性，前面的內容應為后面的做準備，后面的內容在不斷注入新知識的同時，也應該對前面學過的知識與技能進行適當?shù)闹貜秃挽柟�。教學實施前教師還應做好另外兩種準備：一是角色轉換準備。教師要重新定位自我，由傳統(tǒng)的“主導”地位變?yōu)榇龠M學生學習、引導學生成功的“輔助”地位；二是硬件條件及教學資源準備。應準備好一體化的教學環(huán)境，不再明確區(qū)分理論與實踐教學內容。下面以“交通燈遠程控制”項目中的“模擬交通燈控制”任務為例說明任務驅動教學的具體組織與實施步驟：
　�。ㄒ唬┳鍪裁�—提出任務（教師布置任務），讓學生明確任務內容及要求。要求系統(tǒng)上電后，東西南北十字路口的交通燈按正常規(guī)律變化，若按K1鍵（特殊情況）南北方向綠燈放行15S，若按K2鍵（緊急情況），兩個方向均為紅燈禁行20S，緊急情況優(yōu)先于特殊情況，時間到時自動返回正常狀態(tài)。本任務具有一定的綜合性和實踐性，讓學生既能學到新知識（中斷）又能復習舊知識（按鍵、定時）；同時也具有一定的趣味性和創(chuàng)新性，有利于學生發(fā)揮潛能。要圍繞項目的工作過程進行任務設計，并且符合學生認知規(guī)律，不應過易或過難，當實在不便于分解時也可以設置相關任務加以過渡。換言之，任務不一定要求絕對是真實的，只要能達到知識和技能提高的目的，模擬任務也可以。
（二）怎么做—分析任務（學生分析/教師指導）。在明確任務之后，讓學生對任務進一步加以分析，進行任務所需的資料、材料等的準備，由組長組織討論實施步驟并對人員進行分工。要求學生畫出系統(tǒng)框圖（設計系統(tǒng)電路）以及試著繪制程序流程圖，讓學生動筆和獨立思考，并要求學生寫出幾條主要語句（函數(shù)）。學生根據(jù)自己的知識積累設計硬件電路或參考并讀懂教材中已有電路原理，自己確定哪些地方不夠熟悉以及該部分涉及的是新知識還是舊內容，對于新知識則要主動學習，若是舊內容則應復習鞏固。教師要進行必要的提示并對學生出現(xiàn)的錯誤及時加以修正。當然，對于新知識或一些有難度的“任務”，教師也可以事先演示（示范）出最終的效果，讓學生有直觀的體驗，并講解或提示任務實現(xiàn)過程的要點、難點與步驟，降低任務難度，增加他們完成任務的信心。
　�。ㄈ└易觯ㄎ襾碜觯�—任務實施（共同完成任務）。前幾個任務需要教師帶領學生完成（跟我做），后面的任務盡量由學生獨立完成（我來做）。自然班學生自由組合，每兩人為一組，軟硬件訓練互補，即一個側重于完成硬件設計制作，另一個側重于完成軟件調試與聯(lián)調，下次任務兩人交換角色。考慮到教學進度、學生學習的循序漸進性和現(xiàn)有的知識結構，教師在資料中對于多數(shù)任務應給出部分或全部參考電路與程序，然后指導學生在模擬仿真軟件keil上編輯、編譯程序，用Proteus繪制電路原理圖，先在Proteus中仿真通過，再將目標文件下載到實際制作的單片機系統(tǒng)中。接上電源，觀察按下K1鍵交通燈是否實現(xiàn)南北方向放行，再按下K2鍵是否全為紅燈。
　�。ㄋ模└覍W—任務總結（新知識總結與講授）。要求學生根據(jù)前面觀察到的現(xiàn)象、找出的變化規(guī)律進行深層次的分析、思考、討論及交流，總結新的知識點。例如，設想一下同時按K1與K2會發(fā)生什么現(xiàn)象，將中斷觸發(fā)方式設置為低電平有效又會怎樣，這些都可以實踐一下。觀察現(xiàn)象并找出變化規(guī)律是培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的重要環(huán)節(jié)。由于課程本身的難度特點，教師的講授環(huán)節(jié)必不可少。教師在學生基本明白了任務當中的現(xiàn)象與對應的知識內容后，要結合硬件實物電路或虛擬軟件深入分析講解新知識內容，讓學生的知識與技能不斷地提高。
　　（五）比比看—任務考核（任務評價）。任務驅動教學法歸屬為行動導向式教學，學生學習效果的考核評價應重點關注任務的完成過程和完成效果，讓學生明確工作過程的每一個環(huán)節(jié)應該做什么。教師要將過程考核作為激發(fā)學生學習積極性和主動性的一項有力措施。每個任務結束前，現(xiàn)場檢查各小組的任務作品，任務考核時各小組成員也要參與其中，自評、互評與師評各占一定比例。教師要及時表揚出色完成任務和有創(chuàng)新的小組，在平時成績中給他們加分鼓勵。要設計好過程評價表，對工作態(tài)度、質量、速度、協(xié)作、文明規(guī)范（5S）、安全、記錄等方面均應有所體現(xiàn)，重在促進學生工作技能、個人素質的全面提高。對一次課不能完成的任務，應限定日期完成。建議課程以過程考核為主（占60%），期末理論考試與單片機技能項目抽簽操作考核為輔（各占20%）的方式考核。
　�。w歸類—任務文檔整理（技術報告）。一個完整的項目不僅僅包括電路硬件、程序軟件，還有很多其他技術文件，如可行性論證報告、項目說明書等，學生的文字組織與文檔整理能力非常有必要訓練。每個任務完成后，都要求學生寫出完整的任務訓練報告，主要包括任務要求、任務分析、任務電路、任務程序、任務總結等。要求規(guī)范繪制電路圖，寫出符合編程規(guī)范的C51代碼并加上必要的注釋。
　　任務驅動教學要求教師不斷地在方法上進行引導，使學生把時間和精力主要花在動手探索和分析討論上。由于基礎不一，理解能力有高有低，有些學生可能跟不上教學進度，對此，要及時進行課堂小結和知識點的回顧，并且要在實驗室開放時或業(yè)余時間加以單獨輔導，使學習能力和動手能力差的學生跟上教學進度。

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