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关于工作过程导向的高职《单片机技术》课程改革与实践



摘要:分析了目前高职单片机课程教学存在的主要问题,提出了基于工作过程导向的“项目引领、任务驱动”教学模式改革措施,重点阐述了在任务实施过程中的做什么、怎么做、跟我做(我来做)、跟我学、比比看、归归类等具体步骤。实践表明,教学模式改革后学生的学习效果明显提高,岗位应用能力明显增强。 
一、引言 :
   《单片机技术》是一门工科机电、电气类专业重要的专业基础课,也是电子信息类专业的核心课。作为一名多年从事该课程教学的专任教师在与同行们的交流过程中深知目前国内高职院校的单片机课程教学还存在不少问题,学生学习效果还不够理想。总结其原因主要有以下几个方面: 
   (一)理论与实际应用脱节。教师以课堂理论讲授为主,软硬件介绍分割,涉及到对理论的验证时要等到实验课上才能进行,动脑与动手脱节。有限次数的实验也只是局限于实验箱上提供的几个固定题目,实验箱上元件纷繁复杂,学生根本无法弄清各实验内容的具体电路,只能按给定的硬件接几根线和按参考书事先编好的程序打字输入,经软件编译,通电、下载似乎也就完成了实验。显然,这种肤浅的验证性实验导致学生根本无法了解
单片机开发应用的工程问题,使得学生在构建实际的单片机应用系统时缺乏系统化、整体性的设计思路,简言之,就是单片机学完了并不会应用。 
  (二)理论讲授过多,缺乏综合性、开发性的实践项目训练。高职学生本身逻辑思维要弱于形象思维,理论讲解时学生始终处于被动学习状态。动手机会少,不能真正参与到学习活动中,使学生感觉理论枯燥乏味,导致了他们的创造性、主动性不能充分发挥,使课程教学容易陷入教师难教、学生难学的尴尬境地。 
  (三)软件开发采用抽象难懂的汇编语言。汇编语言对硬件结构依赖大,通用性和可移植性差,要自己控制程序的跳转和流程,复杂程序难以调试,并且在初学时就要掌握很多如寄存器分布、寻址方式等难于理解的概念。汇编语言的入门困难和可学性差,致使学生学得吃力,老师教得幸苦,效果还不理想。而在实际
单片机应用系统中广泛使用的是C语言,汇编语言已很少应用。 
  (四)考核方式不够合理。对于单片机课程的考核一般采用闭卷考试或闭卷考试与实验成绩相结合的方式。闭卷考试的试题一般客观性较强,而课程本身概念抽象,要求有硬件理论基础,软件又不能脱离开发环境。传统的考试形式在一定程度上只能考查学生对某些知识点的记忆能力,例如背若干指令、说明几个元件的作用、编一段简单的程序,无法灵活地考查学生实际分析问题与解决问题的能力,很可能导致高分低能。 
  (五)课程本身难度较大。课程涉及计算机技术和电子技术等多方面内容,应用系统电路复杂,接口芯片多,元器件多,需要软件与硬件的有机结合,也导致了本身偏软或偏硬方向的同学不能取得良好的学习效果。 
  经过近两年国家示范性高职院校的课程改革、探索与实践,基于工作过程导向的项目引领、任务驱动课程教学模式成功应用于单片机技术课程教学,取得了良好效果。主要做法是:按企业相关职业岗位工作能力需求将课程内容重构为若干个典型项目,各项目又根据功能和要求分解为若干任务。“项目引领”使学生明确学习目标,知道自己要做什么,“任务驱动”使学生知道怎么做。教师围绕具体的实际项目组织和开展教学活动,学生带着任务边学边做,直接参与项目实施的全过程。通过教师引导、自己探究、小组合作、讲解讨论、总结提高等多种形式完成从理论知识到职业能力的转化。 
二、基于工作过程导向的高职单片机技术课程改革依据: 
