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關鍵詞:教學;課程;困難
中圖分類號:G642文獻標識碼:A文章編號1003-2851(2009)10-0123-01
《單片機技術》是高職院校機電、電子、電氣等專業普遍開設的一門專業課,是高職電子類專業必修的專業技術基礎課。但因其課程的特點,導致教與學都存在困難。本文結合我校單片機教程改革進行項目驅動式教學的探索。單片機課程具有涉及學科多、內容多、概念多、邏輯性強、關聯性強、抽象等特點,它是一門綜合性、實踐性很強的課程。對于一個單片機學習者,除要掌握單片機的專業知識外,還要有較扎實的電路硬件技術和動手能力,還要熟悉計算機操作與一般的編程方法。除此之外,單片機系統外部結構因功能不同而技術路線、實現手段、元器件、電路結構等也不同,沒有固定的模式,使初學者感到既神秘又摸不著邊。據了解,學生普遍都感到難學,難入門,會應用更是一個難以逾越的“門坎”。因此,對該門課程解決教與學都難的問題勢在必行。
二、項目驅動式教學法介紹
(一)高職《單片機技術》教學現狀。高職教材教材通篇以理論敘述為主,缺乏典型的應用實例,或者采用了一些不合適的例子,教材與實踐操作脫節現象比較嚴重。教學的現狀在大多數高職院校教師按照教材的編排順序進行講授,教學效果不理想。
(二)《單片機技術》項目驅動式教學探索。 1.項目驅動式教學法介紹:項目驅動式教學法是2003年7月德國聯邦職教所制定以行動為導向的一種教學形式,它的特點是把整個學習過程分解為一個個具體的工程或事件,設計出一個個項目教學方案,按行動回路設計教學思路,不僅傳授給學生理論知識和操作技能,更重要的是培養他們的職業能力。 項目驅動式教學法的優勢主要體現在以下幾個方面: 強調實踐性;突出自主性;關注成長性;評價多樣性。
二、教學內容改革
本課程采用了高等職業教育電子信息類專業規劃教材――《項目式驅動式單片機應用教程》, 該教材的特色如下:理論和實踐的密切結合;合理分解知識點,要求掌握的技能;實用的工程理念貫穿其中;方便教學與實訓綜合其他教材。結合其他資料,共選定了10個技能訓練項目。通過實際項目,讓學生認識單片機,進一步提高單片機系統開發與應用的工程綜合運用能力。
表:單片機課程項目及內容
一:點亮一盞LED燈 單片機結構與引腳說明,單片機最小系統應用,掌握位操作和總線操作兩種方法。
二:循環彩燈控制循環彩燈控制(順序控制、個數控制、閃爍時間控制),掌握單片機產品開發的全過程。
三:電腦音樂發生器中斷系統、定時器結構與工作方式,
四:數字溫度計DS18B20應用,單點溫度控制,多點溫度控制系統。
五:計數器實訓利用外部中斷引腳接按鍵,中斷服務程序計數,液晶顯示器顯示個數,最大計數為65535,實現計數器。
六:串行通信技術串行口單機通信測試,雙機串行通信,485網絡通信,單片機與微機通信。
七:簡易信號發生器設計D/A轉換芯片DAC0832介紹、鋸齒波設計、三角波設計。
八:60秒定時器動態掃描概念、定時器、中斷加深,用單片機的定時器及中斷設計一個60秒定時器。
九:LED點陣顯示4×4鍵盤編碼顯示,按鍵電路、按鍵工作原理,行列式鍵盤掃描方式、編程方法。
十:智能打鈴系統實時時鐘DS1302芯片電路及功能模塊子程序,按鍵電路及功能模塊子程序,響鈴電路及功能模塊子程序,主程序調用各個功能模塊子程序。
三、教學方法改革
根據高職教育人才培養目標要求,我們改革傳統的課程組織形式,通過實施一個個完整的項目來組織教學活動,進行項目引導、任務驅動室課程模塊化教學:我們直接在實驗室進行課堂教學,學中做,做中學,實現教、學、做一體化。每個學生也在計算機上編程,編譯,調試程序,然后用Proteus軟件進行仿真,然后把程序下載到單片機上,查看實際效果。改變了以往理論授課、實驗、綜合實習的三部曲模式,而是通過項目驅動方式將其融為一體。
四、評價方式改革
在考核中,既要考核學生對基本知識與技能的掌握程度,同時考核學生的創新能力。如在彩燈設計、音樂編程的學習中,鼓勵學生大膽想象,充分發揮自主創新意識。期末考試采用上機加筆試,平時成績占20%。
總之,《單片機技術》項目式驅動式教學改革,對學校的教育教學改革起到了促進作用,對教師的鍛煉和成長起到了推動作用,提高了教學質量。通過項目驅動式的學習,學生的實踐能力、創新能力都得到提高,從而全面提升了畢業生的職業綜合素質,能更好的適應就業崗位的需要。
參考文獻
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關鍵詞:單片機系統項目式教學應用能力
一、引言
單片機應用系統的學習過程就是應用系統的開發過程,是一個基于實用的認知過程。為了使高等職業類院校的學生在學完單片機技術這門課程的同時,也能進行單片機實用產品的開發和研究,課程教學應該在單片機應用系統的學習過程中貫穿實用產品的開發與研究,在開發中熟悉、掌握單片機的基本知識和應用方法。
一般課程采用的是任務型教學方法,整個過程大致可以總結為:確定任務目標、進行任務分析、講授相關知識、任務實施并完成等幾個步驟。這種方法可以適合于各種課程的知識與技能教學。單片機系統教學如果也采用這樣的教學方法就不能體現其實用性,不能把單片機應用系統的學習過程貫穿于實用產品的開發與研究中,達不到理論聯系實際的教學效果。單片機應用技術課程的最大特點是實用性,這就從理論上決定了本課程的學習可以不同于其他理論課或理論基礎課,它可以和實踐緊密聯系起來進行學習。但是在實際教學實踐中,能夠實現理論和實際的緊密聯系并不是一件輕松的事情。
怎樣才能實現上述目的,提高高職院校單片機系統的教學質量呢?首先應該構建項目式教學平臺,進行項目式教學是實現上述目的的最好途徑。基于項目的單片機系統教學過程大致可分為:項目引入、相關知識學習、項目實施、知識拓展等幾個環節,其教學體系以培養學生應用能力為核心,以項目為驅動,以教師教材為基礎,以實驗為手段,以考核和課程設計為保證,整個教學體系如圖1所示。
基于項目進行單片機應用技術理論學習和操作的方法,也可以應用在其他嵌入式系統課程的教學中。
二、建立適合項目式教學的師資隊伍,選擇合適教材
良好的教師隊伍和恰當的教材是保證項目式教學正常運行的基本條件。
1.建立適合項目式教學的師資隊伍
單片機應用系統教學過程是一個以教師為主導的學習過程。講授單片機應用技術課的應該是具有一定項目開發和實踐經驗的教師,而不是剛畢業參加工作沒有開發經驗的研究生或者大學生。單片機系統教師應當定期進行培訓、調研、學習,到公司和企業去進行項目和產品開發,學校要加強與企業的聯系,以保證教師知識的先進性和提高教師的業務水平,還可以聘用企業、行業、科研單位人員到高校兼職,擔任任課教師。
2.選擇適合項目式教學的教材
在組織單片機系統教學中,教師選用的教材要和項目式的教學方法配套,切忌選擇經典式的任務式教學所用的教材。因為二種教材在教材定位、編寫原則、書籍特色等方面有所不同。以項目式為基礎的教材一般以項目、模塊或者課題為單元劃分整書結構,而任務型教學以理論知識的系統性學習為基礎按章節形式劃分整書結構,雖然二者內容相同,并且都可以由淺入深的組織教學,但側重點不同,前者突出實用、實驗、科研,后者側重理論、連貫、系統。從培養學生應用能力的目標來看,前者突出實際運用,更易達到學以致用的目的。
三、實驗室建設是項目單片機教學體系得以實施的平臺
