以創(chuàng)新能力為導(dǎo)向的立體化單片機(jī)綜合實(shí)驗(yàn)探索

郭星辰

摘 要：實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力對(duì)于五年制高職學(xué)生來(lái)說(shuō)至關(guān)重要。本文通過(guò)分析五年制高職學(xué)生學(xué)情以及單片機(jī)課程要求，提出了一種以創(chuàng)新能力為導(dǎo)向的立體化單片機(jī)綜合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法，分析闡述了設(shè)計(jì)思路、具體實(shí)施過(guò)程并總結(jié)了探索的成效。教學(xué)實(shí)踐證明，該方法能有效提高學(xué)生學(xué)習(xí)效率，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，對(duì)提高學(xué)生的綜合實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力具有顯著的作用。

關(guān)鍵詞：五年制高職 創(chuàng)新能力 立體化 綜合實(shí)驗(yàn)

五年制高職融中等職業(yè)教育和高等職業(yè)教育于一體，同時(shí)又具備高等教育和職業(yè)教育的雙重屬性，培養(yǎng)面向生產(chǎn)、建設(shè)、服務(wù)、管理等方面一線的高端技能型專門人才。五年制高職學(xué)生是否具備創(chuàng)新精神、創(chuàng)新能力，對(duì)于實(shí)際生產(chǎn)影響很大。

單片機(jī)是五年制高職應(yīng)用電子技術(shù)專業(yè)的一門專業(yè)核心課程，著重培養(yǎng)學(xué)生利用單片機(jī)知識(shí)解決工程實(shí)踐問(wèn)題的能力。而實(shí)踐教學(xué)又是單片機(jī)課程教學(xué)的重要環(huán)節(jié)，科學(xué)合理地設(shè)計(jì)綜合實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，能讓學(xué)生動(dòng)手能力得到提高，綜合素質(zhì)也能得到相應(yīng)提高。

筆者在教學(xué)實(shí)踐探索中，根據(jù)單片機(jī)課程教學(xué)要求，結(jié)合五年制高職學(xué)生特點(diǎn)，提出以創(chuàng)新能力為導(dǎo)向的立體化單片機(jī)綜合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法，力圖打破課程教學(xué)時(shí)間和空間的限制，改變教學(xué)手段單一、學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不高的現(xiàn)狀，彌補(bǔ)目前單片機(jī)綜合實(shí)驗(yàn)的不足，提高學(xué)生的綜合實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。

一、立體化單片機(jī)綜合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路

以創(chuàng)新能力為導(dǎo)向的立體化單片機(jī)綜合實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)思路，主要體現(xiàn)在線上與線下相融合、理論與實(shí)踐相融合、虛擬與實(shí)際相融合、教學(xué)與生產(chǎn)相融合四個(gè)方面。

（一）線上與線下相融合

線上學(xué)習(xí)以Moodle平臺(tái)（一種開(kāi)源課程管理系統(tǒng)）為主，適當(dāng)結(jié)合QQ群等功能，教師在Moodle平臺(tái)上發(fā)布實(shí)驗(yàn)任務(wù)及相關(guān)學(xué)習(xí)資源，引導(dǎo)學(xué)生自主探究學(xué)習(xí);線下強(qiáng)化實(shí)踐操作，小組合作、教師指導(dǎo)，提高課堂教學(xué)效果。將線上與線下有機(jī)融合，能保證學(xué)生學(xué)習(xí)通道暢通。

（二）理論與實(shí)踐相融合

單片機(jī)是一門技術(shù)性和工程性都很強(qiáng)的課程，如果割裂理論與實(shí)踐的聯(lián)系，會(huì)導(dǎo)致學(xué)生在工程實(shí)踐方面表現(xiàn)不好。對(duì)于綜合實(shí)驗(yàn)中涉及的知識(shí)點(diǎn)，教師需要繼續(xù)強(qiáng)化和鞏固，讓學(xué)生知其所以然，這對(duì)于五年制高職學(xué)生來(lái)說(shuō)尤為重要。對(duì)于教師來(lái)說(shuō)，最大的挑戰(zhàn)就是如何將抽象的知識(shí)具象化。

