单片机技术应用人才的创新能力培养探讨

□万长征 万云辉

随着科技的不断发展，单片机技术涌入社会各个方面，例如，汽车、手机、IC卡、洗衣机、空调等产品，到处都可以看到单片机的身影。单片机应用市场的繁荣带来了市场对单片机技术人才的大量需求，因此，不少高职院校把单片机技术人才作为培养重点。但在实际培养过程中却产生很多问题。

一、现阶段高职单片机人才培养面临的困难

（一）单片机人才需要掌握的知识较多

单片机应用系统只有具备硬件电路和相应的软件才能正常发挥作用。要想成为单片机应用创新人才，首先必须有扎实的硬件电路功底，才能够动手制作符合电气规程的电路板；其次必须能熟练地操作计算机，熟悉汇编和C语言的编程方法和技巧；第三，单片机是微型计算机的一种类型，本身组成、专业知识非常复杂，学生必须掌握最小工作系统原理、基本并行接口、功能接口、外部总线、接口芯片扩展等知识，而掌握这些知识对高职学生来说是不小的挑战。

（二）单片机教师执教难度大

单片机教师自身需要的知识量非常大，除去关于单片机的专业知识外，还必须熟悉电工电子知识和软件开发技术，能熟练进行软硬件设计，才具备单片机应用系统开发能力。同时还必须掌握教学基本规律，熟悉教学内容，能熟练使用包括“CAI课件”在内的各种教学手段，才能上好这门课程。

（三）适合高职教学用的教材少

现在多数教材都是在“学科体系”思想指导下编写出来的，强调知识的系统性和学科的完整性。目前单片机教材对教学知识的组织顺序体现为：首先介绍单片机的管脚、时钟、复位、内部结构等基本知识；其次再对指令系统、程序设计进行讲解；然后讲述定时器、中断、串口等功能结构的使用；最后介绍各种扩展接口。高职学生很难接受这种教学知识的安排，最终丧失了学习的兴趣。

二、加强理论学习，掌握创新人才培养方法

高职院校培养的学生是生产、建设、管理、服务一线的高素质技能型应用人才，他们的技术能力和创新精神，将直接影响到企业生产的运作效能和技术发展。如何理解和培养具有“创新能力”人才，只有不断地加强理论学习，才能找到创新人才的培养方法。

（一）正确理解 “创新能力”

创新能力是个体运用已有的基础知识和可以利用的材料，并掌握相关学科的前沿知识，产生某种新颖、独特、有社会价值或个人价值的思想、观点、方法和产品的能力。创新能力由创新意识、创新思维、创新技能和创新情感等四大要素构成。

创新能力在实际应用过程中，可以具体表现在学习能力、分析能力、综合能力、想象能力、批判能力、创造能力、解决问题的能力、实践能力、组织协调能力以及整合多种能力的能力等各个方面。

（二）找到适应高职学生“能力创新”培养的教学理论

我国高职教学理论研究分为两个方面：一是引进国外先进的高等职业教育或职业教育的教学模式；二是对中等职业教育课程进行改造的基础上开发的教学模式。但究其根本，一般将建构主义学习理论、陶行知的“创造教育思想”和德国的“职业科学理论”作为我国高职人才培养的教学指导理论。

建构主义学习理论认为，学生的学习过程不能简单看作由教师向学生的知识传递过程，而是学生主动建构自己的知识的过程。在建构过程中，学生对外部信息做主动的选择和加工，其他人不可代替。教学设计的主要任务是为学生的主动学习和知识建构创设一种真实而复杂的学习环境，设置相关问题（任务）。要求学生主动去搜集和分析与任务有关的信息资料，提倡“学中做”与“做中学”，对所学的问题提出各种假设并努力加以验证，善于把当前学习内容与自己巳有的知识经验联系起来，并对这种联系加以认真思考，而不是知识的套用。