單片機應用系統的學習離不開實驗。項目式教學的內容以最新的研究成果和企業的實際案例為學習單元,培養的是學生的實際操作能力,用理論指導操作,在操作中強化理論,最終將理論最大限度地運用于實踐是單片機應用技術課程教學的目的,而這一切都是以實驗為基礎的。
單片機應用技術的學習過程可能要在實驗室花費大半的時間。傳統的單片機實驗室由實驗箱構成,應用的軟件種類少,硬件改動難,只能做一些基本的實驗,已經不能滿足現代單片機的學習需求。
新型的實驗室以軟件和硬件相結合的方式,突出軟件的調試、仿真功能,培養學生的動手能力。將Keil、Wave、Proteus、Protel等軟件、仿真器和編程器貫穿用于教學中。使用的一般過程是用Keil、Wave、MPLAB-IDE等軟件(根據芯片種類選一種)進行程序設計、軟件調試和仿真,用Proteus對硬件電路進行設計和仿真,最后用Protel繪制電路原理圖和印制版。由于單片機軟件種類較多,比如PCB設計主流軟件有Protel、PADs、Cadence Allegro、Mentor WG等,學習時可根據實驗室現有裝備情況、市場需求、學生就業趨向等進行選擇。
四、課內課外相結合,鼓勵學生主動學習
單片機應用系統授課時間大約32~40學時,在這么短的時間里實現產品的開發與研究幾乎是不可能的,這就需要擴展教學時間,使教與學由課堂內延伸到課堂外。項目式教學以實踐為入口,注重實用,利用人的好奇心,有利于激發學生的學習興趣,反過來,對單片機應用技術的興趣又激勵著學生能主動利用課余時間學習,使二者之間形成良性循環,為基于項目式單片機系統的教學目標的實現提供可靠的保證。
為了能更好地引導和幫助學生的課內、外學習,教師和實驗員有必要采取一些輔助手段。比如:一是開放實驗室。教師可以安排責任心強的學生負責課余時間實驗室的管理,基本做到宿舍不熄燈,實驗室不關門,給好學的學生提供實驗條件。二是對學生進行分組。教師以項目為基礎進行教學非常有利于學生分組學習,因為可以以項目本身作為分組的標準,當然也可以選擇其他的分組方法。主要分組方法有:
一是以項目為標準劃分:同一項目分組、不同項目分組。
二是從學生層次上劃分:可分為強弱互助型小組、 強強聯合型小組、弱弱共濟型小組等。例如強弱互助型小組是把基礎較好、學習能力較強的學生和基礎較弱、各方面表現欠佳的學生組成一個學習小組。這種小組實行“一對一”互幫互學辦法,促進后進學生更快地進步。這種學習小組非常適合于日常教學的各個環節,教師做好引導工作,制定合適的激勵措施,真正達到全組同學共同努力、共同提高的目的。
三是按學生興趣劃分小組。教師在平時多觀察學生的個性,把興趣相近的學生組成一個小組。這種分組方法特別適合建立各種課外興趣小組時使用,因為小組成員志趣相同,更容易凝聚成一個充滿合作精神的團體。
五、改革考核形式,實行項目特色考核
改革期末評分方法,實現教考分離是項目式教學特有的一種評分方法。由于單片機應用技術課程是以培養學生實踐能力和應用能力為目的,因此考核也應針對幾方面的能力進行考核,考核的方式方法和考核的內容將直接影響教學過程的實施,關系到教師如何教和學生如何學。在期末考核時,教師應結合學生平時的表現,進行綜合評定。例如:
平時:60%~80%――基于項目的成績。
考試:20%~40%――基于測試和測驗。
基于測試和測驗的成績主要在學期末進行評定。由專業教師根據教學大綱編制試題庫,題庫分應知和應會兩方面內容。期末考核也分為應知和應會二部分內容。應知考試是對各知識點的考核,包括基本概念、基本原理、基本器件;應會是對學生的編程、制版、調試等進行操作考核,應會考試要求學生現場調試結果,教師根據學生完成的準確性和熟練程度按評分標準現場評分。
基于項目的成績,主要是對學生在實驗操作、課題開發與研究過程中的表現狀況、進行狀態、完成速度與完成質量等方面情況以分數形式體現的綜合評價。整個考核主要是對編程能力、軟硬件分析能力、軟硬件調試能力,綜合運用能力的考核,可以用直接參照、加權平均、綜合評分等方法進行打分。這一成績應該在整個分數中占較大比例。由于每一個項目除了教師講授、演示外,許多工作由學生動手、教師指導來完成,每一個課題的成功都離不開學生的努力和創新,學生的發揮在項目開發中會表現的淋漓盡致,這種評分的價值甚至比考試更加重要,尤為客觀和真實。
六、增加課程設計,進行項目自主開發或產品的開發
產品的開發過程實際上是把一個大的項目分解成若干個小的項目進行開發,一些小的項目是單片機項目,另一些小的項目不一定是單片機項目,而是產品相關的其他領域項目。基于項目的教學方法可以以課程設計的完成作為課程教學結束的標志,課程設計中要貫穿單片機相關的實用產品開發,最后要有經過調試的、完整的電路原理圖、仿真電路圖、源程序清單、參考印制版圖。在設計和開發過程中,教師加強學生的能力培養,包括元器件應用、傳感器應用、電子技術應用、電路設計、執行機構設計、編程控制設計等綜合能力。課程開發的經驗和過程也完全可以在畢業設計時采用。有實踐經驗的教師更容易組織此類教學,此類教學也更能培養學生的學習興趣,提高單片機系統課程的教學效果,培養出實用型人才。
參考文獻:
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關鍵詞: 單片機課程; 項目式教學; 控制器; 創新意識
中圖分類號:G642 文獻標志碼:A 文章編號:1006-8228(2014)12-53-02
Reform and practice of SCM course in colleges based on project
Sun Yuan, Chen Limei
(Beijing Wuzi University, Beijing 101149, China)
Abstract: According to the disadvantages in the traditional SCM (single-chip microcomputer) courses, the project teaching method is proposed. The selection of project, the design of project and the implementation of project in the process of teaching are discussed.Take the gas controller as a project case, how to imbed the project teaching method into the teachingof the SCM hardware and software is introduced. With project as the main line, the entire project is gradually developed. It shows the superiority of project teaching method in SCM teaching. It can arouse students' interest and enthusiasm, stimulate their creativity, imagination and help them quickly adapt to the related work after graduation.
