论文部分内容阅读
【摘 要】本文论述新工科背景下单片机信息化课堂教学的实践，分析信息化教学资源及技术手段在单片机课程教学中的应用，学习过程从“课前导学”到“课堂教学”，到“课后延学”，学习时间和场所从课堂和教室转移为随时随地，从而使学习目标更明确，学习步骤更清晰，学生的学习能力和职业能力得到更好的锻炼。
【关键词】新工科 单片机 信息化
【中图分类号】G 【文献标识码】A
【文章编号】0450-9889（2019）12C-0165-03
一、单片机课堂教学现状分析
单片机的应用渗透到我们生活的各个领域，单片机的学习、开发与应用将造就一批计算机应用与智能化控制的卓越工程科技人才。然而课题组调研发现，单片机相关知识课程的学习常常被学生反映难学，主要是因为对传统的文本化编程语言（C语言）难以理解并灵活应用。
其实单片机的编程的确是有很多固定框架的，由于在目前的学习中大都采用文本程序代码，并不能对信息进行高度封装，虽然文本程序采用了更加复杂的语法结构来适应这种对大容量信息的封装，但也无疑加重了编程者学习编程语言的负担。
目前单片机应用技术课程多使用项目驱动式的“教学做一体”教学组织方式：给定设计项目，教师指导学生分析系统设计的基本要求，教师讲解相关知识点，学生进行设计练习，教师随堂答疑指导，并现场完成测评。这种组织方式下，学生的学习积极性提高，但并不能够有效地增加学生练习的时间，实践环节的削弱使得学生不能有效地利用所学理论知识，学生学习效果不高。
基于翻转课堂的教学组织方式逐渐被倡导，通过提前录制教学视频，将项目所涉及的理论知识，如程序语句、单片机引脚结构等提前发布给学生，将设计分析和视频学习放在课下，课堂进行难点答疑和编程练习，这样大大节约了课堂时间，扩充了练习项目，学生实践机会增加，设计能力提高很快。如果能够加强课下学习过程的监管，例如制定科学的学习计划、学习目标、学习内容、学习步骤及学习效果，使学生能够有效控制和管理自己课下学习的实施及学习目标的实现，则该课程的学习实效性将得到更大的保障。
基于以上课程学习情况，设计基于数字和互联网技术的信息化课堂教学，取得了一定的教学效果。
二、信息化课程建设内容
以教育思想和教学观念的转变为先导，积极进行教学内容优化、教学方法创新、师资队伍建设等，实现单片机技术与应用课程的“四化”，即教学资源多样化、教学内容规范化、教学方法科学化和教学手段现代化。其中信息化课程教学资源的建设主要包括以下内容：
（一）基于职业性原则的课程标准
根据课程面向的工作岗位及专业人才培养方案，以工学结合为原则，详细合理设置课程的教学目标和教学安排，课程标准设计体现教学方式多样创新，教学内容以学生为本。
（二）“互联网+”数字媒体技术的教学资源
1.微课开发。针对延时函数、矩阵键盘的结构、定时计数器设置、串口通信等教学难点，结合开发板及虚拟仿真软件，开发相关教学微课，主要用来辅助学生完成课前预习任务。
2.网络课程资源。网络课程资源主要建设单片机课程教学项目及相关的数字化素材及电子教案等。通过学校购买的得实网络平台向学生提供课程课前导学知识清单、导学测试、课程教学任务单、涉及知识点的微课或PPT电子教案、课后思维导图、讨论及拓展设计项目、学生作品分享等。
3.图形可视化自助程序生成平台的建设。选择恰当的图形化编程语言，自动生成延时程序、定时计数器初始化程序、中断程序、按键识别程序、A/D转换程序、串口I/O通信程序、LCD1602显示驱动程序、DS18B20温度读取程序、步进电机驱动程序等程序框架，通过复制直接获取程序代码，或者生成利用拖放技术的交互式编程软件，使学生通过拖拽鼠标完成编程。
4.活页式的校本教材及配套实验平台建设。单片机校本教材按照“项目活页式”进行内容开发与设计，弱化教材特征，强化项目活页的功能，以实际小型单片机应用系统设计作为主体内容，将职业素养、课程思政有机融入教材中，提供多元立体化的学习资料，实现教材多功能作用。
