自制情景化单片机教具对提高中职学生综合能力浅析

李传波

（石家庄电子信息学校，河北 石家庄 050000）

随着科技的快速发展，越来越多的含有人工智能技术的产品被广泛应用的我们的生活中，这些科技产品背后的核心是单片机应用技术。单片机的应用领域已经深入到我们生活的方方面面，但是单片机是一门软件与硬件紧密结合的技术，学习起来相对比较枯燥，中职学生处于学习专业技术的初始时期，他们思维活跃，对新鲜事物充满好奇心但又缺少持续性，如果利用学生的好奇心理，将单片机课程融入情景化教具制作中，不同的课程利用不同的教具进行学习，就可以充分利用他们的好奇心，有利于激发学生的创新意识[1]。

一、中职学生学习单片机课程存在的问题

做为一个特殊的学生群体，中职学生在学习方面有自己的特点，比如他们的学习热情不太高，缺乏一定的钻研精神，学习目标也不太不明确，喜欢玩游戏，学习效率较低，做事情虎头蛇尾等。但他们也有一些优点，比如他们智力发展正常，甚至还有一些超过了同龄人，有一定的社会经验，知识涉猎广泛，喜欢动手操作，对新事物充满好奇心。单片机课程的学习，包括硬件和软件两个部分，有的学生喜欢学习软件编程，有的学生喜欢动手操作，但无论哪种学生，面对入门级的知识一般都没有问题，但随着课程的深入，知识越来越难懂，电路越来越复杂，他们往往浅尝辄止，好奇心过去之后，很快就会失去兴趣，甚至放弃学习。而单片机技术是与我们的生活联系非常紧密的一门知识，我们平常使用的智能电子设备，大都是利用单片机技术实现的，比如智能电视、手机、共享单车、智能手表、机顶盒、数字温湿度表、各种遥控器等。所以我们要根据中职学生群体的特点，探索不同的教学方法，从而充分挖掘他们的学习潜力，调动他们的学习兴趣，顺利完成中职阶段的学习任务。

二、情景化单片机教具对学习的促进作用

所谓“情景化”，就是将真实生活场景进行模拟和仿真，制作一个相对真实的模型，是一个缩小版的“真实场景”。“教具”就是教学用的器具，“情景化单片机教具”就是缩小版的“真实场景”，利用单片机技术，实现真实场景的几乎所有功能，可以说“情景化单片机教具”麻雀虽小，五脏俱全[2]。

单片机技术主要是将各种传感器和一些执行器件进行转接，利用软件控制来实现人们需要的各种功能，可以说我们生活中大部分具有“智能”成分的设备，都是依托单片机来实现的。

在中职单片机教学中，不但单片机程序学习起来枯燥无味，而且各种传感和电子元件堆放在一起，用导线连接起来也是“一团乱麻”，让人容易心烦意乱。另外，连接也非常容易出现错误，而且这些错误也不易发现，在进行综合调试时更是比较困难。所以单片机课程对于中职学生来说，无论是教师授课，还是学生学习都是有一定困难的。如何改变这种状况呢？“情景化单片机教具”正好可以将这种不足进行弥补。

三、自制情景化单片机教具的意义

1.提高学生立体思维能力

制作教具模型表面上看起来好像不太复杂，但是真正制作起来并不简单，各方面都要考虑周全。比如，模型的比例、材质、连接、颜色、牢固性、元器件的安装位置、元器件的固定方法、线路连接的隐藏、传感器位置的预留、供电方式的选择及位置等，都要全盘考虑。另外，教具模型的空间布局更是需要一定的立体思维能力，传感器的空间摆放位置以及占据空间的大小，是否与整体比例协调等，都是靠人的立体思维来提前感知的[3]。

比如，需要制作一个空调模型时，为了模拟空调的出风，需要将一个微型风扇装入空调模型中，这时就要考虑空调是采用柜机方式，还是采用壁挂方式，哪种演示效果比较好等。另外，空调工作指示灯的安装位置及表现形式也是要考虑的，因为模型展示不同于实物，要达到一定的演示视觉效果。因此，模型制作即要来源于真实场景，有时又要做适当的夸张和变化，就像漫画人物一样，看着很像，但其五官和四肢比例又很夸张。因此，在制作教具模型时是可以根据要表达的效果和目的进行适当变化的。