Key words: SCM course; project teaching method; controller; creativity
0 引言
單片機課程是我校信息學院計算機技術與物聯網工程的專業基礎課。在傳統的授課模式中,教師一般都會采用“以講為主,實驗為輔”的方式,授課重點強調對原理性知識的理解和掌握,講解過程中涉及很多抽象的理論知識,一般先將單片機的各個環節如總線、并行接口、中斷、堆棧、地址、數據類型和語法等分開講解,各部分無論講得多么細致,學生還是很難建立起一個基于單片機測控器件的整體概念,這樣就把本來是一個合理的有機體變得支離破碎,學生普遍感到難學,導致課程變成了“天書”,學生逐漸失去了學習的信心和興趣。引入項目式教學方法可以大大改善單片機教學中“學”與“教”的關系,提高學生的學習興趣,為學生在學習和就業方面架起橋梁,增加畢業生就業機會。
1 項目式教學方法
項目式教學是師生通過共同實施一個完整的“項目”工作而進行的教學活動。在職業教育中,項目是指以生產一件具體的、具有實際應用價值的產品為目的的任務。在整個教學過程中體現了學生的主體作用,使課堂教學的質量和效益得到更大幅度的提高。通過項目教學法學習的學生,他們的動手能力、解決實際問題的能力及創新能力將有很大的提高[1]。打破傳統的教學模式,將教學資源整合,引進“產品導向、項目遞進”式的項目教學,從成熟的生產或生活中基于單片機項目案例入手,讓學生首先看到結果是單片機能夠做什么,“原來單片機可以完成這么多功能”,很多學生在驚訝的同時會提出很多問題,自己想掌控單片機,如果自己學會了,那么也可以設計很多智能器件,這時老師可以將這些測控器項目一層一層打開,由淺入深,由深入淺,由整體到部分,由部分到整體,將單片機主要的內容環環相扣講給學生,學生可以在總體和細節上掌握單片機,而不是以前只見樹木不見森林的講解方法。項目式教學法使學生有獨立進行計劃工作的機會,在一定的時間范圍內可以自行組織、安排自己的學習行為,使學生變被動灌輸為啟發求知。項目式教學不僅是已有知識、技能的應用,而且還要求學生運用新學習的知識、技能,解決過去從未遇到過的實際問題[2]。
2 項目式教學案例分析
2.1 如何進行項目總體規劃
本文以基于單片機天燃氣采集和泄露報警器為案例來介紹項目的總體規劃。天燃氣控制器除了用于常規的顯示等功能之外,還需要能夠實現天燃氣的采集、存儲、調整、顯示、上傳和接收數據等,以及燃氣泄露報警等功能,如圖1所示。
[單片機][顯示][鍵盤][通信接口][天燃氣采集][天燃氣泄露][存儲擴展]
圖1 燃氣控制器功能圖
煤氣控制器外觀中主要分四個模塊:①信號輸入功能;②顯示功能;③存儲功能;④通信功能等。學生首先看到的是一個用于實際天燃器采集和泄露報警的產品,從這個產品的功能出發,對單片機系統案例進行剖析、總體講解。單片機應用系統的開發是以單片機為核心,配合一定的外部電路及程序,從而實現特定測量及控制功能的應用系統。單片機的任務是指,以單片機為核心,構建硬件部分和軟件部分組成,配以一定的電路和軟件,實現某幾種功能,完成相應的任務。硬件是系統的基礎,軟件則是硬件的基礎上對其合理的調配和使用,從而完成應用系統所要完成的任務。單片機的設計應包括硬件設計和軟件設計兩大部分。
2.2 項目中硬件部分的講解方法
項目設計中硬件設計分兩部分。①單片機擴展部分設計:包括存儲器擴展和接口擴展。本控制器對存儲器進行擴展EEPROM,還有通信端口的擴展。從這個實際的擴展中講解單片機為什么擴展,如何擴展;再引申到存儲器的擴展,指EPROM、EEPROM和RAM的擴展。其接口擴展是8255、8155、8279以及其他功能器件的擴展。②各功能模塊的設計:燃氣控制器有輸入模塊、顯示模塊、通信模塊、存儲模塊。在硬件上如何擴展這些模塊,如信號測量功能模塊、信號控制功能模塊、人機對話功能模塊、通信功能模塊等,根據系統功能要求配置相應的A/D、D/A、鍵盤、顯示器、打印機等設備。
在硬件設計時,注重總體方案,并需進行詳細的技術論證。硬件電路的總體設計比較重要的是硬件電路原理圖。在硬件系統中,電路的各部分都是緊密相關、互相協調,任何一部分電路的設計如果考慮的不充分,都會給整體方案帶來難以預料的影響,所以設計者應在總體方案設計時反復論證、比較,尋求最合理的總體方案。在硬件設計過程中要用到Protel等印制板輔助設計軟件,在Protel軟件中首先畫連接原理圖,然后再用Protel將原理圖轉換為印制板圖即PCB圖,檢查無誤后,交給印制板生產廠家,印制板生產調試好后,將元器件焊接到印制板上就完成了硬件系統的設計,具體部驟如下:
⑴ 繪電路圖。教學中要求學生利用最少的知識完成電路圖的繪制;
⑵ 生成網絡表,檢查錯誤;
⑶ 規劃電路板并手工布局;
⑷ 自動布線,并輸出各層圖紙。
學生完成這四個任務后,基本了解了硬件設計中設計電路板的全過程。盡管每個任務看上去都很簡單,但過程是完整的,學生完成這個項目,就已完全掌握了設計過程,盡管項目完成得還不是很完美。如果課時不夠充分,對于電路板的制作過程可以放到實踐周中集中講解效果會更好,但在通常的單片機課程講解中,整個硬件的設計應該講解清楚,還要通過這個控制器的案例將硬件布局優化和調試講給學生,由一個單片機控制器硬件的設計引申出同一類的硬件設計[3]。
2.3 項目中軟件部分的講解方法
一個單片機能夠聰明地執行某種任務,除了它們強大的硬件外,還需要它們運行的軟件。其實單片機并不聰明,它們只是完全按照人們預先編寫的程序而執行之。燃氣控制器中的程序根據硬件的特點,采用模塊化的編寫方法,將程序的功能分成幾大模塊,例如初始化模塊、燃氣泄露報警模塊、讀表模塊、寫入24C16模塊、鍵盤模塊、通信模塊等。在每個功能模塊的基礎上再細分幾個子模塊,在程序的編寫上采用分層的方法處理,由于單片機有主程序較短的特點,主要的處理工作分層展開,通過子程序的調用一層一層地實現程序的功能,逐步細化、求精,使程序清晰、可讀性強、可重用性強、便于調試擴展。通過燃氣控制器軟件部分的講解將程序設計方法和思想滲透到各個程序的編寫中。硬件設計之后,軟件的任務是合理有效地驅動這些硬件,讓硬件充分有效地分發揮其功能。在軟件的設計中通過軟件可以更好地理解硬件是如何使用和工作的。
MCS-51單片機的程序設計通常分為下面三個步驟。
⑴ 制作程序流程圖
對所提出的算法找出最合理、最簡便的解決方法并作出程序流程圖,程序流程圖用以表示人們利用一定的算法解決問題的思路。流程圖有粗略和詳細兩種,粗略的流程圖可以給出解題的大致步驟,而詳細的流程圖則給出每一步驟的細節。對一些大的問題,應先給出粗略的流程圖以得出總體概念,然后作詳細的流程圖對每一步驟作具體的描述。
⑵ 資源分配
根據算法的要求合理地分配系統資源,如存儲器分配、輸入輸出接口的分配等。在MCS-51系統中,程序和數據存儲器分別編址,而存儲器又分為內部和外部存儲器,又有位尋址的存儲器,因此資源分配得合理,將會給編制程序帶來方便,不然可能會增加麻煩,甚至使程序產生錯誤。
⑶ 源程序編制及調試
源程序編制就是將流程圖表達的算法用程序實現,MCS-51系統的程序可用編輯器編輯,在集成的調試環境中讀入,也可直接在集成的調試環境中輸入,集成調試環境包括了程序的調試工具,如單步、斷點、全速運行程序,還能實現寄存器檢查、存儲器內容檢查等功能。
通過總體論證之后,將燃氣控制器的程序讓學生花一段時間略讀,使學生可以大致了解一個成熟的單片機控制器程序的整體模塊框架。接下來,教師引導學生從總體上掌握程序的主框架,包括在此框架下如何擴展更多功能。總框架了解之后,再精講各個模塊,對典型的有代表的模塊仔細講解。類似的程序讓學生自己消化,可以讓學生采用查閱資料、研討、和教師討論等形式完成。這時教師將單片機中存儲器分配、定時計數系統、通信系統、看門狗、中斷系統、擴展等與程序處理相結合,讓學生充分了解單片機的各模塊是如何有條不紊地工作的,以及如何擴展功能等。