建构主义学习理论强调高职学生要掌握“非结构性的经验背景”知识，培养他们适应现场工作的能力，与此同时，建构主义提倡的“以解决学生在现实生活中遇到的问题为目标”，“学习的内容要选择真实性任务”等关于情境教学的主张以及弱化学科界限，强调学科间的交叉的观点，是非常适合高职学生的学习特点的。

陶行知在1943年发表的《创造宣言》中指出“创造教育”的培养目标—教育者要创造的是“真善美”的活人。即：教育目的不在于传授多少知识，而在于启发人的创造力，使人自觉主动地去创造,从而推动人类社会的进步与发展。他继承并发展了杜威“实用主义教学理论”，将“教育生活”变化为“生活教育”，认为教育应该是供给人生需要的教育，是生活所原有，生活所自营，生活所必须的教育。陶行知在1945年发表《创造的社会教育论纲》中提出创造教育“主观→启发；填鸭→自动；一粒一粒→整口；教授→自学”的教学方法，我们可以理解“创造教育”就是采取“启发的、自动的、手脑并用的、教学做合一”的方法,以取代主观的、填鸭的、被动的教学方法。高职教育要求的“创新精神和实践能力”的培养，课程改革提倡的“主动参与、乐于探究以及动手能力的培养”，都与陶行知主张培养创新人才、开发人才创造力等创造教育思想不谋而合。

以德国布莱梅大学劳耐尔（Rauner）教授为首的职业教育科学家，提出了生成性的教育过程与工作过程定向的“职业科学”概念，主要包括两个方面内容：一是对相应职业领域里实际的职业（专业或技术的）劳动所需的具体知识和方法知识，进行研究和系统化；二是从职业教育的视域对相应职业领域或职业方向实用的科学的具体知识和方法知识，进行研究和系统化。因此，它涵盖了实际的职业劳动实施过程与实用的科学知识的获取过程，既研究工作经验又研究专业知识，既涉及工作过程又涉及社会过程。德国“职业科学”理论打破传统 “专业学科”职业教育的课程体系设置，建立符合高职教育本质的“以职业为导向”的课程体系，具有深远的指导意义。

三、运用科学理论指导单片机技术创新人才培养体系建设

在科学理论的指导下，我们应该以“职业为导向”重构课程体系和以“教学做一体”重组教学内容，并且为学生提供创造性学习平台，激发学生学习兴趣，为学生的创新能力培养打下坚实的基础。

（一）明确单片机创新人才的培养目标

通过对当前单片机技术人才需求进行市场调研，结合我院为工程技术型院校优势，对单片机技术创新人才培养目标可定位为：“以企业需求为导向，熟练掌握单片机系统开发的各项环节，能进行单片机应用系统方案设计、实际制作为目标”的硬件类技术人才。

（二）以“工作过程”为导向的课程体系设置

德国“职业科学”教育理论认为，课程体系建设（即知识的序化）应该着眼于动态的行动体系的隐性知识的生成与构建，以工作过程为参照系，将陈述性知识与过程性知识整合、理论知识与实践知识整合。基于此，经过对行业专家的走访和专业教师的不断研究和实践，形成了以电工电子基础、计算机应用基础、C语言程序设计、检测技术应用、EDA、单片机技术应用、电气控制等课程为中心的课程体系。

（三）利用先进的仿真技术创建“虚拟实验平台”

单片机应用技术注重培养学生在实践中设计电路、编写程序、发现问题、分析问题、最后解决问题的创新应用型能力。而在具体教学过程中，要求学生既要动脑又要动手，而与教学相适宜的实验环境配置是教学中必不可少的一个环节。“虚拟实验环境”的创建和更新可以使学生能够紧跟工程技术发展的前沿，学到更多的实用技术；另一方面可以克服单片机应用系统实际设计周期长、成本高的缺点，给了学生发挥的空间，易于激发学生的学习积极性，激发他们设计出有创新价值的单片机应用系统。

