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关键词:单片机;理实一体;软硬结合
在电子技术和计算机技术飞速发展的时代,单片机因为具有体积小、功能强、应用广等特点,广泛应用于电子信息、C电、自动控制等领域。单片机课程作为高职电子、计算机、自动化等专业的必修课,为将来学生毕业后从事机电、智能产品的设计、开发、调试和制作提供支撑。
一、课程分析
1.课程特点。单片机应用技术是工科电子、电气、机电等专业的重要课程,也是电子信息类专业的核心课。在课程学习过程中,不仅要涉及数字电路和模拟电路知识,还要通过学习汇编语言和C语言知识来编程控制。该课程不仅是对前期课程知识综合性的总结,也是对后期课程以及电子设计大赛的开拓、启发。
2.学生分析。职业学校的学生一般基础薄弱,学习习惯较差,而该课程是一门综合性课程,学生不仅要了解硬件,还要深入学习汇编语言和C语言。所以,很多人学习积极性不高,主动性不强,不能熟练应用以及解决各种问题。
二、教学方法与实施
1.理实一体教学。在每次教学中,教师讲解占30%到50%的时间。在教学中,不仅要强调每次课程在整个知识体系中的关联性,让学生意识到本次课程的作用,还要精心整理课程知识的逻辑性、切入点,以便各类学生都能掌握。同时充分利用视频、图片以及实物展示,增加课程的形象性、直观性,让学生拥有一个清晰的思路。注重课堂师生互动,多与学生沟通,对学生的问题及时解决,利用多种方式调动学生兴趣,激发学生思维,增加其学习主动性。
2.启发式讨论。在讲解重要知识点时,让学生以小组启发式讨论的方式展开,归纳总结规律。例如,在讲解定时概念时,可以引入水钟来引导学生,同时还可以让学生以秒表来讨论秒、分、时的计数机制。这种先让学生分组交互式讨论,教师适时引导,给出答案的方法,不仅能帮助学生掌握知识点,还能发挥学生探讨问题的主动性,激发学生学习单片机的兴趣。
3.任务驱动。在实践教学中将课程中的知识点融入单个项目或综合项目中,每个项目之间有一定的关联,学生通过操作能够提高独立自主解决问题的能力。教师布置的任务具有一定的知识点分布特点及趣味性,学生通过完成任务进而理解问题,融入特定的单片机情景中。教师对学生进行引导、答疑、辅导,从而帮助学生解决疑难问题。学生也可以通过开放式实训室、单片机教学平台、相关网络资料等资源来完成项目任务。
三、教学内容实施
1.合理选择教学内容。单片机技术包括存储、接口、定时、计数、中断等资源的运用,编程语言的运用,开发平台的运用以及资源的运用。项目里涉及单片机的接口应用、定时中断技术、存储扩展、显示扩展、数模转换等各个方面的知识点。例如,可以选择广告灯、电子钟、音乐盒、点阵牌、遥控车、交通灯等项目,把每个项目按照从简单到复杂的原则分解成多个子项目,同时可以对每个项目进行扩展,使每一个基础训练不仅能夯实基础,还能提升学生的综合能力。
2.软硬结合,由浅入深。针对学生编程能力水平可选择适合学生的语言来进行教学。比如已学习过C语言课程的学生,选择C语言进行教学可以让学生快速地掌握单片机编程方法。在教学内容上划分为硬件和软件两条主线,各条主线均遵从由浅入深、由易到难的过程;同时单个项目要体现项目的重点,防止内容和信息量过多,影响教学效果。
3.实训带动教学。让学生在做中学,借助实训帮助学生理解课程中难于理解的概念。如可以通过设计汽车转向灯的项目,让学生理解单片机的定时中断以及子函数、中断函数、运算方法等概念。在课外,可以引入Proteus仿真、Keil和单片机开发板实训,让学生在课余时间进行大量的基础训练,验证实训成果。多个器件结合使用,从而产生在原理中引入应用,在应用中处处有原理的教学效果,达到教学目标。
高职院校应该着重培养学生的动手能力、认知能力,以及职业态度,加强学生的综合素质,我们在选择教学方法和教学内容的时候也应该以此为中心。同时,注重企业需求,做到以企业为导向,以就业为目标,为社会培养更多的技能型人才,为由中国制造到创造的转变打下坚实的人才基础。
参考文献:
[1]李祖明,李晓婷.高职《单片机》课程的任务驱动式教学[J].科技资讯,2007(14):114-115.
单片机原理课程具备较强的实践性,对学生的理论知识和实际动手能力都有着较高的要求.在教学改革中,依托学校单片机基础实训基地和单片机应用实训基地提供的实训平台,充分调动学生学习的积极性,培养其实践动手能力和独立思考解决问题的能力,使学生能够在短时间内成为单片机领域基础理论丰富和动手实践能力强的应用型人才.
