基于做学教合一的“单片机应用技术”课程建设与实践

【摘 要】针对“单片机应用技术”课程存在的问题，以做学教合一理念为指导，以切实提升学生的工程素养为目标，构建一体化教师团队、开发立体化课程资源、打造多维化实训平台、形成工程化考核方式等，多角度、多途径进行“单片机应用技术”课程的开发建设及实践应用，不断提高课程教学质量。

【关键词】单片机应用技术;做学教合一教学模式;课程改革

【中图分类号】G712  【文献标志码】A  【文章编号】1005-6009（2021）21-0069-06

【作者简介】吴玢，江苏联合职业技术学院蘇州工业园区分院（江苏苏州，215123）电子技术系副主任，高级讲师、高级工程师，主要研究方向为职业技术教育课程建设。

一、“单片机应用技术”课程的建设背景及存在问题

（一）“单片机应用技术”课程的建设背景

1.课程地位和特点。

单片机技术是现代电子工程领域一项飞速发展的重要技术，已渗透到现代工农业自动化、智能仪器仪表、实时控制系统、军事装备应用、汽车电子系统、信息和通信系统、消费类电子产品等诸多领域，在当前发展迅猛的物联网、智能制造、人工智能等新兴技术领域，同样离不开单片机技术。因此，学习并掌握单片机技术是职业岗位对高技能人才的基本要求。“单片机应用技术”课程是高职电子信息类、自动化类、机电类等专业的核心课程，单片机应用能力的培养是提高相关专业高职学生核心竞争力的重要手段，对学生职业岗位能力培养和职业素质养成起重要支撑作用。

“单片机应用技术”课程是一门软件、硬件结合，涉及传感器、电子技术、控制编程、驱动机构等多种知识的综合性应用技术课程，它主要培养学生的电子技术应用、电路设计制作、控制编程等多种应用能力，具有较强的实践性、综合性和应用性，[1]对教师素质、教学内容、教学资源、教学方法、教学条件等都提出了较高要求。

2.做学教合一教学模式改革。

职业教育内涵发展的重要基础在于探索教学模式的与时俱进，以满足新时代职业教育教学质量提高的需求。做学教合一教学模式突破以往理论与实践相脱节的困境，通过设定教学任务和教学目标边做、边学、边教，全程构建素质与技能培养框架，丰富课堂教学和实践教学环节。[2]对于“单片机应用技术”这样一门兼具理论和实践的课程来说，实施做学教合一教学模式，在教学过程中切实落实“做”字当头、“学”贯始终、相机而“教”的基本思想，将理论和实践有机融为一体，可以充分调动和激发学生的学习兴趣，有利于学生动手能力和专业技能的培养。

（二）“单片机应用技术”课程教学中存在的问题

“单片机应用技术”课程知识点多，内容抽象，逻辑性强，教师难教，学生难学。经过多年改革，“单片机应用技术”课程的教学已经有了较大改善，教学效果有了一定提高。然而笔者通过对苏州市乃至省内一些学校的调研发现，在“单片机应用技术”课程教学中还是存在以下问题：

1.教学主体方面。

一方面，教师实践能力弱。授课教师多数只是在校期间学习过单片机课程，缺乏企业实践经验，没有实际的单片机系统开发经历，对单片机程序设计缺少工程角度的考虑，对单片机系统的实际应用情况没有透彻了解。另一方面，学生学习效果差。学生感到该课程枯燥乏味、深奥难懂，缺乏学习兴趣，并且由于学习单片机课程需要一定的英语、数学、电子技术等学科的基础，而职校学生在这些方面的知识储备普遍薄弱，更增加了学习难度。