  高职教育是以就业为导向的职业教育,总体培养目标是第一线的“高素质技能型人才”。课程改革的目标与培养目标定位应当是吻合的,改革的方向是要体现职业能力、就业能力和创业能力培养,尽量缩短学校教育与就业需求之间的距离,为学生毕业后直接上岗做好准备。 
  (一)基于工作过程导向的课程改革是近年来国际职业教育课程发展的重要方向。以工作任务为中心来组织教学内容和教学过程,使学生在完成具体工作任务的实践活动中获取知识和技能,“教学做”一体化,同时能有效地建立课堂和社会生产的联系,能有效地提高学生的多种能力,为学生今后的职业生涯奠定坚实基础。 
  (二)项目教学是工作过程导向课程的典型表现形式。基于工作过程的“项目引领、任务驱动”教学模式,体现了以就业为导向,以上岗为目标,以学生为主体,以教师为主导,以作品为载体,以行动过程为途径,以学生的能力培养为目标的全新职业教育理念,让素质、职业能力、岗位技术三者紧密结合,学生与企业“无缝”对接。 
  (三)任务驱动教学符合建构主义学习理论。建构主义学习理论认为,学生的学习活动应该与任务或问题相结合,以探索问题来引导和维持学习者学习的兴趣和动机。任务驱动教学能使教师的教学和学生的学习围绕一个目标,能有效培养学生的自学能力和独立分析问题和解决问题的能力。通过“任务”实现过程能充分展现单片机技术的实用性和趣味性,激发学生的学习热情,让学习的过程是一个不断体验成就感的过程,使学生从“要我学”转变为“我要学”。 
三、基于工作过程导向的高职单片机技术课程的实施过程: 
  基于工作过程导向的
单片机技术课程实施的前题是做好项目准备。课程组要与企业专家共同分析单片机技术相关岗位的工作过程与工作任务,明确单片机技术课程对应的职业岗位能力,以工作岗位提取的典型真实产品作为载体,将传统课程体系中的知识、技能、素质内容由易到难序化为若干个教学项目,再将项目实施步骤分解成若干子任务。我们将课程内容序化为LED彩灯控制与制作、抽奖器设计、数码管电子钟设计、LED点阵屏设计、交通灯远程控制、智能小车控制、数字电压表设计、LCD多功能电子万年历制作等8个项目,又将每一项目分解成2~5个工作任务。各项目的任务内容在授课顺序上符合前后知识的连贯性,前面的内容应为后面的做准备,后面的内容在不断注入新知识的同时,也应该对前面学过的知识与技能进行适当的重复和巩固。教学实施前教师还应做好另外两种准备:一是角色转换准备。教师要重新定位自我,由传统的“主导”地位变为促进学生学习、引导学生成功的“辅助”地位;二是硬件条件及教学资源准备。应准备好一体化的教学环境,不再明确区分理论与实践教学内容。下面以“交通灯远程控制”项目中的“模拟交通灯控制”任务为例说明任务驱动教学的具体组织与实施步骤: 
  (一)做什么—提出任务(教师布置任务),让学生明确任务内容及要求。要求系统上电后,东西南北十字路口的交通灯按正常规律变化,若按K1键(特殊情况)南北方向绿灯放行15S,若按K2键(紧急情况),两个方向均为红灯禁行20S,紧急情况优先于特殊情况,时间到时自动返回正常状态。本任务具有一定的综合性和实践性,让学生既能学到新知识(中断)又能复习旧知识(按键、定时);同时也具有一定的趣味性和创新性,有利于学生发挥潜能。要围绕项目的工作过程进行任务设计,并且符合学生认知规律,不应过易或过难,当实在不便于分解时也可以设置相关任务加以过渡。换言之,任务不一定要求绝对是真实的,只要能达到知识和技能提高的目的,模拟任务也可以。
