单片机课程的创客式教学改革与实践

叶 泉

南京机电职业技术学院 江苏南京 211135

单片机课程是一门专业基础课程，主要采用理实一体化的教学方法，课程的内容既包括单片机的基本原理，同时还包括了单片机小系统的设计与制作等知识和技能，应该说单片机的实用性是非常强的。单片机的使用领域十分广泛，如智能仪表、实时工控、通讯设备、导航系统、家用电器等，熟练掌握单片机技术对自动化、电子工程等专业的学生就业也有较好的促进作用。因此如何把单片机这门课程教好，让学生能够真正应用起来就显得尤为重要。

世界各地的许多创客学习项目都不约而同地使用了同一类开发工具，即开源硬件[1]，而开源硬件正是位于单片机的基础之上的，因此本课程在项目化教学的基础上结合本校的创客教育文化，探索创客教育与单片机职业教育相互融合的教学方式新模式。

1　单片机课程教学现状与创客教育

1.1　单片机课程教学现状

原有的单片机教材按照理论体系进行编写，虽然严谨但学生从单片机硬件系统开始学习再到编程，这个时间很长而且，比较枯燥，最后的结果是往往学了大半学期仍然不会独立自主的搭建一个完整的单片机系统。并且学生在做单片机综合设计或参加创客制作时，大部分只是把书上的例子下载到单片机里，改动的多创新的少，根本的原因还是学生对单片机及单片机周边的电子元器件的使用不熟悉。

在单片机的教学中有教师将项目化或案例式教学方法运用到单片机的教学改革中并将理论学习与实际操作有机的结合，这种方法充分调动了学生学习的学习兴趣和积极性[2,3]。也有教师设计机器人实验装置应用于单片机教学，利用机器人平台进行单片机教学激发了学生的学习兴趣，还可以选拔学生采集机器人大赛[4,5]。我们可以看到在单片机实践教学中各个学校做得都非常有特色。

1.2　创客教育的现状

创客教育是起源于美国的一项教育计划，我国学者总结出了创客教育的的定义，创客教育是基础为新兴科技、主要学习环境为创客空间重构、主要学习过程为创造性的实践活动，学生从实践过程中学习各种学科还有跨学科的相关知识，培养学生的动手能力、创新实践能力等素质的一种新型教育模式[6]。

2015年9月初教育部出台的《关于“十三五”期间全面深入推进教育信息化工作的指导意见(征求意见稿)》中提出：“有效利用信息技术推进‘众创空间’建设，探索STEAM 教育、创客教育等新的教育模式，使学生具有较强的信息意识与创新意识”。从此国内校内创客教育基地如雨后春笋般的先后成立。我校已于2015年1月率先建设国内首家“创客校园”，大力发展集创意、设计、制造于一体的“蓝岛创客空间”。为了积极响应“大众创业、万众创新”的号召，我们鼓励学生成为一个具有创新、创意的创客，鼓励学生在适当的基础上进行创业活动。围绕专业课程教育，开展创客教育的改革[7]，建立相应的创客课改课程已经成为迫在眉睫的任务。

目前，已有高校开展相应的课程改革，如有教师提出在3D设计与打印课程中运用创客教育理念，采用小组讨论、实践等方式，实现了创意构想[8]。如还有学校提出了创意电子课程，通过这个课程激发学生的兴趣，并鼓励学生从生活中发现相关的创意[9]。

1.3　创客教育对单片机课程的意义

创客教育是一种秉承“开放创新、探究体验”教育理念，以“创造中学”为主要学习方式，这正和单片机这种实践类课程的要求一致，将学生从被动的理论知识学习中解放出来，以创客作品为导向，让学生主动地运用单片机课程中的知识，当然教师也要起到引导和辅导的作用。

2　单片机创客式课程改革的思路与内容

针对传统教学中采用知识体系的授课方法，我们采用创客式的模块化结构。即针对每个知识点采用创客中常用的元器件作为基础任务，学生在完成基础任务的水平上我们再开展不同的创客主题任务，鼓励学生结合主题和生活进行创新创客小制作，同时教师也可给出一些建议。我们将单片机的知识点分布于这些任务中，当任务完成后，相关知识点也相应地学习完毕，创客中常用的元器件也熟悉了。创客式课改课程项目的知识点及任务如表1所示。

表1 单片机创客式课改课程项目的知识点及任务

与传统的项目式任务相比，我们更加注重引导学生使用单片机及相关的知识解决生活中相关问题，让学生由被动完成任务到积极动手制作，并且我们也会积极跟进鼓励学生发现想法中的创新点，直至最后申请相关专利。

在学期初，将学生每3人分为一组，要求分工明确，有人做项目演说，有人做硬件安装还有人做软件编程。每次以任务为要求开展教学。在学校的单片机实验室中使用单片机最小系统和相应的电子元器件模块搭建最初的模型，使用Keil软件进行编译，后期可根据要求对模型进行改进。

在课堂外我们还对每个小组要求在一个单片机学习的学期中产生一件创客作品，针对这个创客作品我们会有开题演讲，中期检查和最后的作品展示活动。

在考核方面，平时分占70%、期末考试占30%，平时分又由平时考勤(10%)、实验和作业(50%)、创客作品(40%)组成(如图1所示)。

图1　单片机课程考核方案

在一个学期的学习中一共产生了13项创客作品，学生普遍表示在动手制作作品的过程中对单片机的软硬件开发的方法理解得更深刻了，并且也对编程更加熟练了。

3　结语

本文针对单片机传统教学中的不足，结合创客教育理论，提出了将单片机课程转化为单片机创客式课改课程，并改革课程标准和授课计划，将知识点与创客常用的元器件结合，引导学生进行创新制作，将理论学习与创客作品有机结合，充分调动了学生学习的学习兴趣和积极性，增强了学生的对单片机的软硬件综合应用能力和实践能力，提高了学生的创新制作能力。在后面的教学我们将不断改进教学方法和内容，为单片机教学和创客校园做出更大的努力。

[1]雒亮,祝智庭.开源硬件：撬动创客教育实践的杠杆[J].中国电化教育,2015(4):7-14.

[2]李冰.单片机课程的项目化教学改革与实践[J].实验室科学,2014(2):101-103.

[3]李绍静.基于案例驱动的单片机教学模式研究[J].信息技术,2013(4):59-62.

[4]王红超.机器人在单片机教学中的应用[J].实验室研究与探索,2013(1):213-215.

[5]徐亮.结合竞赛机器人开展高职单片机课改的实践与探索[J].中国现代教育装备,2016(4):117-119.

[6]李华,杨永其,谭明杰.“创客教育”解读[J].四川师范大学学报:社会科学版,2016(9):26-33.

[7]康长青,吴中博,张其林,宁彬,项东升. 地方高校创客教学模式的构建[J].计算机时代,2017(1):82-84.

[8]杨熊炎.创客教育下的“3D设计与打印”课程应用实践[J].美与时代,2016(9):106-108.

[9]王辞晓,傅骞,杨思思.创客视野下的创意电子课程设计研究[J].现代教育技术,2015(10):106-112.