在单片机课活动中对学生进行创新技法训练活动方案

　　一、活动背景
　　
　　《中共中央、国务院关于加强科学技术普及工作的若干意见》中指出：“从科普工作的内容上讲，要从科学知识、科学方法和科学思想的教育普及三个方面推进科普工作”。本活动方案突出了在日常的科技创新活动过程中对学生进行科学思维方法的训练和创新技法的训练。
　　普通职业高中学校的学生，在当前的“应试教育”模式下，由于学习成绩差长期遭受老师、家长的谴责，普遍存在着自卑、不自信、失落、为难等情绪以及心理脆弱、易受挫折等特点。针对这一心理特征，我在活动方案中以情境性为原则，从培养学生的情商人手，一步步帮助学生树立信心、勇气。逐步消除学生的心理障碍。把困难看成挑战、把克服困难看成乐趣，使学生乐于参加创新实验制作活动。体验成功喜悦，引导学生对周围事物的兴趣，使学生初步学会去观察。去发现、去提出问题、分析解决问题的技能。
　　职业教育以实践为基础，以就业为导向，重在培养学生的创新精神、技术知识和实践能力。我在活动方案中，在科技活动中利用行为导向教学法中的项目教学法，通过学习、练习、应用一些创新技法训练，结合课改走出了一条将单片机课堂教学和课外科技创新相结合的模式。把课堂知识扩展、延伸到课外，形成课堂学习知识，课外应用知识。以科技创新为平台，学生们通过在完成科技创新作品项目中一个个任务中，学习、掌握了创新技法，培养了专业技能，锻炼了创新能力，为社会提供了优秀的中等技术人才。
　　
　　二、活动目标
　　
　　1.知识目标
　　学生通过参加方案中的科技活动.进一步理解单片机控制的工作原理、步骤、方法和过程。初步掌握了单片机传感器电路模块、执行机构电路模块的工作原理。学会了编写简单的汇编控制程序。学会了使用一些创新技法。
　　
　　2.能力目标
　　(1)通过创新技法的训练，锻炼了学生的创新手段、方法和创新思路。
　　(2)学生通过活动，强化焊接、器件检测、电路识图、调试等电子技术专业的基础技能。
　　(3)提高学生使用汇编语言、汇编软件、下载软件的岗位工作能力。
　　(4)通过科技竞赛中的资料准备、现场答辩锻炼学生在择业面试中的表现能力、应变能力以及口才、举止等。
　　
　　3.情感目标
　　通过科技活动，消除学生的发明创新心理障碍，增强职业高中学生的自信心，对学生进行耐受挫折能力引导，树立锲而不舍的精神，把困难看成挑战、把克服困难看成乐趣。使学生乐于参加创新实验制作活动。从而激发学生的积极向上的生活热情、社会责任和敬岗爱业精神。
　　
　　三、参加活动的对象及人数
　　
　　参加活动的学生年级：高一、高二年级。
　　参加活动的学生人数：30人左右。分为初级组和提高组。
　　
　　四、活动时间
　　
　　从2008年9月到2009年7月。每周星期一、四下午课活时间(2课时)为初级班活动时间；每周五下午为提高班活动时间(4课时)。
　　
　　五、活动内容
　　
　　1.初级班
　　(1)创新思维讲座。
　　(2)学习使用北京市青少年科技馆提供的Q－2000型单片机、学习使用“爱乐搏”机器人、学习使用“乐高”机器人。
　　(3)电子技术基本技能训练。
　　
　　2.高级班
　　(1)创新方法训练。
　　(2)单片机智能控制实训练习。
　　(3)创新作品的制作。
　　
　　六、重点、难点和创新点
　　
　　活动重点：实践、应用单片机智能控制。
　　活动难点：使用创新技法创作创新作品。