1.1课程教学的理念与思路
单片机原理课程其理论性和实用性都很强,在课程设置上以行业和岗位需求为导向,以职业能力培养为目的.单片机原理课程中各学习项目的设计、元器件的选用、电路的焊接及软件编程都尽可能符合企业产品的生产标准.在教学理念上改变传统的以学科体系为基础的教学思路,整个课程完全以实训平台中的项目来制订教学内容,按典型工作过程划分实训项目,以任务和行动过程为导向,构建学习领域.教师可以把典型电路板引入课堂教学中,如单片机最小系统板、矩阵按键学习板、D/A转换学习板和LED显示学习板等.这样可以提高学生初次学习单片机的直观感,学生能够一目了然地看到每一个典型电路的组成.然后通过实验教学的与时俱进、实训基地的现场体验等行之有效的措施,可以较好地解决本专业学生在学习该课程过程中理论和实践脱节的矛盾.
1.2单片机原理教学内容组织安排
为了使单片机原理课程的理论和实践教学获得双赢的教学效果,将单片机的教学内容重新进行整合和定位,灵活地设置课程的教学内容,将前沿的知识融入课堂,加大教学信息量.注重学生综合设计能力和应用技能的培养,将要讲授的内容以任务的形式提前布置给学生,每个任务可能是一个子课题的一部分,每个子课题可能是一个项目的一部分.这样就形成了自下向上的教学方法,学生作为任务完成的主体,以培养学生职业能力为中心,让学生在做中学,在学中做,在边学边做中养成独立分析问题和解决问题的能力,并将所学知识进一步巩固和升华.此外,2006年就完成了单片机实训平台的建设,结合“三大”教育理念和人才培养目标的定位,对单片机原理课程的教学计划也作了相应的调整,加强了实践环节的考核,即在每学期结束时分别安排1周、2周、3周的综合实验的设计任务.针对课程需要,采取阶梯式的方式设计若干个实际项目,学生依据自身的能力在设计学习项目时遵循由单一到综合,由简单到复杂,既能统筹兼顾,又能有的放矢的原则.通过一系列实训项目的训练,提高了学生的理论水平和动手实践能力.
1.3多种教学方法的运用
在单片机原理课程的教学中,充分发挥单片机实训平台优势,结合课程特点和学生学习基础,以工作任务为中心,科学地设计教学内容.旨在让学生能真正地参与到课堂中,调动学生获取知识的主动性,做课堂真正意义的主角.在教学环节中,针对不同阶段,不同的教学内容,可以采用多种教学方法.一是“任务驱动型教学法”,即任课教师将整门课的教学内容划分为多个模块,每一模块由多个课题组成,每一课题由一个或多个任务组成,每一任务由任务目标、任务分析、相关知识和任务实施4个相互连贯的部分组成.在教师的指导下由全班或小组成员针对每一个任务提出各自的设计方案,各成员组相互学习,取长补短,最后由教师总结归纳的教学方法.二是“案例教学法”,即教师将真实的案例信息提供给学生并提出问题,组织学生以问题为中心展开讨论,教师加以引导启发.以学生为学习主体,让学生参与教学互动,培养学生分析和解决实际问题的能力.三是“培训式教学方法”,即以单片机培训班的培训模式为参考,以企业项目或电子设计大赛赛题为教学内容,以提高学生设计能力为主线,将理论与实践有机结合.由于采用了灵活多样的教学方法和手段,不仅提高了学生的学习兴趣,对学生个性化培养、团结协作精神的培育都奠定了一定的基础.
2依托实训基地进行课程教学改革
2.1教学改革与适应人才市场需求相结合
高校的教学改革要紧跟人才市场变化形势,积极探索符合专业自身特点和企业需求的经典实训项目和内容.不断完善教学内容,更新教学方法,进行创造性教学,为社会培养具有积极性、独立性、创造性和合作型的人才.校企合作教育是一种值得推荐的人才培养模式,利用学校和企业不同的教育资源和教育环境,采用课堂教学与学生参加实际工作有机结合的方式来培养适合用人单位需要的应用型人才.如每年的“凌阳大学计划”就是一种很好的校企模式.学生通过在实训基地的学习培训锻炼,很快掌握企业要求的各项基本技能,实现了学生到学员的完美转变,凭借其专业基础可以很快适应企业的各项要求.