5.基于创客教学的实训项目开发。根据创客教育的规律，主要开发两类教学实训项目，一是通用型的实训项目，以基础性、功能验证性项目为主，适合大多数同学，学生可以借助课本独立完成，例如交通信号灯、电子钟、万年历。二是创客型实训项目，更加切合实际，项目贯穿整个学习过程，以解决实际问题为主要目标，学生以创客小组的形式在课程开始前定下设计任务，没有具体的要求，典型的特点是开放性和创新性。
三、基于得实平台的信息化课堂教学实施
根据职业教育的教学改革要求，采用任务驱动法，以完成某一单片机小系统设计为载体，通过“课前导学、课堂教学、课后延学”三个过程阶段，借助数据化、实时化、信息化教学平台，达到单片机应用系统设计的基本理论、基本知识和基本技能的学习目标。下面以4路抢答器的设计为例，介绍信息化课堂实施的过程。
针对共阳/共阴数码管显示原理易混淆的问题，利用课程平台的在线测试及抢答、微课视频、虚拟仿真等信息技术，直观展示原理，引导学生追本溯源，发现规律，有效突破教学难点。教学环节及信息化手段如表1。
（一）课前导学
教师发布学习任务：通过“超星学习通”发布学习任务及相关学习资源、导学测试，针对学生完成的学习情况、测试结果调整教学安排。
学生自主学习：学生登陆课程平台，接收学习任务，点击浏览相关教学资源进行学习，按时完成导学测试。整个过程，师生和学生之间可随时在线讨论，共同完成课前知识探究，為实现翻转课堂奠定基础。
通过课程平台、微课、文档、导学测试等信息化手段，拓展学生学习时间与空间，培养学生自学能力，针对性调整教学步骤与方式。 （二）课堂教学做
1.情境引入，分析需求。教师通过网络课程平台设置知识抢答环节，现场模拟抢答情境，引导学生讨论基于单片机的抢答器实物设计功能需求，引出数码管的使用。
学生通过手机APP登录课程平台，参与知识抢答，小组线下或线上弹幕讨论抢答器功能需求、设计所用到的知识需求，明确本次课程学习目标。
通过课程平台设置一些微课视频，使学生明确学习目标、设计目标，使教学过程有的放矢。
2.分析问题，现场教学。教师借助网络课程平台、教学微课、单片机自主程序开发平台进行理论讲授;归纳、解决学生学习问题。
学生结合课前的预习以及进行项目设计所需要的知识点，进行针对性学习，参与课堂讨论，解决问题。
通过课程平台、微课视频、虚拟仿真，进行问题式学习，加深学生对知识点的理解与掌握。
3.设计实施，演示评价。教师指导设计步骤，个别调试指导，学生演示，总结问题，进行评价。
学生分小组实施设计，有效分工合作，协同作业，申请项目验收，演示项目功能，分享经验，互相评价。
通过课程平台、微课视频、虚拟仿真、程序自主生成APP，检验学生学习能力，锻炼学生动手设计能力和团队合作能力，激发学生学习主动性和积极性。
（三）课后拓展
1.任务拓展，个性延伸。教师对未完成项目的小组进行课后指导，通过“学习通”对学生提交的问题进行答疑，指导学生体验挑战杯大学生课外作品设计、互联网+创新创业大赛。
學生完成项目设计，可拓展抢答器功能，利用互联网体验创新创业，利用“学习通”进行学习讨论与经验分享。
通过课程平台和手机APP巩固学习内容，培养创新意识。
2.多元考评，公开公正。综合学生课前、课中、课后的表现，借助平台，教师完成针对每名学生的多元化考核评价。网络课程平台的使用可以保障公开公正、多元化的考核评价，全面提升职业素养。
四、教学特色
（一）教学设计
从职业岗位需求出发，采用C语言编程，以工作任务（设计委托）引导教与学，设计任务具有针对性、扩展性、系统性和创新性，贴近岗位需求。
（二）网络课程平台的使用
将带有微课视频、习题、语音的课前预习课件推送到学生手机，并自动进行任务提醒;课堂上实时答题、弹幕互动，师生及时沟通，教师可以获得完整和详细的教学资源点击率、测试成绩分析报表，便于及时调整教学方式与安排。
