技能竞赛前提下《单片机原理及应用》课程探索

余彦琼 李玉丹 刘萌萌

（郑州理工职业学院，河南 郑州 451150）

随着科学技术的日新月异、工业领域自动化的发展，人们为追求更好的生活品质，随之而来的家用电器、医疗条件、仪器仪表、通信等领域不断向智能化方向发展。同时物美价廉的单片机也朝更低功耗、更快速的方向进步，在现代科学技术的各个领域应用越来越广泛。

近年来举办的“高职技能电子产品设计与制作”竞赛，以单片机知识为基础检验参赛选手的电子产品电路设计能力、编程能力、工艺能力、现场问题的分析与处理、团队协作和创新能力等职业素质，用以引导高职院校关注电子行业新技术的发展趋势与技术应用方向。与高职院校更加强调培养出实践性、创新性、具有综合职业能力的技术型人才相吻合。为此，提高该课程的课程质量、教学效果意义重大。

一、当前单片机教学中存在的问题

《单片机原理与应用》是一门应用性较强的“硬件+软件”的核心专业课程，以培养面向智能电子、通信电子、机电自动化等产品的生产与开发等相关岗位为目标，围绕“职业素质优先、动手能力优先、注重实践和创新意识培养”的思想，着眼于培养基于单片机的智能产品设计、分析、调试、制作与维护能力的实践型人才。当前多数高职院校已将课程带入实验室，采取模块化、任务化的模式完成教学。但往往都以验证性实验为基础，在此基础上虽取得一定效果，还存在着诸多的问题：

（一）教学内容由多个独立的任务模块组成，每个模块既相对独立、又保持着密切的联系，学生很难将前后模块知识建立逻辑联系，做到融会贯通、学以致用。如：已完成按键电路任务模块、数码管显示任务模块的学习，学生却无法独立完成按键控制数码管显示任务。

（二）采用的教学方法较为单一，无法充分调动学生的积极性。以“教师为中心”的教育理念便于知识传授、教学组织和监控，却忽视了学生学习的主体作用，不利于充分挖掘学生的潜力和灵活运用知识的能力，致使学生仅会模仿教师完成实验环节，缺乏自主思索与创新精神，知其然而不知其所以然。如：学生在实验环节中生搬硬套完成任务，没有领会单片机设计的要领、制作出完整创新性的电子产品，与高职院校应用性、实践性、创新性人才培养模式相悖。

（三）现阶段该课程的考核模式多为程序化，由于学生自身基础薄弱、实训考核前突击记忆所学独立模块的内容，虽然取得了一定的成绩，但无法体现真实水平，更无法做到举一反三，真正理解单片机的知识，无法独立完成电路设计、程序编写、制作电子产品。

二、教学模式的改革措施

为强调该课程的“实践应用”环节，提高学生的系统分析问题、创新实践、团队合作能力，独立设计与单片机相关产品、制作相应实物，鼓励学生积极参加省、市级与单片机相关的技能大赛为目标，最终培养出职业性强、素质更高的技能型应用人才。

（一）教学内容

依据人才培养方案和课程标准，以技能竞赛项目为驱动，重新整合讲授内容的顺序，修订新的教学大纲、授课计划、实训指导书、电子教案等。在教学过程中结合生产实际，建立以具体项目为教学主线，通过有趣的实例引出问题，带着问题学习知识。

在教学过程中，将“基于单片机的全自动豆浆机设计”“基于单片机控制的智能风扇”“家居照明蓝牙控制系统设计”创新型技能竞赛项目作为教学案例开展教学［1］。如“基于单片机的全自动豆浆机设计”项目分为单片机最小系统、按键控制电路、测温电路、显示电路、加热电路、电机电路、报警电路等模块重新整合讲授的顺序。明确每个独立任务模块的知识点、技能目标，把模块化分散的知识点通过合理的逻辑关系整合到一起，让学生在实际系统与抽象的理论方法之间建立自然联系，能系统地分析问题、解决实际问题。

选择的竞赛项目内容编排，按层层推进，逐步深入，实现“由点到线、由线到面”的系统性技能训练［2］。以豆浆机设计作为第一个学习项目，带领学生掌握单片机结构、原理及应用，把教学知识点渗透到一个个生动的互动案例中，利用C语言编写程序，利用实训设备共同探索单片机硬件设计和程序编写的能力。结合智能风扇和家居照明项目即复习巩固已学的内容，并延伸扩展新的独立模块知识，最终培养其综合设计、制作实物的能力。豆浆机设计最终考核比重为40%，其中独立模块的考核占25%，综合设计能力考核占15%；智能风扇为30%，其独立模块的考核占15%，综合设计能力考核占15%；家居照明为30%，其独立模块考核占15%，综合设计能力考核占15%。智能风扇和家居照明重点考核新扩展独立模块和综合设计能力。

（二）从职业岗位的需求出发，采用C语言编程

传统的单片机课程采用汇编语言进行教学，该指令语句需完整学习才能进行项目设计、程序编写，且晦涩难懂，尤其是高职的学生不易理解，增加学习难度、无法灵活应用。而C语言具有可移植性、能结构化编程、简单易学的特点，尤为重要的是在当前职业岗位中，单片机应用产品的开发基本上不采用汇编语言程序，以C语言为编程语言。本次课程探索以单片机实践应用为主线，故把C语言的知识融合在项目中，以够用为度，在技能训练中让学生逐渐掌握编程方法、易学易教、学以致用。