(二)怎么做—分析任务(学生分析/教师指导)。在明确任务之后,让学生对任务进一步加以分析,进行任务所需的资料、材料等的准备,由组长组织讨论实施步骤并对人员进行分工。要求学生画出系统框图(设计系统电路)以及试着绘制程序流程图,让学生动笔和独立思考,并要求学生写出几条主要语句(函数)。学生根据自己的知识积累设计硬件电路或参考并读懂教材中已有电路原理,自己确定哪些地方不够熟悉以及该部分涉及的是新知识还是旧内容,对于新知识则要主动学习,若是旧内容则应复习巩固。教师要进行必要的提示并对学生出现的错误及时加以修正。当然,对于新知识或一些有难度的“任务”,教师也可以事先演示(示范)出最终的效果,让学生有直观的体验,并讲解或提示任务实现过程的要点、难点与步骤,降低任务难度,增加他们完成任务的信心。 
  (三)跟我做(我来做)—任务实施(共同完成任务)。前几个任务需要教师带领学生完成(跟我做),后面的任务尽量由学生独立完成(我来做)。自然班学生自由组合,每两人为一组,软硬件训练互补,即一个侧重于完成硬件设计制作,另一个侧重于完成软件调试与联调,下次任务两人交换角色。考虑到教学进度、学生学习的循序渐进性和现有的知识结构,教师在资料中对于多数任务应给出部分或全部参考电路与程序,然后指导学生在模拟仿真软件keil上编辑、编译程序,用Proteus绘制电路原理图,先在Proteus中仿真通过,再将目标文件下载到实际制作的单片机系统中。接上电源,观察按下K1键交通灯是否实现南北方向放行,再按下K2键是否全为红灯。 
  (四)跟我学—任务总结(新知识总结与讲授)。要求学生根据前面观察到的现象、找出的变化规律进行深层次的分析、思考、讨论及交流,总结新的知识点。例如,设想一下同时按K1与K2会发生什么现象,将中断触发方式设置为低电平有效又会怎样,这些都可以实践一下。观察现象并找出变化规律是培养学生发现问题、解决问题的重要环节。由于课程本身的难度特点,教师的讲授环节必不可少。教师在学生基本明白了任务当中的现象与对应的知识内容后,要结合硬件实物电路或虚拟软件深入分析讲解新知识内容,让学生的知识与技能不断地提高。 
  (五)比比看—任务考核(任务评价)。任务驱动教学法归属为行动导向式教学,学生学习效果的考核评价应重点关注任务的完成过程和完成效果,让学生明确工作过程的每一个环节应该做什么。教师要将过程考核作为激发学生学习积极性和主动性的一项有力措施。每个任务结束前,现场检查各小组的任务作品,任务考核时各小组成员也要参与其中,自评、互评与师评各占一定比例。教师要及时表扬出色完成任务和有创新的小组,在平时成绩中给他们加分鼓励。要设计好过程评价表,对工作态度、质量、速度、协作、文明规范(5S)、安全、记录等方面均应有所体现,重在促进学生工作技能、个人素质的全面提高。对一次课不能完成的任务,应限定日期完成。建议课程以过程考核为主(占60%),期末理论考试与
单片机技能项目抽签操作考核为辅(各占20%)的方式考核。 
  (六)归归类—任务文档整理(技术报告)。一个完整的项目不仅仅包括电路硬件、程序软件,还有很多其他技术文件,如可行性论证报告、项目说明书等,学生的文字组织与文档整理能力非常有必要训练。每个任务完成后,都要求学生写出完整的任务训练报告,主要包括任务要求、任务分析、任务电路、任务程序、任务总结等。要求规范绘制电路图,写出符合编程规范的C51代码并加上必要的注释。 
  任务驱动教学要求教师不断地在方法上进行引导,使学生把时间和精力主要花在动手探索和分析讨论上。由于基础不一,理解能力有高有低,有些学生可能跟不上教学进度,对此,要及时进行课堂小结和知识点的回顾,并且要在实验室开放时或业余时间加以单独辅导,使学习能力和动手能力差的学生跟上教学进度。 

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