（三）虛擬與實(shí)際相融合

虛擬仿真采用Proteus軟件，學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求，參考Moodle平臺(tái)中的學(xué)習(xí)資料，獨(dú)立設(shè)計(jì)電路，利用Keil uVision4編譯環(huán)境編寫程序，聯(lián)合Proteus軟件進(jìn)行仿真調(diào)試。模擬完成后，焊接實(shí)際電路，再進(jìn)行調(diào)試。

這樣既可以提高任務(wù)完成效率，又可以降低因設(shè)計(jì)問(wèn)題導(dǎo)致的硬件投入成本。

在單片機(jī)教學(xué)中引入Proteus軟件，構(gòu)建虛擬與實(shí)際相融合的實(shí)驗(yàn)方式，可以有效提高學(xué)生的單片機(jī)應(yīng)用能力。

（四）教學(xué)與生產(chǎn)相融合

將校企合作企業(yè)的生產(chǎn)任務(wù)和單片機(jī)實(shí)際教學(xué)內(nèi)容相結(jié)合，校內(nèi)教師和企業(yè)兼職教師共同商討項(xiàng)目任務(wù)，制定實(shí)施方案和驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，可以為學(xué)生創(chuàng)設(shè)真實(shí)的生產(chǎn)環(huán)境，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)中了解企業(yè)工作要求，熟悉產(chǎn)品研發(fā)流程，實(shí)現(xiàn)教學(xué)過(guò)程與生產(chǎn)過(guò)程對(duì)接。

二、 立體化單片機(jī)綜合實(shí)驗(yàn)的實(shí)現(xiàn)路徑

（一）利用不同形式的學(xué)習(xí)資源

利用不同形式的學(xué)習(xí)資源，改變了原來(lái)僅以教材作為學(xué)習(xí)資源的局面。沿著“整合資源、開(kāi)發(fā)資源、改造資源、創(chuàng)新資源”的路徑，探索開(kāi)發(fā)學(xué)習(xí)資源的路徑和方法，確保立體化學(xué)習(xí)資源建設(shè)成功。

學(xué)習(xí)資源具體包括教材、任務(wù)書、學(xué)習(xí)視頻、電路庫(kù)、程序包、單片機(jī)開(kāi)發(fā)小工具、專業(yè)網(wǎng)站等。豐富的學(xué)習(xí)資源內(nèi)容以及形式，有利于幫助學(xué)生更好地完成單片機(jī)綜合實(shí)驗(yàn)。

（二） 采用線上線下混合式教學(xué)模式

采用線上線下混合教學(xué)模式，改變了原來(lái)的“黑板、粉筆、教材”的傳統(tǒng)教學(xué)方式。采用信息化手段，打破了學(xué)生學(xué)習(xí)的時(shí)空限制，使學(xué)習(xí)資源唾手可得，讓學(xué)習(xí)隨時(shí)隨地都可以進(jìn)行。

采用線上線下混合式教學(xué)模式，夯實(shí)了學(xué)生專業(yè)基礎(chǔ)，增強(qiáng)了學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)。教師在教學(xué)過(guò)程中，根據(jù)學(xué)情動(dòng)態(tài)調(diào)整教學(xué)策略，使不同學(xué)習(xí)能力的學(xué)生都能提高學(xué)習(xí)成績(jī)。

（三）采用虛擬仿真與實(shí)物制作相結(jié)合的實(shí)驗(yàn)方式

采用虛擬仿真與實(shí)物制作相結(jié)合的實(shí)驗(yàn)方式，一方面采用虛擬仿真軟件可以提高單片機(jī)實(shí)操的效果;另一方面，它又能直觀地查看電路運(yùn)行效果，增強(qiáng)學(xué)生完成綜合實(shí)驗(yàn)的動(dòng)力及信心。