　　活动创新点：将单片机课堂教学和课外科技创新相结合的模式。把课堂知识扩展、延伸到课外，形成课堂学习知识，课外应用知识。以科技创新为平台，学生们通过在完成科技创新作品项目中一个个任务中，学习、掌握创新技法、培养专业技能、锻炼了创新能力，为社会提供了优秀的中等技术人才。
　　
　　七、活动准备
　　
　　1.学生的准备
　　在高一新生中，通过考查学生学习电子技术工艺课、单片机课、模数电路课学习状况和平时对学生观察和调查了解，结合学生自愿报名等形式。选出对科技活动有兴趣学生，参加学校科技小组活动。经过初级班的学习、训练再选拔出进入提高班学习的人员。
　　
　　2.器材的准备
　　(1)单片机实验室、电子技术工艺实验室和模数电路实验室作为学生活动场所。
　　(2)“爱乐搏”机器人、“乐高”机器人和学生自制的寻迹智能车成为参加北京市青少年机器人比赛、北京市中小学生单片机比赛和、北京市宣武区中小学生机器人比赛的器材。
　　
　　3.经费的准备
　　学校每年都要向科技活动投入3、4万元作为活动经费中，免费对学生进行科技教育。用于购置创新作品所用的电子元器件、器材等。用于外出活动、参赛费用的支出、作品展示时宣传资料和展板的制作、活动结束后的奖励资金等。
　　
　　八、活动过程
　　
　　(一)创新思维讲座(共20学时)校本教材
　　创新思维训练的目的是从人的生理、心理出发分析人的创造力机能，消除学生创新恐惧、畏难心理，引导学生的创新热情并初步讲解创造活动思维规律及小发明思路的基本知识，激发参加创新活动的兴趣。创新思维讲座方式采用讲故事、讨论、回答问题和动手练习方式。
　　1.培训创造思维(12学时)
　　(1)勇当小小发明家；(2)了解发明创造学；(3)人人是创造之人；(4)开发你潜在的创造力；(5)人与人之间差别甚微；(6)不要迷信天才；(7)人的大脑潜力巨大；(8)人的大脑用进废退；(9)人的大脑两半球各有分工；(10)合理用脑优化大脑功能；(11)不要做“创造脑的狼孩”；(12)创造潜力容易受到忽视；(13)如何开发右脑；(14)小设想活动；(15)克服创造心理障碍；(16)克服认识上的误区。
　　2.培训创造思维技法(8学时)
　　(1)什么是创造性思维
　　(2)创造性思维的特征
　　(3)创造性思维的方法
　　有逆向思维法、颠倒思维法和侧向思维法三种。
　　(4)创意思维训练
　　包括颠倒思维法创意训练、逆向思维法创意训练和侧向思维法创意训练。
　　
　　(二)机器人活动(42学时)
　　1.应用单片机控制机器人(12学时)
　　我校单片机使用的是北京市青少年科技馆开发的Q-2000型单片机。按照学校单片机课程教学计划，高一的第一学期期中前讲授完宏指令汇编的内容。为了配合课堂教学活动本方案制定了应用单片机控制机器人的训练活动。
　　(1)活动内容
　　①红外传感器的使用(1学时)。
　　②单片机I／O接口状态的变化与检测(1学时)。
　　③控制程序的编写(2学时)。
　　④控制程序的调试与修正(4学时)。
　　⑤智能车的安装与调试(2学时)。
　　⑥寻迹练习(2学时)。
　　(2)活动任务
　　单片机控制智能车完成图形寻迹任务。
　　(3)活动效果评价
　　①每年参加北京市宣武区中小学生机器人竞赛，基本包揽高中组一、二、三等奖。
　　②每年参加北京市中小学生单片机竞赛中寻迹接力项目。均可获取名次。
　　2.学习使用“爱乐搏”和“乐高”机器人。(30学时)
　　为了扩展、提高学生对机器人的控制、开发水平，练习了图形编程和函数编程方法，练习使用“爱乐搏”和“乐高”机器人。开阔学生知识面、提高了能力。