在整個軟件的講解中將單片機匯編語言或者C語言融入到各個環節中,使計算機語言更生動、更有生命力,學生學習語言時關注點在其應用而不側重語法,語言用得多了自然就熟能生巧了[4]。
3 結束語
采用單片機課程項目式教學方法能夠克服以往知識點散亂,單片機的各個環節不能有機結合的缺點,力求做到圍繞單片機系統項目開發而展開教學,使學生通過典型案例的學習了解同一類項目的開發過程從而能夠學會應用單片機解決實際問題[5]。我校開展與企業“一來二去”合作模式,“一來”即把企業家引進學校來, “二去”即老師去企業學習,學生去企業鍛煉。通過此合作模式,在加強校企合作的同時,為學生的實踐、實習和創新能力培養搭建了良好的平臺。有了這樣的校企合作平臺,可以將企業中的成型項目帶到教學中來進行研究和講解消化,再到企業中創新地應用到新的項目中去。此合作模式可以提高學生的學習興趣,希望可以為同類型的課程探索提供參考。
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【關鍵詞】職業教育;單片機課程;項目教學法
隨著職業教育的快速發展,高新技術知識也深入到職業教學的領域中,以單片機課程為代表的高新技術課程給專業教師的教學構成巨大的挑戰。這主要因為單片機課程具有軟件與硬件應用相結合、知識內容比較抽象的特點。另外,職教學生基礎知識掌握不牢靠,對單片機綜合應用能力較差。在實際的教學過程中,教師如何把單片機知識深入淺出地傳授給學生,使學生盡快、熟練地掌握單片機應用新技術。筆者通過多年的單片機課程教學實踐,嘗試了不少教學方法。最終采取項目教學法實施單片機課程教學,通過教學考核比較,收到了較好的教學效果。
項目教學法[1]是通過實施一個完整的項目而進行的教學活動,其目的是在課堂教學中把理論與實踐教學有機地結合起來,充分發掘學生的創造潛能,提高學生解決實際問題的綜合能力。它是由學員組成的一個小組,接受一項確定的工作,他們自己計劃并且完成工作。結束時應當有一個正確的結果。
項目教學法的關鍵,是設計和制定一個項目的工作任務。教師在項目確定上要學會分析教材,合理組合,選出典型的工作任務作為項目。項目的難度遵循循序漸進的原則。具體地講,任何一門課程的教材都有一定的編寫規律,對授課老師而言,在組織教學的過程中,首先要研究教材,分析出教材的編寫規律。更重要的是,需要將教材的內容進行必要的“分割”,提取所需要的項目任務,盡量做到難易適中,以適應學生的學習承受能力。其次,要將這些“分割”的內容進行有機的組合,突出教學內容的層次性和科學性,保證在實際教學過程中,有利于學生快速、準確地掌握新知識。單片機課程是軟硬件知識結合的課程,硬件是基礎,軟件是應用。傳統教學法是先硬件學習,后軟件學習,也就是先理論,后實際操作的方法,即將理論知識和實際應用割裂開來。只按照相應的知識點實施教學,雖然它保留了知識的整體性,但缺少重點知識與實際應用之間的有效銜接,缺乏理論與實際緊密聯系的效果。如果按照此方法實施教學,將出現教學內容抽象,學生難以掌握的實際情況。筆者在實際教學的過程中,打破原有教材內容的講授順序,把教材內容分為八個項目。具體依次為:設計流水燈項目,設計表決器項目,設計計算器項目,設計電子時鐘項目,設計汽車轉彎燈模擬實驗項目,設計智能交通燈項目,設計電子琴模擬器項目以及設計直流電動機驅動實驗項目。每個項目都涉及到單片機課程的相關軟件和硬件知識,如設計電子時鐘的項目,它包含單片機顯示硬件電路與定時器軟件編程方法。通過一個項目,將兩個知識點有機結合,通過實驗實現,使學生通過項目學到重要知識。另外,在項目的編排上,前面的項目為后面的項目做好鋪墊工作,或者并列平行的項目做到先易后難。
項目教學法與傳統的教學法[2]相比,有很大的區別,主要表現在改變了傳統的三個中心,由以教師為中心轉變為以學生為中心,由以課本為中心轉變為以“項目”為中心,由以課堂為中心轉變為以實際經驗為中心。所以,在運用項目教學法進行教學設計的時候,學生是認知的主體、是知識意義的主動建構者,根據項目教學的教法思路和教學設計原則,筆者設計了項目教學法的教學步驟,具體如下六個步驟:
1)情景案例設置。創設學生當前所學習的內容與現實情況基本相接近的情景環境,也就是說,把學生引入到需要通過某知識點來解決現實問題的情景。
2)思索探究。在教師的指導下,對典型案例所涉及的知識點與技能點進行探究,盡量讓學生獨立思考,對知識點進行理解,消化示范項目的解決要點,為解決練習新的項目打下基礎。
3)確定新的項目。小組通過科學的探究、討論,并在教師的引導下確定新的項目。
4)協作學習。開展小組交流、討論,組員分工協作,共同完成新項目。
5)學習評價。學生學習的效果直接由完成新項目的情況來衡量,包括教師評價、學習小組評價和自評三部分。
當剖析教材工作完成形成若干個項目后,就可以按以上教法具體實施。筆者認為:項目教學法可分為理論教學部分與項目實際應用部分。思索探究階段可實行理論教學,其他部分可在項目實際操作中進行,且時間比例選取應適當。對每一個新的項目實施,學生需要加強上機訓練,通過練習強化新的知識點。另外,理論教學課應利用多媒體教學設備,采取比較直觀的課件演示手段給學生留下強烈的視覺沖擊感,同時,要顧及師生間的互動交流,采用啟發式提問、學生分組演示等方法,使學生積極參與教學,以提高他們的學習興趣。實習課是理論教學課的有效延伸,是項目實際操作的核心教學形式。每次實習課,授課教師都要將新的項目內容分解成若干個小項目,要求學生進行針對性的項目設計與練習,下課前要將練習情況進行及時總結。單片機課程在授課過程中教師應倡導學生創新性設計,在學生練習過程中,對出現的錯誤要及時指導和糾正,避免“船到江心補漏遲”現象發生。
筆者對本校同年級同專業,學習成績分布接近的兩個中職班級分別實行傳統式教學(簡稱傳統教學班)和項目化教學(簡稱項目教學班),經過相同的教學周期,按照同一套試卷進行考核,經閱卷統計得出以下結果[3]。
表1 考核成績分布表
通過表1可以看出,項目教學班的整體成績要由于傳統教學班,并且高分值占有率較高,這說明該教法適合學生的認知能力,易于被學生接受。
如果按照試卷題型的得分率進行統計,結果如表2。
表2 題型得分率表
通過表2可以看出,項目教學班與傳統教學班在基礎知識掌握方面差距不大,但在解決實際應用的綜合題型(如編程題、問答題)方面,顯示出較大的優勢。這也是項目教學的優點。
俗話說:“學有法,教無法”。只要我們適中堅持實事求是的科學態度,在尊重科學知識,勇于實踐的基礎上,創新教法,改革教學模式,就一定能夠有效地服務于職業學生,服務于職業教育,服務于社會。
【參考文獻】
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1.1指導思想
高技能人才“高”在有崗位要求的專業知識和職業素質;“高”在既具有獨立思維能力,同時又具有出色的動手實踐能力;“高”在具有很強的自主學習能力和環境適應能力。技能從其特點和表現特征可分為心智技能和操作技能,傳統單一化教學模式下,技能訓練以經驗傳授和動作技能熟練為標準,而新型工業化時代對學生的技能要求則不僅僅是具有扎實的基本功和經驗技術,還應該具有出色的動手實踐能力和較強的創新意識,能夠獨立處理問題,這是高級應用性人才的標志。面對課堂教學中學生“學了卻不會用”的問題,面對如何提高學生心智技能的問題,項目教學法按照先用后懂,邊用邊學的授課模式,先培養學生的專業興趣,然后逐步引導學生動手實踐,并且在實踐過程中及時解決隨時出現的問題。一體化教學模式不僅要求學習教材內容,而且要求學生主動搜索相關的課外的或其他專業的知識內容,以充分理解本專業內容的精髓。在課程結束后,學生應該懂得如何自主查閱和分析相關資料,掌握獨立解決問題的思維和能力,以切實提高學生的心智技能。
1.2主要特點
1.2.1積極引入工程項目作為授課內容項目教學法基于任務驅動授課思路,從工程項目中找教學內容,在課堂上通過引導學生分析和設計工程案例來培養其專業興趣,使其在分析、設計的過程中體驗養成獨立自主的思維習慣,并獲得成就感。最終,在任務驅動模式下,學生不僅能透徹理解教材內容,全面掌握了相關理論知識,并且能夠掌握實用性的專業節能,這對于提高其心智技能大有裨益。