（四）采用多維度綜合的評(píng)價(jià)方式

采用多維度綜合的評(píng)價(jià)方式，改變了原來(lái)的考核評(píng)價(jià)方式，單片機(jī)綜合實(shí)驗(yàn)改革能否成功，在很大程度上取決于評(píng)價(jià)改革是否到位。單一的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)在一定程度上影響了學(xué)生積極性和創(chuàng)造性的發(fā)揮，學(xué)生渴望得到認(rèn)可，希望得到肯定，科學(xué)、客觀、公正的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的制定對(duì)于學(xué)生來(lái)說(shuō)至關(guān)重要。針對(duì)單片機(jī)課程以及綜合實(shí)驗(yàn)實(shí)施與考核要求，主要應(yīng)考慮從線上學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)和課堂學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)、過(guò)程性評(píng)價(jià)和總結(jié)性評(píng)價(jià)、課內(nèi)評(píng)價(jià)和課外評(píng)價(jià)、教師評(píng)價(jià)和學(xué)生評(píng)價(jià)等不同角度對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)成果進(jìn)行綜合考量。

三、立體化單片機(jī)綜合實(shí)驗(yàn)的具體實(shí)施過(guò)程

（一）學(xué)習(xí)平臺(tái)及實(shí)驗(yàn)工具介紹

Moodle平臺(tái)基于建構(gòu)主義設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)，支持自主學(xué)習(xí)、協(xié)作學(xué)習(xí)等，有豐富的日志、報(bào)表等功能，可以通過(guò)對(duì)學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)活動(dòng)的追蹤分析，最終形成評(píng)價(jià)結(jié)果。正是基于這一特點(diǎn)，選擇Moodle平臺(tái)作為單片機(jī)綜合實(shí)驗(yàn)的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)。

仿真軟件采用Proteus8.9版本，該軟件是Proteus系列的新版本，也是英國(guó)某公司研發(fā)的嵌入式系統(tǒng)仿真開(kāi)發(fā)軟件，從原理圖設(shè)計(jì)、單片機(jī)編程、系統(tǒng)仿真到PCB設(shè)計(jì)，能夠幫助用戶進(jìn)行模擬電路運(yùn)行以及電路設(shè)計(jì)，廣泛應(yīng)用于教學(xué)領(lǐng)域以及工業(yè)設(shè)計(jì)方面，是教師、學(xué)生和電路設(shè)計(jì)人員的必備軟件之一。

軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境采用的國(guó)外的某個(gè)系統(tǒng)，支持匯編語(yǔ)言、C語(yǔ)言以及混合編程，同時(shí)具備功能強(qiáng)大的軟件仿真和硬件仿真功能。提供豐富的數(shù)據(jù)和功能強(qiáng)大的集成開(kāi)發(fā)調(diào)試工具，是一款非常優(yōu)秀的單片機(jī)開(kāi)發(fā)軟件。

微處理器采用某公司生產(chǎn)的AT89S52型號(hào)單片機(jī)。該款單片機(jī)上市時(shí)間比較久，但是應(yīng)用比較廣泛，大部分教材、電路、資料等都是基于該款單片機(jī)開(kāi)發(fā)的，應(yīng)用于教學(xué)比較方便，同時(shí)也是單片機(jī)入門學(xué)習(xí)的首選。其他集成電路、分立元件等根據(jù)單片機(jī)綜合實(shí)驗(yàn)任務(wù)確定。

（二）具體實(shí)施過(guò)程

立體化單片機(jī)綜合實(shí)驗(yàn)過(guò)程主要以學(xué)生為中心，充分發(fā)揮學(xué)生的自主探究學(xué)習(xí)能力、團(tuán)結(jié)合作精神，培養(yǎng)學(xué)生的綜合實(shí)踐能力以及創(chuàng)新能力。

1.發(fā)揮教師主導(dǎo)作用

教師需要充分發(fā)揮主導(dǎo)作用，主要做好科學(xué)分組、發(fā)布任務(wù)、過(guò)程指導(dǎo)、驗(yàn)收答辯、任務(wù)總結(jié)等環(huán)節(jié)的工作，具體如下。

一是教師應(yīng)按照學(xué)生學(xué)情進(jìn)行科學(xué)分組，每組有3個(gè)學(xué)生，采取自愿與互補(bǔ)相結(jié)合的原則，綜合考慮學(xué)生特長(zhǎng)、動(dòng)手能力，目的是讓學(xué)生充分發(fā)揮自己的長(zhǎng)處，同時(shí)又能在完成任務(wù)過(guò)程中相互學(xué)習(xí)，彌補(bǔ)自己的不足。