2.教学内容与教学资源方面。

教学内容中涉及单片机内部电路分析、工作时序、片外存储器扩展等内容过多，与高职学生的培养目标、单片机技术的发展状况脱节;有些学校仍以汇编语言作为单片机编程语言进行教学，这与高职学生未来的职业岗位需求不相匹配。目前较多教材都已经采用了项目化编写体例，改变了传统教学中理论与实践割裂的情况，但是知识分布过于零散，部分知识点有缺漏，师生对于一些重要的知识点缺乏系统化的全面了解。部分实训项目脱离实际，提供的案例程序不具备实用性，如将定时中断用于延时的做法、利用延时等待进行读键的程序设计等，无法适用于未来的工作岗位。配套的教学资源较为缺乏，不利于教师的教学研究，不利于学生的自主学习，更不利于“做学教合一”教学模式的实践。

3.实训条件方面。

当前各校在单片机课程教学中大多已经摒弃了单纯理论讲解的做法，加强了实践教学环节。各校所采用的实践教学平台主要有实验箱（或实训台）、实验电路板、虚拟仿真三种形式。这些实训平台都有各自的优点，但也有各自的局限性。

例如，实验箱或实训台大多是由生产厂家开发好的硬件产品，也有个别是学校自主研制的产品，通常由几个到十几个模块组成，能完成按键控制、LED显示、数码管及液晶显示、AD转换等多个实训项目。然而，由于其电路基本固定，而实际的电路往往变化多端，并且实验箱或实训台都已经成品化，不便于学生直接观察电路结构，实训过程中学生只需进行模块间的简单接线，对于单片机硬件电路的理解和搭建能力得不到有效锻炼，进而也限制了创新能力的生成。

再如，实验电路板可由学生自行设计硬件电路、自行进行电路的焊接和装配调试，并在此基础上进行程序设计，对于培养学生完整的单片机应用能力是有好处的。但是电路焊接、装调并非本课程的知识和技能重点，这种实训方式在电路焊接、装调方面花费的时间太多，并且当系统调试出现问题时，很难快速定位故障，需要较长时间来查找问题产生的原因，因此无法保证教学进度，教学效率太低。

4.教学实施方面。

在教学和实训过程中，教师对着教材上的程序讲，学生照搬教材上的程序做，所谓的实训，学生只是程序的“搬运工”“打字员”，忽视了对问题的分析、算法的考量、程序框架的搭建、逻辑思维的训练等工程能力的培养。

5.考核评价方面。

考核的内容与标准脱离工程实际。一是偏重于理论的考核，强调学生对于知识点的记忆，然而实际参与工程项目时，很多知识点并不需要记忆。二是对于实践方面的考核偏重于任务是否完成，忽视了真实有效的职业能力的评判，如编程是否规范，程序是否可靠、是否具有实用性等。

二、“单片机应用技术”课程的理念思路及建设过程

（一）课程设计理念

以行业企业对单片机技术人员的需求为依据，以切实提升学生的工程素养，培养学生真实、有效、全面的单片机应用能力为目标，按照项目驱动、做学教合一教学模式的要求设计和开发课程，融入职业标准和规范，提升学生职业素养，进行全过程的综合评价。

（二）课程设计思路

单片机应用技术是一门理论性、实践性、应用性均较强的课程，根据本课程的特点，结合五年制高职学生的学习基础和学习能力，在课程设计中打破学科体系的局限，将单片机的相关知识点碎片化，并按项目进行整合。每个项目均由若干个具体的典型工作任务组成，任务的设计从职业岗位需求出发，具有针对性、真实性。任务的实施从虚拟仿真实训入手，实训台、实验电路相结合，从虚到实，虚实相间。任务驱动，以做引学，通过具体任务的逐步展开，让学生在完成任务的同时学习相关专业理论知识，掌握相关技能，使学生在技能训练过程中加深对专业知识和技能的理解及应用，充分体现“做学教合一”的教学理念，同时培养学生的综合职业能力，满足学生职业生涯发展的需要。

