Arduino程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)改革
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摘要:arduino單片機(jī)具有上手快、易操作、資源豐富等特點(diǎn)，在高職單片機(jī)教學(xué)中成為主流。但由于Ar-duino涉及的知識(shí)點(diǎn)較多且較為零散，造成教學(xué)過(guò)程中學(xué)生不能夠有效地進(jìn)行消化。針對(duì)高職物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)專業(yè)Arduino程序設(shè)計(jì)的教學(xué)現(xiàn)狀，以項(xiàng)目式教學(xué)法為主要理論基礎(chǔ)，開(kāi)發(fā)了基于Arduino的智能家居教學(xué)項(xiàng)目，構(gòu)建以項(xiàng)目為核心的教學(xué)組織方式和課程評(píng)價(jià)體系，取得了良好的教學(xué)效果。
關(guān)鍵詞:Arduino程序設(shè)計(jì);項(xiàng)目式教學(xué);智能家居
1課程項(xiàng)目設(shè)計(jì)
智能家居系統(tǒng)一般功能包括:對(duì)家居環(huán)境的精準(zhǔn)監(jiān)控、對(duì)家電設(shè)備的精確控制、與用戶信息的交流(包括處理用戶的命令及在特定情況下將家居環(huán)境的某些信息發(fā)送給用戶)等［1－2］。根據(jù)這些功能需求，將智能家居項(xiàng)目分解為六個(gè)不同的教學(xué)模塊.(1)項(xiàng)目一主要訓(xùn)練學(xué)生根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求寫(xiě)出需求分析報(bào)告，能夠?qū)?fù)雜系統(tǒng)劃分為不同簡(jiǎn)單子系統(tǒng)，能夠熟練使用Arduino集成開(kāi)發(fā)環(huán)境進(jìn)行項(xiàng)目開(kāi)發(fā)。(2)項(xiàng)目二訓(xùn)練學(xué)生掌握Arduino模擬量輸入檢測(cè)與數(shù)字輸出控制、串行通信技術(shù)、LCD時(shí)序模擬等技能。(3)項(xiàng)目三訓(xùn)練學(xué)生掌握Arduino數(shù)字量的輸入采集、中斷應(yīng)用與GSM通信等技能。(4)項(xiàng)目四主要訓(xùn)練學(xué)生掌握模擬輸出、庫(kù)函數(shù)的調(diào)用等技能。(5)項(xiàng)目五主要訓(xùn)練學(xué)生掌握藍(lán)牙通信、WiFi無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸、Zigbee無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸?shù)燃寄堋?6)項(xiàng)目六主要訓(xùn)練學(xué)生的測(cè)試、調(diào)試、集成等能力。
2課程項(xiàng)目實(shí)施
2．1角色分工
角色扮演模擬教學(xué)法以能力培養(yǎng)為目標(biāo)，以互動(dòng)教學(xué)、全真模擬為特征，可以真正實(shí)現(xiàn)“學(xué)生主體、教師主導(dǎo)”的教學(xué)模式［3－4］。同時(shí)讓學(xué)生真正了解不同崗位的崗位職責(zé)，提高了學(xué)生的職業(yè)素養(yǎng)［5－6］。組織學(xué)生進(jìn)行小組項(xiàng)目設(shè)計(jì)，首先對(duì)全班學(xué)生進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆纸M。分組時(shí)主要考慮學(xué)生的個(gè)性特征、學(xué)習(xí)能力、學(xué)習(xí)態(tài)度等幾個(gè)方面的因素，保證每個(gè)小組在大致相同的水平上展開(kāi)合作學(xué)習(xí)，從而保證組內(nèi)成員的互補(bǔ)和組間的公平競(jìng)爭(zhēng)。使學(xué)生在競(jìng)爭(zhēng)中感覺(jué)與其它小組“旗鼓相當(dāng)”，從而增加合作的動(dòng)力，增強(qiáng)取勝的信心，取得良好的合作效果。小組合作項(xiàng)目設(shè)計(jì)，為防止有的學(xué)生無(wú)所事事，就需要分工明確。我們要使每個(gè)成員都擔(dān)當(dāng)特定的角色，并且每個(gè)角色都是不可替代的。學(xué)生不再是傳統(tǒng)的身份，他們將成為項(xiàng)目經(jīng)理、軟件設(shè)計(jì)工程師、硬件電路工程師、測(cè)試工程師等工作崗位角色，每個(gè)人在完成自己本職工作的同時(shí)，還要兼顧團(tuán)隊(duì)協(xié)作、溝通，既培養(yǎng)了專業(yè)技術(shù)能力，又提高了職業(yè)素養(yǎng)。在智能家居項(xiàng)目設(shè)計(jì)實(shí)踐教學(xué)中，一般由四人構(gòu)成項(xiàng)目小組，每組設(shè)立小組長(zhǎng)、硬件開(kāi)發(fā)人員、軟件設(shè)計(jì)人員以及文檔撰寫(xiě)人員。小組長(zhǎng)負(fù)責(zé)整個(gè)項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程的任務(wù)分配，協(xié)調(diào)溝通等工作，組織全組人員有序地開(kāi)展討論交流、動(dòng)手操作、探究活動(dòng)以及最后的答辯講解工作。硬件開(kāi)發(fā)人員負(fù)責(zé)原理圖設(shè)計(jì)、硬件電路搭建等工作。軟件設(shè)計(jì)人員負(fù)責(zé)軟件流程圖設(shè)計(jì)、編程等工作。文檔撰寫(xiě)人員負(fù)責(zé)各部分文檔的撰寫(xiě)、答辯PPT的制作等。