（三）单片机图形可视化自主程序生成平台的使用
教师讲授案例及学生进行项目设计时，使用图形化模块，选择确定要生成的程序功能细节，根据个人需要设置生成程序框架，辅助学生编程练习，训练学生编程基本功，使单片机的编程开发变得更加普及。
（四）虚拟仿真技术的使用
单片机应用系统设计教学时引入Proteus虚拟仿真软件，从原理图设计布图、程序代码调试到单片机最小系统与外围电路的协同仿真，既可以验证程序设计的准确度，又可以作为师生互动的重要手段，辅助教与学的进行。
五、师资及条件保障
（一）教学梯队
课程主讲教学团队由具有一定学术造诣、丰富课堂授课经验和丰富实践经验的教师组成，按照学生比例配备一定的辅导及实验老师，并聘请企业优秀技术人员兼职指导学生创新项目。
（二）能力建设
通过开发/合作项目、参与/指导竞赛等方式，提高教师的实际应用能力，培养实践教学能力;通过课程建设，引导教师发挥主观能动性，积极参与教学改革与创新。
新工科时代要培养更多的复合型工程科技人才。对于高职层次的教育教学，更应该倾向于培养学生快速学习新事物的能力。信息化技术在课程教学中的应用，学习时间和场所从课堂和教室转移为随时随地，学习的目的更明确，学习的步骤更清晰，大大提高了学生的学习主动性，学习能力和职业能力得到了锻炼，取得了较好的学习效果。
【参考文献】
[1]李佳佳，贺伟，刘晓芳，樊晓红.新工科背景下单片机课程教学的研究与探索[J].教育现代化，2019（3）
[2]陈峰，李玲.基于泛雅网络学习平台的高职《单片机应用技术》网络课程建设[J].电脑知识与技术，2017（13）
[3]陈瑞森.信息化教学在单片机综合实训中的应用[J].广东职业技术教育与研究，2018（6）
[4]王雪丽.“互联网+”时代高职《单片机技术应用》教学改革研究[J].教育教学论坛，2017（39）
[5]顾菊芬.IAP15 可仿真单片机教学平台的研制与应用[J].宁波职业技术学院学报，2016（20）
（责编 丁 梦）
【关键词】新工科 单片机 信息化
【中图分类号】G 【文献标识码】A
【文章编号】0450-9889（2019）12C-0165-03
一、单片机课堂教学现状分析
单片机的应用渗透到我们生活的各个领域，单片机的学习、开发与应用将造就一批计算机应用与智能化控制的卓越工程科技人才。然而课题组调研发现，单片机相关知识课程的学习常常被学生反映难学，主要是因为对传统的文本化编程语言（C语言）难以理解并灵活应用。
其实单片机的编程的确是有很多固定框架的，由于在目前的学习中大都采用文本程序代码，并不能对信息进行高度封装，虽然文本程序采用了更加复杂的语法结构来适应这种对大容量信息的封装，但也无疑加重了编程者学习编程语言的负担。
目前单片机应用技术课程多使用项目驱动式的“教学做一体”教学组织方式：给定设计项目，教师指导学生分析系统设计的基本要求，教师讲解相关知识点，学生进行设计练习，教师随堂答疑指导，并现场完成测评。这种组织方式下，学生的学习积极性提高，但并不能够有效地增加学生练习的时间，实践环节的削弱使得学生不能有效地利用所学理论知识，学生学习效果不高。
基于翻转课堂的教学组织方式逐渐被倡导，通过提前录制教学视频，将项目所涉及的理论知识，如程序语句、单片机引脚结构等提前发布给学生，将设计分析和视频学习放在课下，课堂进行难点答疑和编程练习，这样大大节约了课堂时间，扩充了练习项目，学生实践机会增加，设计能力提高很快。如果能够加强课下学习过程的监管，例如制定科学的学习计划、学习目标、学习内容、学习步骤及学习效果，使学生能够有效控制和管理自己课下学习的实施及学习目标的实现，则该课程的学习实效性将得到更大的保障。
基于以上课程学习情况，设计基于数字和互联网技术的信息化课堂教学，取得了一定的教学效果。