　　(1)活动内容
　　①机器人任务的搭建(16学时)。
　　②控制程序的编写(6学时)。
　　③完成任务练习(8学时)。
　　(2)活动任务
　　①参加北京市青少年机器人创新项目的比赛。
　　②参加北京市青少年机器人基本任务项目比赛。
　　(3)活动效果评价
　　每年组织学生参加北京市青少年机器人比赛均可获取名次。
　　
　　(三)强化基本技能训练(40学时)
　　我校学生在课堂学习了电子工艺、电子线路、数字电路等专业课程。在本方案中安排了强化专业基本技能训练活动。
　　1.活动内容
　　(1)焊接技术训练(4学时)。
　　(2)测量工具的使用。如：万用表、示波器(8学时)。
　　(3)电子器件的检测(4学时)。
　　(4)识电子线路图(10学时)。
　　(5)电子小制作(14学时)。
　　2.活动任务
　　在规定的时间内完成某电子线路图的连接与调试。
　　3.活动效果评价
　　(1)组织学生每年参加北京市宣武区中小学生电子制作比赛获取高中组前几名。
　　(2)组织学生每年参加北京市中小学生电子制作竞赛均可获取较好名次。
　　
　　(四)创新技法训练(20学时，校本教材)
　　创造思维训练离不开学习和运用创造技法。创造技法是创造学中最务实、应用性最强的部分，它偏重于发明创造的技法及方法。是建立在创造心理和认识规律基础上的一些规则、技巧和做法。它们大多是以原则、诀窍、思路形式来指导人们克服心理障碍和思维的消极定势，促进联想、想象和直觉等非逻辑思维，促进思维的灵活性，流畅性和独立性。创造技法的类型包括提出问题的创造技法和解决问题的创造技法。
　　1.活动中常用的创新技法(14学时)
　　(1)特性列举法；(2)奥斯本检核表法；(3)5W2H；(4)智力激励法；(5)综摄法(6)组合法。
　　2.创新技法训练举例：组合法(6学时)
　　(1)组合法定义
　　肖克莱“所谓创造就是把以前独立的发明组合起来”。组合法的作用是一种利用已有技术实现技术突破的有效方法。组合法的特点：以组合求创新，为创新而组合。
　　(2)单片机自动控制系统简述
　　单片机自动控制系统一般由输入口、程序控制和输出口三部分组成。输入口部分由各种传感器组成，使用不同的传感器决定不同的控制方式；程序控制部分是核心，它对输入口的数据进行分析、判断、运算并以此为依据控制输出口的状态；输出口部分是各种执行机构，常采用三极管电子开关、晶闸管，电磁继电器或固态继电器等部件，再驱动负载达到预定的控制目的。
　　(3)单片机控制电路组合结构技法训练
　　为了突出训练组合法创新技法单片机程序控制部分略掉。
　　①单片机输入口连接的各种具体的传感器(包含传感器电路)，共7类18种。
　　②单片机的输出口连接的5种常见执行机构(包含驱动电路)。
　　③被控对象所要达到的结果选择最常见的控制灯发光。
　　④在单片机控制电路组合结构技法训练过程中，学生可以从诸多组合中遴选出最有价值的方案来，组合出的一些方法确是平时没有想到的。例如，哈一口气就能够把灯点亮的湿敏控制。这个控制可以用于粮仓湿度过大时自动进行通风或加热烘干等方面。
　　⑤说明：在单片机控制电路组合结构技法训练中，采用的传感器和执行机构还可以扩充。如：超声波传感器、红外线传感器等。
　　3.活动效果评价
　　单片机控制电路组合结构图可以引发出90种控制灯发光的方法。让学生感受到组合发明法的魅力，提高设计电路的变通能力，通过创新技法的训练可以培养学生的求异思维能力，把知识变成智慧和力量。
　　