中职学生虽然学习成绩不是很理想，但动手制作的兴趣比较浓厚，动手制作能力较强，所以自制情景化单片机教具，可以将他们的这种优势充分相结合，使枯燥的学习融入兴趣之中。这样不但可以激发学生的学习兴趣，无形中提高教学效果和学习效果，还可以锻炼学生的立体思维能力和整体感知能力。

2.促进学生学习多种技能

自制情景化单片机教具，需要用到多种软件和硬件技能，除了单片机编程软件之外，软件方面还经常用到矢量绘图软件、3D模型设计软件、平面设计软件等，硬件方面包括激光雕刻机的使用、3D打印机的使用、手工加工工具的使用、电锯和电钻等电动工具的使用等。另外，还要学会模型材料选择、颜色搭配、五金配件选择、机械结构固定等一系列技能。可以说自制情景化单片机教具，可以全面提高学生的综合学习能力，其中所用到的多种技能和知识，总能找到让学生感兴趣的地方，通过对兴趣点的学习，再辐射到其他知识，从而整体提高学生的学习水平[4]。

第一，矢量图软件CorelDRAW，非常适合制作各种平面几何形状的绘制，可以与激光雕刻机完美配合。学生想使用激光雕刻机切割几何形状时，绕不开矢量绘图软件，因为雕刻机的配套软件功能无法和专业的矢量绘图软件相比，所以学生为了更好地使用雕刻机，就要学习CorelDRAW软件的使用，这种带有目的性的动机式学习，是学生学习的内驱力在起作用，学生会自发寻找学习资源，认真学习自己需要的知识，这时老师无须干预，只需提供学习环境即可。

第二，3D模型设计软件UG，是一款工业级的3D模型设计软件，目前许多公司都在使用，也是一款比较复杂难学的软件，但是这款软件的功能十分强大，掌握之后也可以专门从事这方面的工作。要想使用3D打印机制作出自己需要的模型或零件，这款软件是不二之选。学生学习这款软件，需要付出一定的时间和努力，但是当他们看到电脑里自己设计的3D模型被一层层打印出来时，成功的喜悦早就抹去了学习的枯燥感，带来的是更加投入地学习新知识[5]。

第三，平面设计软件Photoshop，目前应用最广泛的平面设计软件之一，在制作模型教具时，有些部位需要对外表进行装饰，以增加其真实感。在设计时就要用到Photoshop软件呈现设计效果，效果满意后就可以用背胶纸打印出来，贴在模型上面，达到仿真效果。Photoshop软件可以设计制作出我们想要的各种效果，是模型制作的一个利器，虽然在制作模型时用到的功能并不太多，但仍然可以起到熟悉软件的目的，为以后进一步学习Photoshop的其他功能打下良好基础，如果以后对其感兴趣，可以作为一个专业进一步去学习，甚至去从事这方面的工作[6]。

第四，激光雕刻机的使用，在制作模型时，经常需要将亚克力板、薄木板、PVC板、ABS板等进行加工，激光雕刻机无疑是最佳的加工设备。激光雕刻机可以根据加工材质的不同，选择不同的激光输出功率和切割速度，相同材质不同厚度时，也要选择合适的激光输出功率和切割速度，这些技能只有通过实践操作来获得。另外，激光雕刻机有雕刻和切割两种功能，在具体操作时所选择的参数是完全不同的，所以学生只有通过亲自实践才能掌握激光雕刻机的使用方法，同时在使用激光雕刻机时，对雕刻机设备的安全使用维护和也是一个基础技能，可以让学生明白安全和保护的重要性，在以后的生活中也可以迁移到其他方面[7]。

第五，3D打印机的使用，3D打印是近年来比较前沿的技术，可以将设计好的3D作品直接打印出来，速度快，精度高，成本低，修改灵活方便，比传统的模具制作省时省力，是目前流行的模型制作技术。3D打印机的使用并不复杂，一般只需要将设计好的3D模型使用专用切割软件分层切割后，再将3D打印机的输出参数如底床温度、打印速度、打印头温度、回抽速度、打印精度等设置正确，直接输出即可。这里需要强调的是，3D打印机的参数要根据当时的温度、打印材料、精度要求等进行设置，这些参数并非一成不变。学生通过学习3D打印机的使用，配合3D设计软件，就可以随心所欲地制作出自己需要的配件或物体，为模型设计提供了极大的便利。