1.2.2培養學生的綜合學習能力
項目教學法是整合了多門學科、技能的一種綜合技能教學方法。它強調知識是一套綜合型的系統,重在培養綜合技能型人才。例如在用單片機控制的生產線系統中,包含模電、數電、傳感器、電機拖動、微機原理等課程的內容,用到傳感器、點陣顯示器、報警器、繼電器、單片機、電動機等多種元器件,能夠培養和訓練學生對知識的綜合運用能力。
1.2.3發揮教師的積極性和創造性
高校應該全面貫徹落實民主管理理念,針對教師管理工作制定更為人性化的規章制度,以一體化教學指標來衡量教師的授課能力,充分調動每個教師的積極性,使校園充滿生機活力。
1.2.4降低教學成本
項目教學法旨在理論分析和專業設計提高學生的心智技能。基于中高級維修電工的職業要求,我們在教學中應該適當摒棄一些技巧訓練,加強學生對單片機的進行調試過程和故障維修的訓練,以合理調配教學資源,避免課程重復,增加不必要的成本支出。
1.2.5深化教學改革
在“提高教學質量,深化內涵建設”的總體要求下,高等職業教育必須審時度勢,改革舊的教學思路,使教學質量有質的突破。不求變,一味的墨守陳規、照本宣科,即使備課仔細、教學認真、批改作業嚴謹、考試紀律嚴明,教學質量也不會有本質的提高。提高教學質量的本質在于改善教學理念,創新教學方法,最終才能推動教學改革,推動高等職業教育的發展。實踐證明項目教學法能夠有效的提高教學質量,推動教學改革。
1.3項目教學法在課堂教學中的方案設計(以單片機教學為例)
1.3.1每一節設計一個簡單實例
講課中先介紹實例的用法和作用以激發學生的學習興趣,然后與學生一起利用已學知識分析電氣原理圖和程序,發現并提出幾個不懂的問題,學會教材本節的教學內容就能解決實例中提出的幾個問題,達到既學會一個小項目又學會本節基本概念和原理的目的。
1.3.2每一章分析或設計一個完整的實用工程項目
項目主要采用原理分析的方法,主要目的在于引導學生學會設計系統電路、查閱資料和分析故障。主要教學內容包括:電氣原理圖設計和分析、程序設計與分析、模擬仿真調試、故障分析與排除(如能指導學生完成實物制作更好)。
2項目教學法的案例
2.1單片機編程器的制作
編程器是單片機應用中不可缺少的工具,主要作用是把編寫好的程序寫入單片機或存儲器中。買一個成品的品牌編程器需要幾百甚至幾千元,在編程器網上查到一款售價60元的編程器,買到的是電路板、元器件和軟件,買回來后自己動手焊接和調試,制作成一個單片機編程器,既可以練習焊接工藝,又可以使學生掌握單片機的用法,更重要的是教會學生如何從網上查找資料,介紹給學生一些好的電氣專業網站,引導學生從網上學知識,改變學生上網只知道打游戲、聊天看電影的不良習慣。
2.2電動門上“山東勞動職業技術學院歡迎您”顯示器的設計
在銀行、車站經常看到的“點陣式LED顯示屏”學生很感興趣,項目“電動門上‘山東勞動職業技術學院歡迎您’顯示器”通過查找專業資料設計好原理圖,從IT168下載站下載一個“字模生成器”,然后指導學生用PROTEL畫圖軟件繪出電路板,找專業廠家制作,從電子大樓買回元器件制作調試完成。該作品在山東勞動職業技術學院第二屆大學生科技文化藝術節科技制作活動中獲得一等獎。
2.3“紅外微機遙控器”的設計
在多媒體教室的遙控器只能遙控投影機而不能遙控微機,需要調整幻燈片時經常要回到電腦旁點擊鼠標,一名學生在電腦報上查到一個“紅外微機遙控器”的電路,又從網上下載一個串行口檢測的專用軟件,指導學生大膽實踐,成功實現了利用原來投影機遙控器控制微機的功能,現已成功的應用在多個多媒體教室中,僅用5元的制作成本。
3項目教學法的展望
【關鍵詞】項目教學;單片機;開發板;實踐
教育部正在醞釀一種改革,啟動高校轉型改革,1200所國家普通高等院校,將會有600多所也就是將近一半轉向職業教育。那也就是說,培養技能型人才的高校比例將會大幅上升。我校為應用型本科院校,開展的應用型本科教育實際上就是本科的職業教育。
單片機原理及應用是我校電氣工程及其自動化、自動化等專業一門非常重要的主干課程。單片機廣泛應用在電力電子技術、工業自動化、智能儀器儀表等多個領域,但是相關工作崗位要求學生有很強的系統設計能力和項目開發的能力,如何培養技能型人才,讓學生學以致用,實現畢業后與工作崗位的無縫對接,具備工作崗位的專業技能,對單片機相關課程現有的傳統教學模式提出了挑戰。
一、單片機項目教學法及其實踐平臺
目前,單片機課程傳統的教學模式是“理論教學”、“課內實驗”和“課程設計”。教學內容相對比較單一,綜合訓練和工程背景不強、,造成學生對單片機技術理解不透徹、實踐動手能力普遍較弱。[1]
項目教學法主張先練后講,先學后教,強調學生的自主學習,主動參與,從嘗試入手,從練習開始,調動學生學習的主動性、創造性、積極性等,學生為主體,教師為主導,圍繞具體的項目構建教學內容體系,通過師生共同參與完成一個具體的項目而展開的教學活動。項目驅動法教學是以實踐應用為根本目標,在項目的教學實施過程中,學生按需學習,親身實踐,學習成為一個參與的創造實踐活動,項目完成的過程有利于培養分析和解決問題的能力,加強對學生自學能力、創新能力的培養。[2]
在單片機項目教學法中引入單片機開發板,keil開發軟件。
圖1 單片機開發板
1.開發板簡介
單片機開發板如圖1所示,為單片機項目教學提供硬件環境。該開發板采用方便易學設計理念,各功能模塊完全獨立,互不干擾,模塊之間用排線快速連接。一方面可以鍛煉動手能力,同時可加強初學者對實驗板硬件的認識,熟悉電路,快速入門;另一方面,因為各功能模塊均獨立設計,完全利用此板上的模塊資源,可以根據自身需要構建一個相應的最小系統板。系統單片機采用宏晶STC單片機,該單片機集成Flash 程序存儲器,并且具有 ISP在系統可編程功能,無需編程器,應用宏晶公司提供的下載軟件,可由串口直接下載程序,幾秒鐘即可完成,為項目教學中的編程調試提供極大方便。
2.keil軟件應用
Keil C51是美國Keil Software公司出品的51系列兼容單片機C語言軟件開發系統,如果你使用C語言編程,那么Keil幾乎就是你的不二之選,即使不使用C語言而僅用匯編語言編程,其方便易用的集成環境、強大的軟件仿真調試工具也會令你事半功倍。Keil提供一個集成開發環境(uVision),這個集成開發環境包含:編譯器,匯編器,實時操作系統,項目管理器,和一個功能強大的仿真調試器。Keil軟件在單片機項目教學過程中主要讓同學學習單片機編程。
二、項目教學方法的實施
項目的內容是項目教學的基礎,項目的設計是項目教學的最重要的環節,通過各個項目的實施,不僅要讓同學掌握單片機的基礎知識,還要培養同學的系統設計和開發能力。
本文將開發板提供的硬件環境和傳統單片機教學內容相結合,打破傳統單片機教材的章節結構,根據難易程度設計了三個層次的項目內容,每個層次由幾個具體項目組成,每個項目大概4到8課時。[3][4]
1.基礎訓練
項目1:單片機認知,keil軟件應用,下載軟件應用。
主要內容:了解單片機的性能,單片機的引腳功能,學習使用keil軟件開發平臺,了解開發板的主要功能模塊,開發板下載軟件下載流水燈的程序。
實施效果:通過該項目的實施,讓同學掌握keil軟件的基本應用,對單片機系統開發過程有初步認識。
項目2:輸入輸出接口,led指示燈應用,按鍵,數碼顯示等。
主要內容:了解led燈,led數碼顯示,獨立鍵盤,矩陣鍵盤等簡單輸入輸出接口的原理及使用方法。
實施效果:上述輸入輸出接口是單片機相關項目的基礎,通過該項目為同學在后續的項目實施過程中提供了簡單的人機交互接口,使同學對單片機在各相關行業的應用有更加感性的認識。
項目3:單片機存儲器結構,寄存器應用
主要內容:順序結構程序,分支程序,循環程序,子程序等。
實施效果:通過該項目的實施主要讓同學掌握單片機的編程方法,單片機各存儲器的功能以及讀寫方法。
2.接口模塊訓練
項目4:單片機中斷系統