　　
　　(五)创新技法训练案例
　　职业学校在科技小组活动中对学生进行创新技法训练的最终目的是培养具有创新能力、掌握实用技术的中等专业的劳动者。参加科技小组活动的学生通过创新思维、创新技法的训练都研发制作了科技创新作品，其中有些作品还参加了科技竞赛。但不少学生的作品仅作为作业、练习。
　　1.逆向思维
　　(1)作品名称：温差发电作者：张鸿竾
　　(2)原理简述：半导体制冷制热材料当通过电流时，一面产生热另一面产生冷。若将半导体制冷制热材料的一面放置在热源另一面放置在冷源就会产生电流。　(逆向思维)
　　(3)实验与制作：在半导体制冷制热材料的两面各安装1个蓄水槽，一个蓄水槽中放热水，另一个蓄水槽中放冷水。在半导体制冷制热材料的两端就会产生电压，可以提供低电压小电流。用于直接驱动收音机或给1.5V电池充电。
　　张鸿竾制作的“温差发电”作品在2007年第27届北京市安捷伦青少年科技创新大赛中获二等奖。在2007第17届全国发明展获的三等奖。
　　2.组合技法
　　(1)作品名称：分时段可编程节能照明灯作者：杨春硕
　　(2)原理简述：目前我国的公路照明、城市建筑物照明存在通宵达旦大电流照明浪费电的问题。应用单片机编程控制可以实现将通宵达旦大电流照明的方式变化成依据人流、车流夜间出行的规律分成若干各不同的时间段采用不同的照明强度。既满足了人们的出行又节约了电能。
　　(3)组合技法
　　光控：根据日照光线的变化自动开启、闭合电源。
　　继电器：每一个时间段控制一个继电器。
　　晶闸管：不同的继电器控制晶闸管不同的导通角实现控制电流的大小
　　灯：路灯、城市建筑物照明灯灯
　　单片机：编写分时段控制程序。
　　以上各部分在单片机控制电路组合结构技法训练中均已体现。
　　(4)实验与制作
　　①单片机采用北京市青少年科技馆开发的Q-2000型单片机。编程使用宏指令汇编语言。
　　②晶闸管控制电路使用的是光线自动控制台灯的电路。
　　③光传感器使用的是光敏电阻。
　　杨春硕制作的“分时段可编程节能照明灯”作品在2006年北京市中小学生单片机比赛中获一等奖。
　　
　　(六)小发明作品创新活动(60～80学时，根据作品制作难易定)
　　1.小发明创新作品要求
　　(1)小发明作品的“三自”要求
　　①小发明作品需要同学们自己提出选题。
　　②自己进行设计。
　　③自己进行制作。
　　(2)小发明创新作品的“三性”要求
　　①新颖性：这项小发明是前所未有的新发明、新方法。既是：没有公开发表过、公开使用的和为公众所知的。或同已有的小发明相比有突出的实质性特点和显著技术的进步。
　　②科学性：符合科学思维、科学方法、科学原理、科学规律和科学结论。
　　③实用性：能够制作和使用，是实打实的，既做得出来、又用得着的小发明作品。能产生积极的效果。
　　2.指导教师辅导要点
　　(1)培育学生的创新情商
　　职高的学生在应试教育过程中的中小学阶段，由于学习成绩差、行为习惯不良等原因造成心里普遍存在着自卑、不自信、失落、为难、等情绪以及心理脆弱、易受挫折等特点。
　　①在科技创新活动过程首先要营造一个自由、无拘束的宽松的师生平等的人际关系和谐的轻松课外科技活动的环境。
　　②消除学生的发明创新心理障碍：一些同学认为“我现在学的知识还少，没有办法搞发明”，“我现在还小，发明创造是将来的事情”。还有一些同学认为“发明创新是科学家的事，深奥不可及”。针对学生对发明创新种种认识。从讲科学家的故事、学生发明创新案例开始，组织学生参加简单易行的科技制作，参加依获奖的学校、区级的科技竞赛，体验成功喜悦，引起学生对周围事物的兴趣和细致观察，再充分利用智力激励法的机制，激励学生最初的创造动机，达到学生开发自身创造潜力的目的。