（三）改进教学方法与教学理念

1.建立实验合作小组

在班级授课中，建立实验合作小组模式，实行组长负责制。每班班长负责分成若干小组，每组4～5人。每组推选出理论水平、操作能力较强且有一定组织能力的学生担任组长，起联络、监督和指导作用。每组成员轮流为代表回答课堂中老师的问题，其表现作为合作小组每位成员的成绩，以此勉励全员参与到课堂、主动完成学习任务。培养互相包容、互帮互助、团结合作的精神，增强培养集体荣誉感。教师可从提问中及时了解其学习任务的掌握程度并查漏补缺、调整授课方法、授课进度。

2.以工作任务引导教与学

采用项目化的教学方式，将竞赛项目分为多个独立的模块任务，以工作任务为导向，如驱动蜂鸣器发出报警声的任务入手引出相关知识，让学生自主探索蜂鸣器发声原理，引出硬件设计与编程技巧并进行技能训练，充分体现出做中学、学中练的教学思路。给学生更多的思考空间，让学生在此任务的基础上进行扩展完成蜂鸣器发出不同的声音、提升难度实现按键控制蜂鸣器发出响声，并巩固了前面学习的内容。培养学生获取知识、运用知识、产生知识的能力，并为系部参加技能大赛奠定基础。

3.建立新的教学理念

建立以“学生为主体，教师为主导”的教育理念。以学生为主体，意味着我们在教育的过程中把学生看成是有发展潜能的人，相信他们通过教育能够成长起来；我们要了解每一个学生，针对每一个学生的个性因材施教；对待学生时要公平、公正，不能放弃任何一个学生，注重每一个学生的全面性发展。以教师作为主导，教师是教育的引导者、指导者，而不是中心者。这要求教师把课堂还给学生，通过在课堂上设置情景、创造气氛，最大限度地发挥学生的主动性、积极性和创造性。

充分发挥教师在“教”活动中的主导作用，学生在“学”活动中的主体作用，将两者有机结合起来，最大限度地发挥教师与学生的能动性、创造性。让学生真正参与到课堂中，不再是被动接受知识，而是将课堂还给学生，教师带领学生共同探索知识、发现知识，达到学生主动参与到课堂中，学生有所获，教师有所成的班级氛围。

4.课程网络平台建设

利用学院合作平台“智慧树”建立网络班级、群聊，在网络课堂学习资源中上传该课程的学习软件包、课件、PPT、视频、学习网站教学资源，学生可以随时查阅学习资源、自主完成课程学习。学生也可以在群里与老师、同学讨论问题、及时解决疑惑。此举即可以提高学生的学习兴趣，也推动了学风建设。

（四）建立多元化的评价机制

采用多元化的教学评价机制，包括两种评价方式：过程性评价和终结性评价。过程性评价贯穿于整个教学过程，即对每个评价对象个体的过去和现在进行比较，体现学生学习过程中个体的自我差异性，过程性评价占总成绩的60%。终结性评价占总成绩的40%，终结性评价在学期末考或课程结束考察学生本学科的理论、实践技能的掌握情况以及单片机设计的综合应用能力［3］。两种评价机制的结合更能体现出全面、公正、客观，能实时掌握教学活动中教与学的效果并及时调整教学方法、计划。

三、教学活动设计

“六位数码管显示生日‘981225’”教学案例展示：

（一）课前推送

以单片机原理与应用课程为例，课前向学生推送“六位数码管显示生日‘981225’”的相关教学资源，列出任务知识目标：

1.认识LED数码管的工作原理

2.数码管字形编码规则

3.多位动态数码管的概念

4.二维数组定义、应用

利用学院合作的“智慧树”网络平台建立网络班级、群聊，搜集优秀的“六位数码管显示生日‘981225’”的微视频、PPT、课前作业上传到学习资源中，以便学生随时查阅、自主学习本节课程的理论知识和硬件设计方法。

（二）课中实施

根据课前学生任务知识目标的完成情况，检查学生对数码管显示、数组语句的掌握情况。基于学生反馈的知识难点、易错点进行有针对地讲授、解答学生的疑惑。对于易错点、难点以小组合作为单位进行讨论、完成实验任务。练习结束后，派小组代表进行成果演示、分享学习心得，教师进行验收总结、布置课后作业。

（三）课后巩固

课后向学生推送“六个数码管交替显示自己的生日和学号”编程题等习题，学生自主完成习题、成果展示，有助于其知识点的巩固，提高实践动手能力。教师根据学生的反馈情况，调整下次课前推送资料及课堂教学方法，以优化教师的教、强化提高学生学习的效果。

四、结束语

本课程结合高职院校及本院单片机课程的特点，培养职业技能型人才，参加省、市级技能竞赛为出发点，提出以“技能竞赛”为主的教学模式，以“学生为主体，教师为主导”的教育理念，重新整合教学内容、建立实验合作小组、以工作任务引导教与学的课程探索，采用过程性和终结性相结合的评价机制，凸显学生的实践操作能力，达到学以致用的教学效果。