（四）基于“教学做一体化”重组教学内容

对教学内容进行情境化教学设计是实施教学的前提。学习情境应该来自于现实生活中的真实案例，我们按照单片机应用系统设计的难易程度分为四大阶段，每个阶段分为若干个工作任务，对应工作任务设计学习情境（注：学习情境是可以变动的，只要能达成工作任务即可），以表一为例，目的在于吸引学生的注意力，并激发其学习兴趣，促进学生主动、自觉地学习相关问题，从中获取有意义的知识和技术。

表一 单片机学习情境设计表

四、运用科学方法指导单片机技术创新人才的培养实践

单片机技术创新人才不可能是教师在课堂上通过教学就能够培养出来，教师应自觉地建立起“学生为主体，教师为主导，能力培养为目标”的培养理念，将人才培养理念落到实处。

（一）将“行动导向理论”落实到“情境教学”过程中

在高职课程教学中出现了“小组讨论法、任务驱动法、案例教学法、任务设计法”等众多教学方法，它们都是“行动导向理论”作用于实际教学过程中的具体表现。“行动导向理论”是一个综合性的学习方案，其基本特征体现在“行动过程完整”(获取信息、计划、实施与评价)和“手脑并用”(理论实践一体化学习)两方面。基于此，我们将“学习情境设计表”中的“学习情境”按“行动导向理论”进一步详细规范（仅提供“学习情境一：LED灯闪烁发光”的设计规范以供参考，如表二所示）。并将之运用于实际教学过程中，学生明显转变学习态度，乐于接受知识，有疑难问题能和老师进行交流，教学效果明显。

表二 学习情境一的“行动导向”设计

（二）以项目达成作为课程考核的主要指标

课程学习的最终目的是能够完成较为复杂的工程项目，我们参照项目开发工程实际要求，将3～5名学生分成一个项目小组，将难度相近的不同考核项目（如：智能抢答器、基于单片机的任意波形发生器、温室温湿测控系统设计、简易电子琴设计、多样彩灯控制系统、电子秤设计、自控打钟铃等）布置给各个项目小组，作为课程设计的内容，同时又将项目完成情况作为最终课程成绩的70%，平时考核只占最终课程成绩的30%。我们将课程设计和课程最终考核合为一体，突出了学习重心。

如何将学习压力转化为学习动力，并最终达成考核目标—锻炼学生开发单片机应用系统设计的实战能力。在具体实践中，我们并不是放任不管，而是积极参与到各个项目小组的开发过程之中，引导学生进行项目开发。

这样的考核方式有利于学生主体地位的发挥，学生能积极去分析问题，去寻找解决问题的方案，提高了学习的主动性和兴趣；同时，在项目开发与考核过程中，通过小组成员相互交流、师生交流形成一个良好的能力培养氛围。

（三）以技能竞赛为基础拓展课外实践

为了满足单片机人才不同层次和能力培养的需要，以参加全省大学生电子竞赛为契机，我们利用课外时间，为一些优秀学生开设培训课，培训地点设在单片机实训室。我校实训室采用启东硬件仿真平台，配备有计算机、信号源、示波器、万用表等设备，具备各种应用系统仿真能力，能够仿真调试学生制作的系统。

在指导课外实践过程中，首先将这些学生分成若干小组，其次，我们把江西省电子竞赛考题布置给学生，对其中的知识难点进行重点指导，要求各小组先利用KEIL软件与PROTEUS软件进行仿真设计，再利用启东硬件平台来检测系统的硬件设计是否能满足电气设计规范（PROTEUS软件电路仿真并不能完全取代真正的电路设计）；最后，要求各小组自备电路元器件，做出真正的单片机应用系统。

通过课外实践，使这些学生的综合设计能力大幅度地提高，为我院参加江西省电子大赛储备了一定的参赛人选。同时，这些学生利用他们所学的知识，在各个班级和学生社团中进行传帮带，从而提高学生单片机应用的整体水平。

五、结语

随着电子技术不断发展和软硬件开发水平的不断提高，单片机技术应用水平将不断提高。作为高职院校单片机教师，肩负单片机创新应用型人才培养的重担，除了要不断加强教学理论和教学方法的学习外，对新知识新技术的掌握也要刻不容缓，才能成为一名合格的教师。

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