　　③耐受挫折能力引导：在科技发明创新作品实验制作过程中，学生们会遇见一个个挫折、困难甚至失败。及时引导学生走出情绪的低潮，重新开始，给学生们多点勇气，多点机智，多点磨炼，多点感情投资，树立锲而不舍的精神，把困难看成挑战、把克服困难看成乐趣，使学生乐于参加创新实验制作活动。
　　(2)整合学校、社会和家庭资源形成合力
　　①经常和班主任、任课教师保持紧密联系，随时交换组员的思想动态、学习状况、生理心理状况。保持学员处于良好的工作状态。
　　②定时和学生家长交换意见，定期家访，保证与家长协作。
　　③从分利用区科技馆、少年宫、社区的技术、设备。如：车床、激光切割机等。
　　(3)随时为学生提供知识、方法、技能指导
　　3.学生小发明作品创新活动
　　(1)提出研究问题、确定研究项目(10学时)
　　学会使用创新技法去观察、分析、查阅收集整理资料。
　　①应用5w2H设问法提出问题、发现问题、辩论问题(6学时)。(见表1)
　　
　　②应用奥斯本检核表法提问要点，逐个审核、讨论，使小发明作者全面、系统地考虑各种解决问题。(4学时)
　　奥斯本检核表提问要点：a-可否将现有产品的形状、制造方法、颜色、声音、味道等加以改变?b.能否将现有的发明应用到其他领域?c.能否在现有的发明中，引人其他创造性设想?d.能否在现有发明的基础上略加改造，使它增加功能，延长使用寿命?e.可否将现有的发明和产品缩小体积，ev/I5hoTNy+ejZFhXMR36Q==减轻重量或者分割化小?能否用其他材料代替原有的产品或发明?g.可否将现有的发明更换一下型号或更换一下顺序?h.可否将现有的产品、发明工艺颠倒过去?i.可否将几种发明或产品组合在一起?
　　提出疑问对于发现问题和解决问题是极其重要的。提出问题比解决问题更难。提出了一个好的问题，就意味着问题解决了一半。为了使学生能够自行提出小发明选题，就需要学习提问的技巧。这样才能更好地发挥他们的想象力。善于提出问题是具有创造性的人最重要的特点之一。
　　(2)制定小发明项目研究、实验、制作方案(4学时)
　　应用组合发明技法。参考单片机控制电路组合结构技法训练中控制框图确定项目的研究、实验过程科学方法、工作流程，所用电子电路、器材、设备，工作时间、进度等诸多方面。
　　(3)小发明项目研究、实验、制作(60学时)
　　学生的小发明项目研究、实验、制作过程是一个学习提高、克服困难、反反复复而又漫长的过程。
　　教师要根据行为导向教学法，以情境性原则为主，科学性原则为辅，通过人本性原则，在学生小发明项目研究、实验、制作过程中做好组织者与协调人，通过与学生的互动为学生服务。其次，教师要善于应用行为导向教学法中的项目教学法，把学生的小发明项目分解成一项项任务，对学生的每一项任务负责督促、检查、评估并提供相应帮助。(见表2)
　　4.活动效果评价
　　(1)学生们初步学会了在发明创新过程中如何通过观察、分析、考察、论证发现问题、提出问题，提高了查阅收集整理资料的能力。
　　(2)学生们初步学习、实践了一些发明创新的技法。如：奥斯本检核表法、组合法、5W2H提问法等。
　　(3)锻炼和提高了学生们的情商。
　　(4)教学相长，提高了教师的教学水平。
　　(5)锻炼和提高了学生们的自主学习、实践能力、发明创新能力和专业技