二是在Moodle平臺(tái)發(fā)布學(xué)習(xí)任務(wù)，提供學(xué)生必要的任務(wù)書、參考資料、學(xué)習(xí)視頻等方面的材料，引導(dǎo)學(xué)生提前思考、提前謀劃，為學(xué)生完成方案設(shè)計(jì)提供幫助。教師發(fā)布任務(wù)時(shí)，可以設(shè)置基礎(chǔ)任務(wù)和創(chuàng)新任務(wù)兩個(gè)層次的任務(wù)要求?；A(chǔ)任務(wù)面向全體學(xué)生，注重培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)操能力以及綜合運(yùn)用知識(shí)的能力。創(chuàng)新任務(wù)是選做內(nèi)容，鼓勵(lì)學(xué)有余力的學(xué)生嘗試，是自由發(fā)揮動(dòng)作，注重提高學(xué)生的科研實(shí)踐能力。同時(shí)，借助Moodle平臺(tái)或QQ群等，課后方便教師與學(xué)生進(jìn)行交流答疑。

三是在任務(wù)實(shí)施過(guò)程中，教師要做好指導(dǎo)工作，因?yàn)榫C合實(shí)驗(yàn)對(duì)于五年制高職學(xué)生來(lái)說(shuō)還是有一定難度的。如果分組數(shù)量較多，教師精力有限，可以請(qǐng)能力較強(qiáng)的學(xué)生擔(dān)任“小師傅”，幫助其他學(xué)生完成任務(wù)。

四是因?yàn)閱纹瑱C(jī)綜合實(shí)驗(yàn)結(jié)果不僅體現(xiàn)在是否完成了實(shí)驗(yàn)任務(wù)，還體現(xiàn)在學(xué)生在制作過(guò)程是否融入了思考。所以在驗(yàn)收答辯環(huán)節(jié)，一方面，加入詳細(xì)的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，每個(gè)微小、細(xì)致的功能都對(duì)應(yīng)分值，逐一打分，這也是在驗(yàn)收環(huán)節(jié)考核學(xué)生學(xué)習(xí)任務(wù)的重要手段。另一方面，需要學(xué)生詳細(xì)介紹設(shè)計(jì)思路、軟硬件使用方法、出現(xiàn)的困難及解決辦法、完成效果等方面的內(nèi)容。特別是針對(duì)完成創(chuàng)新任務(wù)的學(xué)生，教師要著重聽(tīng)取他們的設(shè)計(jì)思路及實(shí)現(xiàn)方法。教師根據(jù)學(xué)生任務(wù)完成情況以及答辯情況，及時(shí)給予反饋，并進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。目的是讓學(xué)生通過(guò)記錄、整理、思考、表達(dá)、反饋等環(huán)節(jié)，學(xué)習(xí)技能。

五是在綜合實(shí)驗(yàn)完成后對(duì)學(xué)生完成任務(wù)情況進(jìn)行總結(jié)，對(duì)共性問(wèn)題進(jìn)行集中反饋，并對(duì)實(shí)驗(yàn)的相關(guān)文本材料提出具體要求。

2.發(fā)揮學(xué)生主體作用

學(xué)生需要充分發(fā)揮主體作用，主要完成查找資料、小組研討、設(shè)計(jì)方案、軟硬件聯(lián)機(jī)調(diào)試、提交驗(yàn)收、完成相關(guān)文本資料等方面工作，具體工作內(nèi)容如下。

一是小組學(xué)生在Moodle平臺(tái)領(lǐng)取任務(wù)，并且學(xué)習(xí)教師提供的相關(guān)資料，然后進(jìn)行深入探討，針對(duì)基礎(chǔ)任務(wù)和創(chuàng)新任務(wù)制定出合理方案。學(xué)生既可以選擇基礎(chǔ)任務(wù)，也可以根據(jù)自身基礎(chǔ)、能力，在教師給出的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目基礎(chǔ)上進(jìn)行增減、完善或創(chuàng)新，但是創(chuàng)新任務(wù)需要與教師溝通探討，確定任務(wù)切實(shí)可行。在方案設(shè)計(jì)過(guò)程中，也可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)收集相關(guān)文獻(xiàn)資料或設(shè)計(jì)資料，完善方案設(shè)計(jì)。

