应用场景式教学法在高职单片机课程中的实践研究

蒋勤　李梦　李亚妹

关键词：高职院校；单片机技术课程；项目化教学；实例化教学

中图法分类号： G642.0 文献标志码：A

文章编号：1009-3044（2024）03-0136-03

0 引言

单片机应用技术是电子、电气、自动化及智能控制领域相关专业的核心课程，课程涵盖了模拟电路、数字电路、微电子技术、传感器测量技术以及C语言程序设计等多个学科，具有很强的综合性和实践性。本课程以应用经典的51系列单片机为核心，学生通过学习单片机的基本结构、指令系统、存储结构及输入输出接口电路、中断系统、系统扩展方面知识，培养电路设计能力、控制程序编写能力、系统调试能力、激发学生的创新思维、培养学生创造能力。通过本课程的学习，为将来从事智能制造、智能装备、智能机器人等相关设计、研发与调试维护奠定坚实的基础。

为了实现“知识+技能”的育人目标，许多高职院校都在致力于探索更有效的教学方法，先后涌现了诸如“岗课赛证”[1]“教赛创”融合[2]以及项目驱动[3]等教学改革方法。项目驱动化教学[4]将理论知识和能力目标相融合，将教学内容分解为一系列任务引导学生在“学中做”“做中学”，具有较强的可操作性、普适性。尽管单片机项目化教学模式已渐趋完善，但在课程实施过程中仍存在不少问题，譬如，实训任务分散导致理论知识不具连续性，学生前导基础积累的差异导致教学效果不佳，与传感器、电气、电子等课程的联动不足，导致学生在后续的综合设计中无法更好地学以致用。针对单片机课程教学中存在的问题，本文提出基于岗位应用场景的教学内容设计方案。基于专业的培养目标，在分析专业岗位能力的基础上明确职业素养、职业知识和职业能力，以职业岗位的需要为依据开发教学计划，并通过分解真实的智能产品的功能来设计项目及其对应的实训任务，在增加项目间的关联性和实用性的同时提高项目化教学的效果。

1 教学现状

1.1 实训任务间的关联度低

目前，根据项目化教学方案，单片机课程内容按其内部结构细分为若干个项目，并分别设置相应的实践任务使理论教学与实践相结合。总结各高职院校单片机课程的标准[5-7]，典型的任务包括LED灯的闪烁控制、花样流水灯、静态和动态数码管、矩阵键盘显示、LED点阵显示、字符型LCD显示、简易电子琴、秒表设计等。然而，实验任务只针对具体的知识点，以巩固理论知识为重点，使得案例过于分散，各实训任务的关联程度较低，出现知识断档的现象。

1.2 学生前导知识的积累不同

单片机课程的实验任务是对模拟电路、数字电路、传感器技术以及C语言程序的综合应用，不仅检验学生基本的电路设计和C语言编程能力，同时挑战了知识的迁移能力。因而，学生前导知识积累的差异必将导致实验教学效果参差不齐。此外，前导知识的差异也会影响学生对课堂的参与度。

1.3 考核方式较为片面

目前单片机课程的考核内容包括期末考试、任务实践以及课堂表现，其中期末考试侧重对知识点的记忆，任务考核以学生对实验的完成度作为依据。然而，仅以完成度作为评价指标，容易打消部分基础较差的学生的积极性，并且随着课堂的深入丧失学习的兴趣。另外实训过程缺少有力的监督和反馈导致学生参与的积极性降低。

2 教学改革方案

2.1 教学设计方案

在课程建设中，通过调研单片机技术在相关专业领域及就业岗位的应用场景，将教学内容与实际工作场景、岗位要求紧密关联，以课程教学大纲为纽带，设计可实施的教学方案，促使学生通过实践动手提升专业技能和职业素养。在课程教学设计上，构建“专业—课程—教学内容—综合能力”的链式课程体系，打造“岗位融合、课程联动、职业渗透”的特色课程内容。单片机应用技术融合岗位要求的课程体系（以智慧健康专业群为例）整体构架如图1所示。首先从专业层面上分析专业群服务的特定职业岗位，以岗位需求构建与专业群相适配的专业课程；在课程设计上，强调各课程间的联系和融合，通过前后课程的联动，将孤立的知识点内化为技能。在教学内容设计中，基于典型的工作过程来设计和开发学习情境，以学习情境为教学单元组织课程教学，使学生在完成各项任务的过程中塑造职业岗位能力和职业素养。

表1展示的是基于真实工作过程“脉搏监护仪”设计的课程教学内容及实训任务。首先从宏观上将产品功能与教学内容形成映射，通过对产品方案进行功能分解，提取工作任务并分析所涉及的相关知识；然后将产品功能细分为教学任务，并根据单片机课程的知识目标设计一系列学习情境；最后以学习情境为教学单元组织课堂教学，使得每一个学习情境的实施都对应一个实际的工作过程。基于真实案例的项目化教学用真实案例对抽象的理论知识具象化，增加教学模块间的逻辑性的同时，也使学生更直观、系统地理解实训任务。