2.2教学改革与实训平台相结合
利用实训平台,布置学生完成一串灯的亮灭控制,这个过程中学生能够更深刻理解指令是怎样转化成信号去控制电子产品的,从而能够更好地理解单片机软硬件协同工作的意义.学生完成这个实训后还可以进一步布置相应的课外实训题目,如各种彩灯的控制,十字路口的交通灯控制等.当学生学完LED数码管显示原理及显示方式后可以布置学生完成点亮一个LED数码管,用数码管的动态方式实现自己生日的显示,最后能够完成电子钟的设计.这样由浅入深,由表及里,使学生的思维得到更好的锻炼.通过实训平台的学习和实践,学生可以逐步学会矩阵键盘、定时器中断、液晶显示、串口通信、红外接收、A/D和D/A转换等单片机的实用单元电路设计,熟练掌握基本电路的硬件原理分析和软件设计.通过这种最简单实用的方法,带领学生走进单片机世界的大门,使学生在最短的时间内了解单片机的工作原理和设计过程,并学在其中、乐在其中.
2.3通过“项目制”实施一体化教学
在课堂内容基础上,利用单片机实训基地作为学生实践创新能力和个性发展的载体,可以形成一、二课堂良性互动的良好局面.采用“教、学、做”一体化模式,以教师为主导,以学生为中心,边讲边学,边学边练,学生在教师的指导下完成教学情境规定的相关项目.教学模式见图5.任课教师将学生分成若干个项目组,根据教学情境设计任务,课前将任务书和相关学习参考资料布置给学生,让学生提早了解课程的基础知识.进入情境教学环节,教师先将关键环节示范给学生,然后让学生独立实践,完成任务.教师通过启发、提问等形式,引导学生自主学习、分析和思考,学生在此互动中可以自由交流彼此的想法,取长补短,最后找到一个最佳的设计方案.这样就将理论教学很好地融入到实践教学之中.通过学生的讨论和总结,教师有针对性地进行点评和讲解,使学生掌握相关知识.通过单元测试,进一步巩固所学的知识与技能.综合考虑各环节中表现突出的学生,给予参加各类竞赛的机会.
3结束语
关键词:中职,一体化教学模式,单片机
中图分类号:TP368.1-4 文献标识码:A文章编号:1007-9599 (2012) 06-0000-02
随着教学改革的不断推进,一体化教学模式作为教学方法的深入革新,逐渐取代了传统的课堂式教学,近几年在中职学校推广应用并取得了显著成效,全面提高了教学质量。一体化教学要求以培养学生的综合职业能力为目标,以典型工作任务为载体,以学生为中心,理论与实践相结合,在学中做,做中学,能有效提高中职生的学习兴趣,从而提高中职学校的教学质量。因此,一体化教学模式打破了传统教学的瓶颈,是今后职业学校教学改革的发展趋势。
笔者所任教的单片机是一门集理论性和实践性于一体的应用性课程,由于单片机微电子化的工作过程,使得该课程的学习抽象、不易理解,历来被同学看成是专业课程中的一块“硬骨头”, 目前的普遍状况是教师教得费劲,学生学得吃力,不能最大程度地提高他们的理论水平、动手能力和实践技能。为了改变这一现状,笔者开始探索把一体化教学模式应用在单片机应用技术教学中。
一、课程设计理念
本着以职业工作过程为导向,以综合职业能力培养为目标,以学习任务为载体,教学中以学生为中心,学中做,做中学的原则进行本课程的一体化设计。
二、教学目标
突出单片机的“应用性”,提高学生的综合职业能力,包括社会能力、方法能力和专业能力。社会能力注重培养学生的职业道德和敬业精神,学生与人沟通和交流的能力,劳动组织能力,团队意识及社会责任心等。方法能力注重培养学生独立进行任务分析、实施、评价的能力,获取、使用信息和新技术的能力,合理利用和支配资源的能力以及职业生涯规划能力。专业能力则是单片机应用系统的开发设计能力等。
三、教学内容的重构
多年来,单片机教学一直是先讲理论然后实训,讲授时理论抽象,枯燥难懂,实训时多是实验室插接线以验证理论为目的,不能激发学生的学习兴趣。笔者尝试改变以往单片机应用技术传统教学的章节次序,把教学内容进行重构,把知识点按照工作任务的需要整合起来,某个学习任务就可以涉及整本书的内容,也可以包括某个章节的内容,以最精简的方式达到教学效果的最优化,并在实际教学中开展以行动导向为基础的任务教学法,以工作过程为导向,以实用技能培训为重点,结合大量的典型实例,强调理论与实践一体化教学,理论表述简洁易懂,以够用为原则,操作步骤清晰明了,重在应用。
学习任务应具有完整的工作过程,该工作过程可用于学习特定教学内容。任务的安排应从简单到复杂,由单一到综合。学生主动并逐渐独立完成学习性工作任务,教师从知识传授者转换角色成为咨询者和引导者。中职学校的单片机教学主要应该以传授给学生基础的单片机知识,引领学生入门为主,为他们今后的工作或者继续学习打下基础。所以,时要考虑这一层因素,通过尝试笔者设计了以下几个学习任务:
1.任务一:彩灯制作,建议课时24学时
2.任务二:数字电子钟,建议课时18学时
3.任务三:电子音乐盒,建议课时18学时
4.任务四:单片机温度控制器,建议课时18学时
5.任务五:交通灯远程控制系统,建议课时18学时
6.任务六:PWM直流电机控制(或机器人制作),建议课时24学时
本课程建议总学时120。这些项目基本包含中职单片机教材的大部分知识点,同时细化成一个个学习任务,学生实现了在学中做,做中学。以任务一彩灯控制为例,在这个任务中教师可以以PPT或其他多媒体的形式向学生展示日常生活中的霓虹灯,店铺灯箱,广告牌等实际的彩灯控制实例,激发学生的求知欲,让学生主动去查找,收集并学习相关知识,教师引导学生的学习过程,并充当指挥者和咨询专家的角色,只需讲解MOV指令或者CLR、SETB指令,就可以教会学生怎样控制发光二极管亮灭,再通过教授延时时间的编写方法和程序的无限循环等指令,就会形成一个完整的闪烁程序。通过几条指令的学习,学生便可自己动手操作,既能加深对学习内容的理解与掌握,也能从中体会到成功的喜悦,学习兴趣自然会提高。
四、教学方法与手段
基于工作过程的一体化教学采用行动导向教学模式,具体有以下几种:任务驱动教学法,项目教学法,案例分析教学法,小组讨论教学法,情景模拟教学法,角色扮演教学法,张贴版教学法 ,大脑风暴教学法等。可以根据学习任务的需要,变换采用多种教学方法,如实物演示,仿真演示,多媒体讲解,实战操作等。
五、教学流程和步骤
从工作过程系统化的角度进行策划,包括获取信息,明确任务-制定计划-实施计划-检查控制-评价反馈等。以任务一彩灯控制为例,可以分解为五个教学活动:
1.教学活动一:接受任务,制定工作计划(4课时)
2.教学活动二:查询资料,咨询(4课时)
3.教学活动三:制定硬件电路和程序设计方案(6课时)
4.教学活动四:仿真器和下载线使用(4课时)
5.教学活动五:彩灯控制(6课时)
6.教学活动六:产品展示以及工作总结(6课时)
在具体实施中,一体化教学并非是教师不讲课,而是理论讲解和示范演练环节是教师的必不可少的教学环节,贯穿整个教学过程,学生要认真听课,积极思考,仔细观察,在教师的讲授中学习知识,提高水平,实现教中学。但教学过程中要注意要以学生为中心,在布置了任务后,主要是学生动手操作,主动学习,自主探索,从中进一步理解理论知识,深化理论知识,实现学中做;最后的产品展示以及工作总结环节是教师对教学过程的总结和反馈,通过与学生的集体反思,促进他们理论水平和实践能力的提高,为进一步实现教学做一体化提供可资借鉴的经验和教训。
六、教学评价内容和标准
对应学习任务的学习目标设置评价内容与方式,综合考虑学生专业能力、方法能力和社会能力进行综合评价。以彩灯控制为例,主要有以下几方面:能正确完成工作页中的书面作业,能根据任务要求正确设计电路图,会熟练操作 KEIL51(或WAVE)软件,能领会单片机开发流程,能对产品进行简单的维修、维护与保养,会写出规范的工作总结,能积极的展示自己的作品,能够积极参加各项讨论,善于表达自己的观点,能与小组成员及其他组成员团结协作,能按照标准进行安全文明生产。
七、考核方法
考核方式采用过程考核,学生评价+教师评价+企业专家评价,重点评价学生的职业能力,即社会能力、方法能力和专业能力。
八、单片机一体化教学改进意见和建议
通过一学期的一体化教学教学尝试,笔者深切体会到一体化教学改革任务艰巨,任重道远,单片机应用技术课程一体化教学改革尽管取得了初步的成效,但还要不断深化,细化,完善各种教材、学材,健全一体化工作站的软硬件设施,实训设备要与企业接轨,学习任务要有一定的使用价值,加强校企合作,对承担一体化教学任务的一体化教师的培养要加强,不仅要掌握理论知识,还要练就高超的操作技能,要多下企业,才能成为一名合格的一体化教师。
九、结语
总之,一体化教学是一种非常有效的教学手段,它将专业理论与技能实训合二为一,让学生边学边练,即巩固了理论知识,又提高了专业技能。为了实现教学做一体化,教师既要讲解理论知识,又要指导实践环节,而且要把两者融会贯通,促进了教师自身素质的提高和专业水平的提升。
参考文献:
[1]程志刚.教学做一体化在51单片机教学中的应用.广东教育·职教版,2011,11
[2]高林.基于工作过程的课程设计方法及实施条件分析[J].职业技术教育,2008,13