主要內容:了解STC51單片機的中斷系統結構,中斷相關寄存器的功能,掌握中斷的編程方法和中斷電路的使用。
實施效果:中斷時單片機與外設交換數據的重要手段,通過該項目的實施使同學對中斷有了更深入的了解,掌握中斷的編程方法,中斷程序結構,中斷在工程應用中的意義。
項目5:單片機定時器/計數器
主要內容:掌握STC51單片機定時器/計數器的結構,寄存器的功能,各種工作模式的特點,定時器/計數器的編程方法。
實施效果:項目分別針對實際生產生活過程中的應用進行了定時器,計數器的練習。
項目6:串行通信接口
主要內容:掌握STC51單片機串行通信接口的結構,寄存器的功能,各種工作模式的特點,串口的通信協議和編程方法。
實施效果:通過該項目的實施使同學了解串行通信的基礎知識,完成單片機和PC(串口調試助手)之間的通信,完成兩臺開發板之間的通信(要求同學自定義通信協議)。
3.綜合訓練
項目7:SPI總線,A/D,D/A轉換器的應用
主要內容:SPI總線的引腳功能,時序。項目選用具有SPI接口的A/D,D/A轉換器。
實施效果:串行總線接口有很多優點,在單片機電路的擴展過程中使用更加廣泛,通過SPI總線和A/D或D/A轉化器項目的實施,不僅使同學掌握SPI總線,A/D,D/A工作原理和編程方法,而且讓同學掌握單片機電路串行擴展的思想,引導同學自學I2C總線和單總線等串行總線。
項目8:溫度可調聲光報警系統
主要內容:溫度采集,鍵盤設置溫度的上下線,數碼顯示溫度,聲光報警,繼電器輸出。
項目所用模塊組合如圖2所示。
實施效果:該項目相對比較綜合,難度較大,可以在此基礎上增加加熱,降溫環境,實現閉合控制,很好的提高了學生綜合能力。
圖2 溫度可調聲光報警系統
綜合訓練項目可以根據實際情況具體實施。
三、結束語
基于單片機開發板的項目教學方法改變了“單片機理論教學+實驗教學+課程設計”傳統模式,并打破了傳統課本單片機教學內容的結構。教學過程中,每個項目的實施都達到了很好的效果,并為我校學生參加的單片機類的全國大賽都取得的優異成績奠定了基礎。
另外,該開發板提供的模塊很多,綜合訓練可以根據不同同學的學習情況進行單獨設置。同學可以通過增加難度,增加模塊功能,或者自行設計模塊和開發板對接來完成畢業設計。
參考文獻
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關鍵詞:高職;單片機實踐課程;開放式;項目化教學
中圖分類號:G714 文獻標識碼:A 文章編號:1672-5727(2013)02-0031-03
單片機課程在高職電子技術類專業中屬于核心課程之一,也是該類專業高職畢業生就業的主要技能之一。單片機課程涉及內容眾多,包括電子電路設計與調試、軟件編程、項目管理等,同時,在高職單片機課程的教學中,對學生的學習能力和動手能力要求相對較高,強調對學生單片機應用能力的培養。因此,如何培養高職學生的單片機應用和設計能力成為該課程的教學難點。
根據高職人才培養的特色,大多數高職電子技術類專業的單片機課程多由理論課與實踐課兩部分構成,其中理論課側重于以邊實驗、邊學習的方式掌握單片機的理論知識,實踐課側重于按照項目化的形式培養學生對單片機的學習能力、實踐能力、團隊合作能力、創新能力。
在單片機教學改革中,實踐課程的教學改革尤為重要,是高職電子技術類專業改革的熱點和重點。經過近幾年的發展,在這方面的改革取得了許多富有成效的成果,集中體現在對課程內容的整合加工和教學方法改革兩個方面。在課程內容方面,有學者提出任務化、案例化、項目化、層次化等形式的整合和加工方式,根本出發點是分解單片機知識點,與實際應用相結合,立足于培養學生的學習興趣,吸引學生深入學習和應用單片機技術;在教學方法上,有學者提出開放式教學、項目教學法、網絡自主學習平臺、驅動式教學、過程考核機制等,立足于通過改進傳統教學手段和方法,根據單片機課程的自身特點,引入新式教學方法,側重于培養學生的學習能力和動手能力。
上述改革思路和手段在實際應用中都能夠取得一定的成效,且對高職單片機實踐課程教學改革具有很好的指導價值。筆者在此基礎上,圍繞高職電子類人才培養,提出一種新型的基于企業電子產品研發流程的開放式項目化單片機實踐課程教學模式,并應用于實際教學中,取得了較好的教學效果。
開放式項目化教學模式
開放式項目化教學模式的內涵包括兩部分:項目化教學內容管理與開放式教學方法,二者以企業化電子產品開發流程為背景實施。先編排具有實際應用背景的以項目形式實施的教學內容,然后采取開放式教學方法進行教學管理和考核。該模式強調教學內容與教學方法的配合,可形成一個完整的有機體。
(一)項目化管理
項目化管理,或者稱為教學內容項目化(任務式、案例化等),是指將單片機實踐課程內容進行項目化編排,形成一系列既獨立,又相互緊密聯系的項目。教學安排以項目為單位進行組織,這也是大多數學校對單片機教學改革的主要手段。筆者在此基礎上,進行了更加深入的改革,提出了以實際產品(應用)為背景的項目管理方式,突出項目的地位,以項目為核心,知識技能服務于項目的教學理念。在具有實際應用背景的基礎上,每個項目都按照基本需求、擴展需求、創新設計三個層次進行編排,既能滿足不同層次學生的學習要求,也能構建更加完善的學習空間。
在項目編排中要體現應用背景,以應用需求確定項目需求,進而實現不同需求的分級。項目是教學的核心,單片機技能學習要輔助于項目實施,教學的重點是項目完成,而不是關注項目實施中的單片機應用知識點。以電子琴項目為例,現實中有很多類似電子琴的產品,如玩具電子琴、可彈奏的電子琴樂器等。以玩具電子琴產品為例,簡單的功能和要求包括可以播放簡單樂譜,提供7個音階按鍵等,復雜的功能包括可以播放多首樂曲,可提供更多的播放功能等。基于實際產品的應用背景,對應電子琴項目,可提出簡單需求、提高需求和創新設計要求。高一層次的開發將要面對更復雜的設計要求(包括功能、可靠性等),從而可為學生的不同學習需求提供較大的空間。在電子琴項目實施中,提倡學生按照自己的技術擅長運用單片機的知識點,不從知識點和技能上做更多的限制,以強調項目完成的核心地位。
(二)開放式教學
在項目化課程內容編排之后,如何將項目在教學中實施是更加重要的問題。針對如何實現項目化教學,許多研究者進行了一些改革嘗試,有的提出“過程考核法”,主張改變教學中的期末一張試卷考核制度;有的提出改變教學中的師生角色,突出學生的自主學習地位,教師發揮輔導和監督作用等;也有的提出采取開放式教學,即根據實驗室條件向學生開放教學場所,提供更加充分的學習環境。筆者結合自身教學條件,在基于上述改革成果的基礎上,提出結合企業的電子產品研發過程及經驗,在企業化項目式管理的基礎上,進行開放式教學實施。開放式教學表現為自由的項目實施形式與嚴格的項目考核機制相結合。
自由的項目實施形式 項目實施的自由度表現在要求學生自由組隊(隊員人數自由,但有上限),按照團隊形式合作完成項目。項目設置完成時間點,在規定時間點內完成項目的可以提前結束本項目教學,提前離開教室(實驗室)。項目實施過程可以在實驗室、教室、宿舍進行,實驗室在正常上課之外,由學生自主使用,24小時開放。在項目完成的過程中,鼓勵團隊間相互參考,更鼓勵通過網絡資源等各種途徑尋找參考資料和幫助。鼓勵項目團隊完成力所能及的項目和對應的需求級別。在完成通用的幾個項目之后,鼓勵團隊重做原有項目,力爭達到項目的最高需求級別(創新需求)。教學過程的主體是學生團隊,教師的作用是講解項目、分析項目需求、指導項目實施過程中的關鍵點。自由的項目實施形式可實現幾個基本教學目的:(1)自由組隊可提高學生間的合作意向,人數不限可包容各種形式的團隊組合。團隊合作也能充分發揮學生間水平高低互補的作用。(2)制定項目的三個需求級別(基本、提高、創新),可讓項目團隊根據自身實力選擇性地完成某個級別,避免全班“一刀切”。(3)在規定項目完成時間內,鼓勵完成項目的團隊可選擇繼續完成高難度的需求或者提前完成該項目課堂學習,便于學生抓緊課堂時間,體驗超值學習的成就感。(4)采取相互借鑒形式的項目實施,可解除學習束縛感,極大地刺激學生的好奇欲望,進而引發學生的學習興趣。學生會通過模仿其他團隊,或者從網上尋找類似項目的代碼和設計方案完成自己的項目。(5)相互借鑒方式的項目實施的本質是借鑒已有的智慧和成果,通過消化、吸收、改造和應用的形式,移植到自身項目的實施上。這種項目實施符合基于單片機的電子產品(項目)開發流程,也是很多電子企業的常規開發思路。