2．2基于“工作過(guò)程”的項(xiàng)目開(kāi)展
基于工作過(guò)程的六步法包括:信息、計(jì)劃、決策、實(shí)施、檢查以及評(píng)估六個(gè)工作步驟［7］。目前，基于工作過(guò)程系統(tǒng)開(kāi)發(fā)職業(yè)教育課程的主流思想是學(xué)習(xí)領(lǐng)域課程模式［8－9］。本文將“六步法”與“基于工作過(guò)程導(dǎo)向”的項(xiàng)目教學(xué)模式相結(jié)合，模擬企業(yè)真實(shí)的工作環(huán)境，讓學(xué)生親身參與到工作過(guò)程之中，學(xué)習(xí)和掌握與工作過(guò)程相關(guān)的知識(shí)和技能，學(xué)會(huì)從工作過(guò)程的全局出發(fā)分析問(wèn)題和解決問(wèn)題，從而獲得與工作崗位更貼近的職業(yè)能力。信息搜集:教師將事先做好的項(xiàng)目成品展示給學(xué)生看，演示項(xiàng)目成品的功能，讓學(xué)生能夠了解整個(gè)項(xiàng)目的需求，對(duì)項(xiàng)目有一個(gè)初步的認(rèn)識(shí)。項(xiàng)目的任務(wù)要求要明確，但要給學(xué)生留有一定的設(shè)計(jì)空間。根據(jù)項(xiàng)目任務(wù)要求，學(xué)生應(yīng)通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)或參考書(shū)等搜集項(xiàng)目需要的相關(guān)知識(shí)，教師向?qū)W生講解項(xiàng)目中應(yīng)用到的新知識(shí)點(diǎn)，學(xué)生完成需求報(bào)告。制定計(jì)劃:各小組根據(jù)搜集的資料，設(shè)計(jì)與規(guī)劃項(xiàng)目開(kāi)發(fā)的步驟與方法，將復(fù)雜項(xiàng)目進(jìn)一步細(xì)分，形成一個(gè)初步可行的方案。具體工作內(nèi)容包括撰寫(xiě)計(jì)劃書(shū)，制定任務(wù)分配表及進(jìn)度表等。項(xiàng)目設(shè)計(jì)與實(shí)施:各組對(duì)項(xiàng)目方案作進(jìn)一步的完善，確定最佳方案。教師可根據(jù)學(xué)生方案提出指導(dǎo)性意見(jiàn)，但不會(huì)過(guò)度干涉。學(xué)生根據(jù)方案完成各個(gè)項(xiàng)目原理圖設(shè)計(jì)、元器件的選型與購(gòu)置、印制電路板的繪制與制作、元器件焊接檢測(cè)、軟件編程與調(diào)試，撰寫(xiě)項(xiàng)目報(bào)告書(shū)。項(xiàng)目驗(yàn)收:各小組制作答辯PPT，對(duì)自己的作品進(jìn)行展示和講解，講解內(nèi)容包括項(xiàng)目設(shè)計(jì)思路、項(xiàng)目原理、實(shí)施過(guò)程中遇到的問(wèn)題及解決方案等。教師應(yīng)該對(duì)學(xué)生創(chuàng)新的部分進(jìn)行鼓勵(lì)，對(duì)項(xiàng)目不足的地方提出建議，并讓學(xué)生對(duì)項(xiàng)目中出現(xiàn)問(wèn)題較多的地方進(jìn)行討論。
3考核評(píng)價(jià)
課程采取過(guò)程考核和結(jié)果考核相結(jié)合的考核方法，兼顧技能考核以及職業(yè)素養(yǎng)考核。過(guò)程考核評(píng)分主要參考學(xué)生在項(xiàng)目中的參與度、操作規(guī)范度、紀(jì)律及衛(wèi)生等;結(jié)果考核評(píng)分依據(jù)包括原理圖繪制、PCB繪制，流程設(shè)計(jì)、系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)情況等。每個(gè)子項(xiàng)目的成績(jī)都以百分制計(jì)，評(píng)價(jià)結(jié)果由三部分構(gòu)成:小組成員自評(píng)(占比30%)、組間互評(píng)(占比30%)以及教師評(píng)價(jià)(占比40%)組成。故學(xué)生每個(gè)子項(xiàng)目的得分為:小組自評(píng)得分×30%+小組互評(píng)得分×30%+教師評(píng)分×40%。學(xué)生最終成績(jī)?yōu)楦鱾€(gè)子項(xiàng)目得分的平均值。各項(xiàng)評(píng)分都有相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，使考核評(píng)價(jià)盡量做到合理、公平、公正。
4結(jié)語(yǔ)
通過(guò)教學(xué)實(shí)踐表明，在基于工作過(guò)程的項(xiàng)目教學(xué)中，真正做到了“以學(xué)生為主體、教師為主導(dǎo)，教與學(xué)互動(dòng)、講與練相結(jié)合”的教學(xué)目標(biāo)，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和動(dòng)手能力大大增強(qiáng)，對(duì)于Arduino和物聯(lián)網(wǎng)的認(rèn)知進(jìn)一步加強(qiáng)，教學(xué)效果顯著提高，基本實(shí)現(xiàn)了課程改革的預(yù)期效果。
作者：孫林娟 賈月輝 單位： 天津大學(xué)仁愛(ài)學(xué)院 天津中德應(yīng)用技術(shù)大學(xué)