第六，模型材料的选择、颜色搭配等技能，都是我们生活中经常用到的基本技能。拿模型材料来说，制作模型时会遇到多种状况，比如有的地方起到支撑作用，就要选择坚硬的材料，有的地方仅起到装饰作用，就可以选择平整轻便的材料。有的室外地面需要用草坪来装饰，就要选择草坪纸，还要根据环境来选择不同季节的草地颜色，有的室内需要贴壁纸和地板，就要选择相应合适的纹理。颜色搭配更是一个需要认真考虑的要素，不但色调要和谐，还要讲究外表美观、重点突出。因此，一个模型的成功与否，外观颜色及搭配是否赏心悦目，能否给人们留下深刻的第一印象，将起到重要作用。通过模型制作的过程，学生可以初步掌握颜色的相关知识，至少可以使作品在颜色搭配上没有违和感，将来在社会生活中遇到相关颜色问题时可以从容应对[8]。

模型教具的制作过程是一个多种技能综合应用的过程，学生在制作过程中，无形中可以学到许多知识，这种学习方式不是枯燥的理论知识学习，而是充分调动了主观能动性的自主式学习，这种学习方式可以最大限度适合中职学生的特点，发挥他们的优点，在中职教学中有一定的借鉴意义。

3.增强学生成就感

自制情景化单片机教具，可以让学生体验到从理论到成果的成就感。一个作品的完成，需要程序设计、仿真调试、电路搭建、综合调试、模型设计、效果仿真、模型设计、3D打印、材料选择、颜色调配、手工加工、整体组装、综合调试、整体验收等一系列过程。在制作过程中，如果出现问题，如尺寸调整、外观改动、功能调整等，还需要反复返工，整个过程对学生的知识、耐心、细心都是一个极致考验。到最后看到自己千辛万苦制作出来的作品完美呈现时，这种成就感是无法用语言表达的，只有制作者本人才可体验到这种妙不可言的愉悦，这种成就感可以转化为学生继续学习的动力，也是他们人生中克服困难的信心和决心，是一种无价的人生体验。

4.提高学生团队协作意识

在教具模型制作过程中，一般需要多人配合才能完成一件作品。因为人的精力是有限的，一下子不太可能掌握多种知识和技能，教师也是按照个人的情况，分别教授不同的技能，比如有的学生对平面设计比较喜欢，就会优先安排他去学习平面设计的知识，有的学生对3D设计感兴趣，就会优先安排这个学生去学习3D设计方面的知识，等等。一件作品需要和到某个技能时，就会让掌握这项技能的学生去完成，另外的学生可以对其提出设计要求。在制模型教具的作过程中，有时需要两人或多人配合才能完成某项工作，这时同学们就能体会到团结协作和团队的力量，无形中就会明白团队的重要性和团队的力量，以后也会将团队协作意识带入到工作岗位中。

5.实现被动学习到主动主习的转变

同学们按照教师的较好地掌握了自己的现有技能后，再进行交换学习，经过几个周期后，同学们基本上都能学到自己想学的知识和技能。这样做的好处就是当看到其他同学熟练掌握某项技能后，自己就会很羡慕对方，从而激发自己的学习欲望，形成强大的学习动机，学习效率就会大大提高。从心理学上来讲，人们一般都不喜欢被动，因为被动代表着不情愿，代表着压力，会产生一种无形的抗拒。在这种被动情况下去学习，其学习效率会大打折扣，学习效果也会大大降低。所以通过动手制作这种带有目的性学习方式，实现了“让我学”到“我要学”的转变，从被动学习到主动学习，是一个心理的转变，是能够发挥人的主观能动性的学习方式。

结语

自制单片机教具，即能提高学生的综合技术水平，也可以提高教师的业务素质和创新能力。在教学中能够提高教学效果，活跃课堂气氛，化抽象为直观，使学生容易理解所学内容，有利于突出教学重点和突破教学难点。根据中职学生的特点，将知识融入动手制作之中，从被动学习转化为主动学习，不仅可以充分发挥他们的聪明才智，调动学习积极性，提高学习效果，还可以养成良好的学习习惯，为今后的自主学习和步入社会打下良好的基础。学生综合能力的提高不是一蹴而就的，需要有一个可以提高综合能力的平台和方法。当然，这种平台和方法不止一种，可以根据专业的不同，去选择相应的方法。