嚴格的項目考核機制 在充分自由學習的氛圍中,如果沒有嚴格的考核機制,將導致整個教學組織過程散漫無序,會使教學效果顯著降低。在教學考核中,應調整平時成績與期末考試成績的比例系數,側重于平時考核。在平時的項目考核中,可引入企業項目考核機制,實施一票否決制與倒扣起評分式考核機制。所謂一票否決制是指所實施的項目只有在規定的時間點內完成才能參加考核,如果超時完成則要降低考核起評分。考核要由學生團隊主動提出,教師處在被動的地位,被動式考核的意義在于可給團隊以無形的壓力。倒扣起評分制是指對項目的三個級別(基本需求、提高需求、創新設計)制定三個起評分等級(基本需求對應60~70分,提高需求對應75~85分,創新設計按照每個創新點加10~15分)。對基本需求和提高需求的考核,按照起評分倒扣,即起評分為最高分,考核過程中對團隊的任何一個隊員提出三個問題,每個問題對應10分,不能回答的問題從起評分中扣分,直到扣除全部三個問題的分值(實際為考核不合格)。一票否決制是針對項目團隊整體而言的,倒扣起評分則是針對團隊中每個隊員進行考核,通過這樣的考核機制,既可以解決團隊相互借鑒項目與自身實力不符的問題,又能解決團隊合作過程中個別隊員不作為的問題,激勵團隊相互配合,提高團隊合作效率。
(三)教師的作用
項目的設計和編排是教師在該教學模式中的主要工作,教師需要查找和整理大量的項目素材(一般會脫離教材),并結合實際的產品和應用背景設計項目。整個教學過程的各個項目之間既要相互獨立,又要緊密聯系,后面的項目要適當綜合前面的項目。項目涉及的單片機應用知識點要適當,但不得以單片機知識點的應用為必要條件,在任何一個項目的實施過程中,都不能強調對特定知識點的應用,而是應鼓勵學生自由決定,選擇自己最擅長的技術。在項目講解過程中,要能夠以實際產品或者應用引導學生思考該項目的必要性,要能夠用已經完成的項目設計方案演示給學生參考,讓學生自己決定是否能夠做到或能夠超越教師所演示的方案(可從網上搜索)。
項目的設計和編排將占用教學過程近一半的工作量,而項目考核是另一項主要工作。教師在考核過程中要堅持按照被動考核方式進行,不主動對團隊的項目實施進行考核,只有在團隊提出請求時才進行考核。教師在考核中首先要關注該項目的實施級別(基本需求、提高需求)和完成情況,如果完成則開始考核,否則拒絕進行考核。在考核時,首先要求團隊對項目進行演示,觀察演示效果,并親自驗證效果的正確性、合理性和可靠性等;根據演示效果,確定具體的起評分,然后開始對每個隊員進行考核,即三個問題式考核,參照具體的設計細節(硬件電路、軟件設計等)進行詢問,且每個隊員的問題一般不重復。回答正確不加分,回答不正確的從起評分倒扣。在考核完團隊成員后,詢問是否有創新設計,并進行驗證和評分。一個創新設計的評分在10~15分左右,且團隊整體加分,對創新設計不加限制,鼓勵團隊通過創新設計的形式取得高分。
如果在項目實施點不能完成設計,則給該團隊0分處理,但鼓勵該團隊繼續完成該項目,同時降低項目起評分。鼓勵團隊繼續完成項目的意義在于鼓勵團隊能夠堅持努力,通過真實項目的成功實施獲得成就感和自信心;降低起評分則是為了提出適當的警告,要求團隊加強學習和合作,按時完成項目。
項目設計和項目考核是教師的主要工作,在教學過程中,對項目的介紹和技術點講解以及在項目實施過程的監督和指導也是較為重要的工作。其中,實施過程的監督與指導側重于監督團隊能否完成項目,并進行必要的引導和提示,但不得參與團隊的實際工作。按照“不問不答,有問必答”的原則進行指導,實施最低限的監督,即維護教學秩序和教學紀律,不得干涉團隊的項目實施活動,不得主動干預和影響團隊的項目活動,以保持學生在項目實施過程中的自由度。
與傳統教學模式的比較
詳細比較開放式項目化實踐課程教學模式與傳統教學模式的區別(見表1),可以發現開放式教學模式在教學內容、學生的學習活動過程、教學過程與效果等方面比傳統教學模式有了較大的改進,能夠更好地培養高職電子技術專業學生的學習能力、實踐能力、團隊合作能力和創新能力。
從實際產品和應用中提煉適合單片機實踐課程教學的項目,以企業的電子產品項目開發流程為項目實施模式,采用企業化項目考核方式,形成自由的項目實施形式與嚴格的項目考核相結合的教學模式,既能充分調動學生的學習積極性,又能在考核中及時引導和管理學習進度。該教學模式的核心是引導學生自助式學習。該教學模式在我校電子信息專業兩年的教學實踐中取得了非常突出的成效,建立了高效的分級學習體系,初步實現了自助式學習機制。同時,開放式項目化教學模式開始逐步應用于我校電信專業其他實踐課程,也取得了很好的成效,并為電子類專業的人才培養模式改革提供了新的思路和方向。
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作者簡介:
關鍵詞:項目化教學;單片機;課程改革
DOI:10.16640/ki.37-1222/t.2016.08.245
0 引言
《單片機原理與應用技術》課程是我系數控設備應用與維修專業開設的一門專業技術基礎課程。它是一門綜合運用數字電子技術、模擬電子技術、通信技術、程序設計、電子CAD 等知識,以解決實際工程問題為目標的綜合性課程。學生的學習效果直接影響學生未來解決本專業工程實踐問題的能力,因此它的教學效果就顯得尤其重要。項目化教學是當今職業教育教學改革發展的方向,以項目為導向,通過師生共同完成項目任務組織教學活動,通過學習工作過程而逐步培養提高學生的綜合職業能力。因此,對《單片機原理與應用技術》課程進行項目化教學改革極為必要。
1 項目化教學法簡介
項目化教學是以實施項目為載體,以具體的工作任務為驅動而進行的教學活動,其目的是在課堂教學中把理論與實踐教學有機地結合起來,充分發掘學生的創造潛能,提高學生解決實際問題的綜合能力。項目教學法的關鍵是設計和制定教學項目及每個項目的工作任務。項目教學法主要包括情景設置、操作示范、獨立探索、確定項目、協作學習和學習評價等六步。合理的項目選擇應以該課程的課程目標為導向,項目化教學的課程目標更應突出能力目標的培養。
2 課程目標設計
依據項目化教學核心思想,課程的教學目標應更加突出能力(技能)目標的設定。《單片機原理與應用技術》課程以MC-51系列機型作為實踐教學的工具,通過學習單片機硬件、軟件及接口技術,掌握單片機應用系統的設計方法,強化學生的理論知識和實踐動手能力,為后續課程的學習打下良好的基礎。具體目標如下:
(1)能力目標:1)通過本課程的學習能夠獨立的設計和制作簡單單片機應用系統;2)通過本課程的學習能夠維修單片機應用設備和產品;3)通過本課程的學習掌握單片機的學習方法,具備進一步學習擴展知識的能力。
(2)知識目標:1)掌握匯編語言和單片機的編程方法;2)掌握人機接口的硬件結構和軟件編程原理及設計方法;3)掌握單片機系統的擴展技術;4)掌握單片機的A/D、D/A接口技術;5)掌握MCS-51串口通信技術技術;6)掌握MCS-51應用系統的開發技術。
(3)素質目標:1)具有綜合考慮產品指標確定設計方案的素質;2)具有從產品定向到知識的素質;3)具有實事求是的精神、理論聯系實際的工作方法以及嚴謹細致的工作作風;4)具有團隊合作精神;5)提高學生的職業素養和綜合素質。
3 課程項目設計及項目單元設計
基于工作過程的項目化教學以職業活動為導向,以能力為目標,以學生為主體,以素質為基礎,以項目為載體,以行動過程為途徑,以師生互動為方式,以學生的能力培養為教學活動最重要的目標。依據課程相關崗位職業能力的要求,圍繞課程教學目標,根據認知規律,由淺入深循、序漸進設置六個教學項目,如表1所示。整個教學項目實施過程將貫穿基本知識點,采用六步教學法,以學生為主體,將分析問題、解決問題及團隊協作有機融入到教學過程中。