二是在經(jīng)過(guò)小組討論確定后，學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求，在Proteus軟件中獨(dú)立設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)電路，并在其他軟件上編寫程序，聯(lián)合仿真調(diào)試，在計(jì)算機(jī)觀測(cè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，如發(fā)現(xiàn)硬件設(shè)計(jì)問(wèn)題可以在軟件中修改。任務(wù)完成后，學(xué)生依據(jù)驗(yàn)證后的電路圖完成硬件電路制作，隨后再進(jìn)行軟、硬件調(diào)試，直到其功能滿足任務(wù)要求。

三是完成任務(wù)后，提交驗(yàn)收?qǐng)?bào)告并進(jìn)行答辯，各小組學(xué)生針對(duì)設(shè)計(jì)思路、軟硬件調(diào)試出現(xiàn)的問(wèn)題以及解決辦法等方面，與教師進(jìn)行溝通。

四是完成驗(yàn)收答辯后，根據(jù)教師的要求以及實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的記錄，完善實(shí)驗(yàn)相關(guān)文本材料。

四、實(shí)施效果

從筆者所在學(xué)校近兩年所進(jìn)行的以創(chuàng)新能力為導(dǎo)向的立體化單片機(jī)綜合實(shí)驗(yàn)探索情況來(lái)看，通過(guò)立體化單片機(jī)綜合實(shí)驗(yàn)的鍛煉，學(xué)生的合作意識(shí)、創(chuàng)新意識(shí)以及電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)能力都得到了提高，集中反映在任務(wù)的完成度、達(dá)標(biāo)率等方面。創(chuàng)新任務(wù)的實(shí)現(xiàn)各有千秋，表明學(xué)生能夠在專業(yè)能力范圍內(nèi)，充分發(fā)揮想象力。

另外，學(xué)生的表達(dá)能力、文字撰寫能力也相應(yīng)得到了提高。在座談和調(diào)查中，學(xué)生對(duì)此反應(yīng)比較強(qiáng)烈，認(rèn)可度較高。

在此基礎(chǔ)上，筆者所在學(xué)校應(yīng)用電子技術(shù)專業(yè)的學(xué)生在省市創(chuàng)新大賽以及大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽中，屢獲佳績(jī)，榮獲市級(jí)以上獎(jiǎng)項(xiàng)累計(jì)達(dá)22項(xiàng)。另外，針對(duì)應(yīng)用電子技術(shù)專業(yè)畢業(yè)生跟蹤調(diào)查反映出，學(xué)生在本科階段學(xué)習(xí)或者在工作崗位上表現(xiàn)較好，普遍具備踏實(shí)肯干、技術(shù)過(guò)硬、創(chuàng)新創(chuàng)造的好品質(zhì)，持續(xù)發(fā)展能力較強(qiáng)。

五、小結(jié)

以創(chuàng)新能力為導(dǎo)向的立體化單片機(jī)綜合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法，教學(xué)資源豐富、教學(xué)手段靈活，學(xué)生實(shí)驗(yàn)時(shí)間、空間相對(duì)自由，學(xué)生逐漸由被動(dòng)學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)學(xué)習(xí)。小組合作形式培養(yǎng)了學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)、交流、團(tuán)結(jié)合作的意識(shí)，探究性學(xué)習(xí)方法培養(yǎng)了學(xué)生認(rèn)真分析、思考、解決問(wèn)題的能力。基礎(chǔ)任務(wù)和創(chuàng)新任務(wù)的分層設(shè)計(jì)滿足了學(xué)生學(xué)習(xí)需求，提高了學(xué)生綜合運(yùn)用知識(shí)的能力以及實(shí)踐創(chuàng)新的能力。

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（作者單位：江蘇省南京工程高等職業(yè)學(xué)校）