2.2 课程组织实施策略

基于真实案例的单片机课程教学模式使每一个理论知识都“言之有物”，避免了抽象的“空口白话”。课程组织形式采用理论和实际相结合的方式，配合设计的学习情境，使学生在理论与实际的联系中理解和掌握知识，并通过教学实践培养运用知识的能力。在课程实施中，灵活运用理论教学、课堂讨论、自主探索、实践、答疑等教学方法以及KEIL、Proteus仿真平台和单片机实验箱等工具进行教学，充分发挥“以教师为主导，以学生为主体”教学理念。课程实施的具体方法如下：

1） 问题引入：充分利用多媒体课件以及视频信息、实物展示等教学手段，引入课程主题，使学生对即将学习的理论知识有一个直观感性的认识，激发学习的主动性。

2） 理论知识：以教师教授和演示为主，适当互动问答，旨在使得学生掌握任务涉及的理论知识以及进行应用系统设计和开发的原理和方法。

3） 课堂讨论：布置任务，留给学生自主学习、主动探索的时间和空间，让学生充分動口、动脑、动手，培养学生提取有效信息的能力，锻炼学生自主分析问题和解决问题的能力。

4） 实验实践：通过小组协作的形式，完成实训任务，锻炼学生的动手能力，启迪创新意识，培养学生团队协作精神以及综合应用单片机解决实际问题的能力。

5） 总结答疑：针对课程的重难点和实训中出现的问题，鼓励学生经验分享，教师有针对性地进行答疑。

2.3 过程化评价方式

单片机技术课程既培养学生单片机系统设计、编程和调试的专业能力，又培养自主学习、科学解决实际问题的职业能力。相应地，提出一种多元性的考核方式，对学生的学习情况进行综合性评价。课程的考核方式及评分标准见表2，结果评价是一种客观的评价，以期中和期末的理论测试为主，同时对学生的考勤率及课堂发言进行考评；过程评价占总成绩的70%，考核学生发现问题及解决问题的基础能力；综合评价用于鼓励学生的创造及探索性思维。

实训采用分组形式（如两人为一组）互相协作，并根据学生的电路和编程基础能力进行分组，以强带弱兼顾基础积累较弱的学生，同时培养学生的协作能力。为了对实训过程进行评价，设计了一份实验报告内容主要包括：设计方案（15%） 、实训过程（55%） 、实训结果（20%） 及课业拓展（10%） 。设计方案考查学生对任务相关理论知识的应用能力；实训过程记录软件流程图、硬件电路以及实训过程中遇到的问题及方案尝试，考查学生发现并解决问题的能力；实训结果为提交报告时的最终代码和Proteus仿真截图；实训拓展可以是对当前任务的功能拓展，也可以是开放性问题旨在激发探索创新和自主学习的精神。实训中，学生既要对任务进行实践，又要对实训过程和结果进行记录，教师则根据学生实训中的问题进行针对性的答疑。实验报告不仅有利于学生对实训过程进行反思和总结，也有利于培养学生的科学素养。

3 教学改革成效

基于实例化的课程设计方案，团队从项目设计、教学方法以及评价方式三方面进行了改革，并在重庆电子工程职业学院2021级智能医疗装备技术专业三个班级共126名学生中，进行了一学期（2022至2023 上学年）的教学实践。为了调查学生对单片机课程的课堂参与度、团队协作以及创造思维能力，在重庆电子工程职业学院智慧健康学院2020级与2021级单片机教学班级中开展了关于“单片机课堂教学成效”的互评和自评，计算互评和自评的均值作为三项指标的得分。图2统计了2020级与2021级的班级在课堂参与度、团队协作、创造思维、随堂实训、综合实训及期末笔试成绩上的得分，可以看到2021级参与改革班级的整体结果均优于2020 级。2021 级的三个参与班级，智能医疗卓越班、智能医疗1班和智能医疗2班的及格率得到了提升，分别为96.12%、87.64%、85.78%。此外，学生参与电子类竞赛的积极性也空前活跃，2022至2023学年报名全国大学生电子设计大赛和合泰杯单片机应用设计竞赛的人数为32人，较往年的参与率提升30.23%。以上结果表明，提出的项目化教学方式对提升单片机课程的教学效率、培养学生的实践能力和创造思维起到了一定的提升作用。

4 结论

本文通过分析当前单片机课程的教学现状发现由于实训任务分散和学生基础积累的参差导致项目化教学的效果不佳。针对这些问题，作者提出基于真实应用场景的项目化设计方案，用真实电子产品的设计过程将课程内容串联起来，采用实训过程评价对学生发现、解决问题的过程进行考核，并在教学实践中证明了本改进方案的可行性和有效性。

【通聯编辑：梁书】