二、信息化课程建设内容
以教育思想和教学观念的转变为先导，积极进行教学内容优化、教学方法创新、师资队伍建设等，实现单片机技术与应用课程的“四化”，即教学资源多样化、教学内容规范化、教学方法科学化和教学手段现代化。其中信息化课程教学资源的建设主要包括以下内容：
（一）基于职业性原则的课程标准
根据课程面向的工作岗位及专业人才培养方案，以工学结合为原则，详细合理设置课程的教学目标和教学安排，课程标准设计体现教学方式多样创新，教学内容以学生为本。
（二）“互联网+”数字媒体技术的教学资源
1.微课开发。针对延时函数、矩阵键盘的结构、定时计数器设置、串口通信等教学难点，结合开发板及虚拟仿真软件，开发相关教学微课，主要用来辅助学生完成课前预习任务。
2.网络课程资源。网络课程资源主要建设单片机课程教学项目及相关的数字化素材及电子教案等。通过学校购买的得实网络平台向学生提供课程课前导学知识清单、导学测试、课程教学任务单、涉及知识点的微课或PPT电子教案、课后思维导图、讨论及拓展设计项目、学生作品分享等。
3.图形可视化自助程序生成平台的建设。选择恰当的图形化编程语言，自动生成延时程序、定时计数器初始化程序、中断程序、按键识别程序、A/D转换程序、串口I/O通信程序、LCD1602显示驱动程序、DS18B20温度读取程序、步进电机驱动程序等程序框架，通过复制直接获取程序代码，或者生成利用拖放技术的交互式编程软件，使学生通过拖拽鼠标完成编程。
4.活页式的校本教材及配套实验平台建设。单片机校本教材按照“项目活页式”进行内容开发与设计，弱化教材特征，强化项目活页的功能，以实际小型单片机应用系统设计作为主体内容，将职业素养、课程思政有机融入教材中，提供多元立体化的学习资料，实现教材多功能作用。
5.基于创客教学的实训项目开发。根据创客教育的规律，主要开发两类教学实训项目，一是通用型的实训项目，以基础性、功能验证性项目为主，适合大多数同学，学生可以借助课本独立完成，例如交通信号灯、电子钟、万年历。二是创客型实训项目，更加切合实际，项目贯穿整个学习过程，以解决实际问题为主要目标，学生以创客小组的形式在课程开始前定下设计任务，没有具体的要求，典型的特点是开放性和创新性。
三、基于得实平台的信息化课堂教学实施
根据职业教育的教学改革要求，采用任务驱动法，以完成某一单片机小系统设计为载体，通过“课前导学、课堂教学、课后延学”三个过程阶段，借助数据化、实时化、信息化教学平台，达到单片机应用系统设计的基本理论、基本知识和基本技能的学习目标。下面以4路抢答器的设计为例，介绍信息化课堂实施的过程。
针对共阳/共阴数码管显示原理易混淆的问题，利用课程平台的在线测试及抢答、微课视频、虚拟仿真等信息技术，直观展示原理，引导学生追本溯源，发现规律，有效突破教学难点。教学环节及信息化手段如表1。
（一）课前导学
教师发布学习任务：通过“超星学习通”发布学习任务及相关学习资源、导学测试，针对学生完成的学习情况、测试结果调整教学安排。
学生自主学习：学生登陆课程平台，接收学习任务，点击浏览相关教学资源进行学习，按时完成导学测试。整个过程，师生和学生之间可随时在线讨论，共同完成课前知识探究，為实现翻转课堂奠定基础。
通过课程平台、微课、文档、导学测试等信息化手段，拓展学生学习时间与空间，培养学生自学能力，针对性调整教学步骤与方式。 （二）课堂教学做
1.情境引入，分析需求。教师通过网络课程平台设置知识抢答环节，现场模拟抢答情境，引导学生讨论基于单片机的抢答器实物设计功能需求，引出数码管的使用。
学生通过手机APP登录课程平台，参与知识抢答，小组线下或线上弹幕讨论抢答器功能需求、设计所用到的知识需求，明确本次课程学习目标。
通过课程平台设置一些微课视频，使学生明确学习目标、设计目标，使教学过程有的放矢。