每個項目分成若干任務單元,不同的任務單元對應各自擬實現的能力目標、相關支撐知識、訓練方式手段及步驟、任務實施結果等設計內容。以“項目四:制作電子時鐘”為例,進行項目單元設計如表2。
4 考核方式設計
課程的考核方式分為知識考核和技能考核兩部分。知識考核主要考核學生對單片機電路及其驅動程序的理論知識的掌握情況。技能考核主要針對學生在訓練項目完成過程中職業能力和職業素質提高情況的考核。將傳統的單一“筆試”的考核方式變為“實踐技能”的考核方式,把學生的動手能力列為考核的一項重要內容,這樣有益于學習過程把控,讓學生更加注重學習的過程。其中,教師打分占30%,項目組自評占20%,小組互評占50%。考核過程為全程考核,方式為實物演示+PPT匯報。教學實踐表明遵循以上課程考核方法可以在很大程度上促進學生學習。
經過《單片機原理與應用技術》項目化教學實踐,學生的學習效果有明顯提升。項目實施過程中,學生不僅能夠理解和掌握課程知識,在完成項目的過程中還鍛煉了創新能力及分析問題解決問題的能力,在與小組成員協作的過程中培養了團隊合作能力,為后續課程的學習打下良好的基礎。
參考文獻:
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Key words: evaluation;MCU;project;driving test mode
中圖分類號:G712 文獻標識碼:A 文章編號:1006-4311(2016)07-0224-02
0 引言
考核評價環節是項目化教學的重要環節,是促使學生掌握知識、提高學生應用知識的能力、培養專業素質的重要手段。良好的評價考核體系具有導向、激勵、診斷、促進教學的功能,是學生提高知識應用能力的基礎,也是教師不斷提高教學質量的保證。形成一個科學實用的項目化教學評價體系對于項目化教學的實施至關重要。目前,我院正在對于《單片機原理及其應用技術》課程推行項目化教學改革,筆者結合本課程教學改革的具體情況,對項目化教學考核評價體系做了一系列的探索,希望本次探索能對其有效實施起到一定的幫助。
1 本課程項目化教學的特點
傳統教學的特點往往是以注重教師的“教法”為主,而項目化教學的特點是以注重學生的“學法”為主,采用師生互動的教學模式進行教學,教師在整個教學活動中起著引導的作用,而學生則是活動的實踐者。不僅要讓學生學會理論知識,而且要培養學生自主學習的能力。項目化教學會通過項目任務驅動的方式使學生參與整個教學的全過程,采用以學生為中心的教學組織形式,讓學生以分組的形式進行自主學習,引導學生對新的理論知識進行實踐探索,且強調每個學生必須在團隊學習中分工發揮每個人的主體作用,重視學生自主學習過程的體驗。教學過程中采用具體的項目為應用主線,把單片機應用技術這門課程按典型的項目與任務對教學的具體內容進行整合形成理論教學與實踐教學的無縫連接;采用項目化的結構對教學進行優化,每個項目由一個或幾個任務組成;以PPT為演示平臺,結合Keil軟件、C51語言基礎、Proteus仿真軟件以及51單片機開發板實物進行課堂教學與演示。在整個教學的過程中,教師首先對相關的知識點進行講解,使用自行開發的課件進行教學內容演示,然后對單片機典型項目進行分析,最后通過各個相應的子任務讓學生自己動手進行編程和實踐。
2 本課程項目化教學的考核評價體系
教學內容和方式的改變必然導致考核評價方式的轉變。傳統的課程考核只能考查學生對理論知識的掌握理解情況,而對于學生應用實踐能力的形成、素質的培養等內容無法去有效地衡量。項目化教學的考核評價應將能力、素質、知識的考核評價融合于項目的完成過程之中。因此,我院現創新地將“駕考模式”引入單片機的考核評價體系當中,以突出考查實踐為中心的考核標準。
2.1 建立以考核綜合職業能力為目標的“駕考模式”考核評價體系
改革傳統的考核與評價方式,建立以考核綜合應用實踐能力為目標的考核評價體系。為了突出培養學生的應用實踐能力,充分發揮學生的主觀能動性,鍛煉其自主學習的能力,本課程的考核方式將引入駕考模式的流程,考核內容分為若干科目一一進行。考核內容大致分為四個科目:
①科目一設置為C語言程序和單片機原理的基礎理論考試,此科目從大一第一個學期就開始設立開放性考試,考試試題從知識點題庫中抽取,以學生利用課余時間自學為主,老師定期答疑為輔,考試滿分為100分,90分為及格線。科目一通過之后才能獲得備考科目二的資格,否則繼續考科目一直到通過為止。設置科目一的主要目的在于使學生利用課后時間提前自學C語言程序和單片機原理的理論知識,提升自主學習的能力。
②科目二設置為單片機基礎實踐實驗考核,以單片機功能模塊為單位,科學地設計多個涵蓋各個知識點的基礎實踐實驗進行考核,將單片機專業課構建成6個具有代表性的典型實驗,如表1所示。同理,科目二通過之后才能獲得備考科目三的資格,否則繼續考科目二直到通過為止。設置科目二的主要目的在于鍛煉學生的應用實踐能力,使其將所學的抽象的理論知識具體化。該科目6個應用實踐實驗考核每個都必須過關,6個實驗考核等級均在及格以上才視為通過。
③科目三設置為單片機外圍應用電路理論考試。設置該科目的主要目的在于使學生掌握一些電路的基本原理與實際適用范圍,并學會利用單片機去控制這些電路。此科目老師會采取課堂教學的方式進行全程講解,在講解時將理論知識與實踐技能相結合,使學生能夠將理論學習與動手實踐進行“無縫連接”,以激發學生的學習動力。然后設置相應的考試。考試難度會有所提高,考試滿分為100分,60分為及格線。同理,科目三通過之后才能獲得備考科目四的資格,否則繼續考科目三直到通過為止。
④科目四設置為單片機綜合應用設計考試。該科目由老師對學生進行分組測試,每一組大致由3個學生組成。設計內容由老師按照課程標準指派不同的單片機應用設計內容,但難度需保持一致性。測試時間為期兩天,測試地點設為老師指定的實驗室。每組學生必須在這兩天內完成作品相應的硬件設計與軟件設計,最終每組學生必須提交相應的實物作品與設計報告。老師最終根據設計報告與實物作品所實現的基本功能點與擴展功能點進行計分。具體計分方式將參照全國大學生電子設計競賽的計分標準。同樣,考試滿分為100分,60分為及格線。設置該科目的主要目的在于提升學生的應用實踐能力,使學生對單片機的綜合應用能力得到最終的升華。
科目一、科目二和科目三為必考科目,每個學生都必須通過這三個科目才能拿到本門課程的全部學分。科目四為選考科目,申請科目四并通過科目四考試的同學將獲得由學院頒發的單片機職業應用實踐技能合格證書,此證書將直接證明學院對學生此門課程所掌握的實踐技能的認可。正如同有了機動車駕駛證就可以駕車上路一樣,學生通過了所有的本門課程的“駕考模式”考核之后,就能夠滿足相對應的上崗要求,有利于學生的可持續發展。這對于學生畢業后找份好工作有著非比尋常的肯定作用,被認可的學生的應用實踐技能可與企業的需求直接對接。這種考核評價體系能夠從根本上引導學生的學和教師的教,考核結果也更能體現學生的真才實學,培養出來的學生也更能滿足企業的崗位需求。
2.2 “駕考模式”考核評價體系實踐效果
衡陽師范學院采用“駕考模式”的考核評價體系,通過一年的課程改革實踐,學生不僅具備了單片機應用的綜合設計能力,還具備了一定的創新能力,其具體表現在以下兩個方面:
①學生的學習潛力和主觀能動性得到了極大的激發。
由于科目一設置為開放性考試,學生需自學通過考試,因此,考試壓力將促使學生努力提高自身學習的主觀能動性。一些基礎薄弱的學生也在學習能力強的同學地帶動下主動學習。
②極大地提升了學生的應用實踐能力和綜合應用知識的能力。
以前的單片機課程考試最終都是通過理論筆試完成考核的,學生“死學”現象嚴重。而現在課程考核體系改革后,理論學習基本上以學生自學為主,實踐教學的時間大幅增加,通過科目二與科目四的考核使得大部分學生最終能夠獨立地設計制作出一些基于單片機控制的電子產品,極大的提高了學生的應用實踐能力和運用知識的能力。