2.分析问题，现场教学。教师借助网络课程平台、教学微课、单片机自主程序开发平台进行理论讲授;归纳、解决学生学习问题。
学生结合课前的预习以及进行项目设计所需要的知识点，进行针对性学习，参与课堂讨论，解决问题。
通过课程平台、微课视频、虚拟仿真，进行问题式学习，加深学生对知识点的理解与掌握。
3.设计实施，演示评价。教师指导设计步骤，个别调试指导，学生演示，总结问题，进行评价。
学生分小组实施设计，有效分工合作，协同作业，申请项目验收，演示项目功能，分享经验，互相评价。
通过课程平台、微课视频、虚拟仿真、程序自主生成APP，检验学生学习能力，锻炼学生动手设计能力和团队合作能力，激发学生学习主动性和积极性。
（三）课后拓展
1.任务拓展，个性延伸。教师对未完成项目的小组进行课后指导，通过“学习通”对学生提交的问题进行答疑，指导学生体验挑战杯大学生课外作品设计、互联网+创新创业大赛。
學生完成项目设计，可拓展抢答器功能，利用互联网体验创新创业，利用“学习通”进行学习讨论与经验分享。
通过课程平台和手机APP巩固学习内容，培养创新意识。
2.多元考评，公开公正。综合学生课前、课中、课后的表现，借助平台，教师完成针对每名学生的多元化考核评价。网络课程平台的使用可以保障公开公正、多元化的考核评价，全面提升职业素养。
四、教学特色
（一）教学设计
从职业岗位需求出发，采用C语言编程，以工作任务（设计委托）引导教与学，设计任务具有针对性、扩展性、系统性和创新性，贴近岗位需求。
（二）网络课程平台的使用
将带有微课视频、习题、语音的课前预习课件推送到学生手机，并自动进行任务提醒;课堂上实时答题、弹幕互动，师生及时沟通，教师可以获得完整和详细的教学资源点击率、测试成绩分析报表，便于及时调整教学方式与安排。
（三）单片机图形可视化自主程序生成平台的使用
教师讲授案例及学生进行项目设计时，使用图形化模块，选择确定要生成的程序功能细节，根据个人需要设置生成程序框架，辅助学生编程练习，训练学生编程基本功，使单片机的编程开发变得更加普及。
（四）虚拟仿真技术的使用
单片机应用系统设计教学时引入Proteus虚拟仿真软件，从原理图设计布图、程序代码调试到单片机最小系统与外围电路的协同仿真，既可以验证程序设计的准确度，又可以作为师生互动的重要手段，辅助教与学的进行。
五、师资及条件保障
（一）教学梯队
课程主讲教学团队由具有一定学术造诣、丰富课堂授课经验和丰富实践经验的教师组成，按照学生比例配备一定的辅导及实验老师，并聘请企业优秀技术人员兼职指导学生创新项目。
（二）能力建设
通过开发/合作项目、参与/指导竞赛等方式，提高教师的实际应用能力，培养实践教学能力;通过课程建设，引导教师发挥主观能动性，积极参与教学改革与创新。
新工科时代要培养更多的复合型工程科技人才。对于高职层次的教育教学，更应该倾向于培养学生快速学习新事物的能力。信息化技术在课程教学中的应用，学习时间和场所从课堂和教室转移为随时随地，学习的目的更明确，学习的步骤更清晰，大大提高了学生的学习主动性，学习能力和职业能力得到了锻炼，取得了较好的学习效果。
【参考文献】
[1]李佳佳，贺伟，刘晓芳，樊晓红.新工科背景下单片机课程教学的研究与探索[J].教育现代化，2019（3）
[2]陈峰，李玲.基于泛雅网络学习平台的高职《单片机应用技术》网络课程建设[J].电脑知识与技术，2017（13）
[3]陈瑞森.信息化教学在单片机综合实训中的应用[J].广东职业技术教育与研究，2018（6）
[4]王雪丽.“互联网+”时代高职《单片机技术应用》教学改革研究[J].教育教学论坛，2017（39）
[5]顾菊芬.IAP15 可仿真单片机教学平台的研制与应用[J].宁波职业技术学院学报，2016（20）
（责编 丁 梦）