（三）建设过程

1.开展广泛调研，发现存在问题。

通过课程组研讨、听课评课、教学检查等活动了解课堂教学情况，通过学生评教、学生座谈了解学生对课程教学的意见，通过外出听课、参加各级教研活动、进行教师访谈等渠道了解同类学校的做法，通过企业调研、工程师访谈等校企合作交流活动了解单片机技术职业岗位的能力要求，及时跟踪单片机技术的发展趋势。对调研情况进行汇总、整理、分析，以明确单片机课程教学存在的问题。

2.组建课程团队，制订建设方案。

由具有单片机课程教学经验的教师和具有单片机项目开发经验的工程师组成课程团队，共同讨论制订课程建设方案，明确任务分工、建设步骤。

3.确定课程目标，制定课程标准。

开展职业岗位能力分析，以岗位能力要求为依据确定课程目标，对接职业岗位标准制定课程标准，提炼典型工作任务，归纳得出行动领域，进而转化为学习领域的知识和技能，整合、序化教学内容。

4.开发课程资源，搭建实训平台。

边建设、边应用、边改进，在推广应用的过程中及时收集师生对课程建设的反馈意见，并进行动态调整，实现课程建设的长效动态机制，以应用促建设，不断完善与提升课程建设水平，具体建设过程如图1所示。

三、“单片机应用技术”课程建设的具体内容

（一）构建一体化教师团队

针对调研中发现的“单片机应用技术”课程授课教师存在的问题，依托产教融合、校企合作平台，从内培、外引两方面着手，组建一体化“双师型”教师团队。一方面，通过校企合作项目，让校内的专业教师多接触企业，参与真实的单片机应用系统设计项目，踏踏实实地深入企业，到相应岗位中锻炼、学习，提高教师对单片机应用技术相关职业标准、技术要求、岗位要求的把握和理解。另一方面，聘请企业工程师参与到课程开发、资源建设乃至课堂教学中，并为校内教师带来真实的企业案例和丰富的单片机开发经验。这样一支专兼结合、各具特色的团队，可以充分发挥各自的优势和特长，相互学习、相互促进，从而提高课程建设的质量，推动做学教合一教学模式的实施，提升课堂教学的效果。

（二）开发立体化课程资源

1.教学内容整合。

针对调研中发现的学科体系方式与项目教学方式存在的问题，从梳理知识学习目标、重构典型工作任务、重整课程教学内容三方面着手进行教学内容的优化整合。根据单片机职业岗位的需求分析，对课程中涉及的知识学习目标进行重新梳理，减少单片机内部电路结构、寄存器单元地址、工作时序、片外存储器扩展、IO口扩展等内容，强化IO口资源的合理应用、常用外围器件的接口与控制、定时计数器、中断系统、总线控制、模块化编程等实际工程中常用的知识点内容。依托课程团队成员扎实的单片机工程开发经验和丰富的企业案例，形成实训项目库，将项目分解成相对独立的任务，分析整理每个任务涉及的知识点，然后依据工作过程、学习规律和任务难度选取典型工作任务，前后任务之间既相对独立，又有一定的联系，将必需、够用的相关知识和技能由浅入深融入每个工作任务。

2.课程资源建设。

课程资源的建设是一个持续积累并不断优化的过程，能够实现课程资源的不断创新。“单片机应用技术”课程资源的建设以做学教合一教学模式的改革为基础，以现代教育技术为手段，以网络资源平台为载体，构造一个以学生为主体、以学习为中心的线上线下相结合的立体化资源平台。

“单片机应用技术”课程资源分成基本资源、拓展资源、创新资源三大类共21种，其中基本资源包括课程标准、评价方案等，覆盖课程所有基本知识点和岗位技能点;拓展资源包括软件安装包、单片机开发小工具等多样性、交互性辅助资源，应用于各教学与学习环节，支持课程教学和学习过程，并体现行业发展的前沿技术，向产业领域扩展;创新资源包括自编教材和活页式实训手册等充分体现课程特色及区域特点的原创性资源（如图2所示）。

（三）打造多维化实训平台

学校在对各实训平台的优缺点进行科学分析的基础上，结合职业岗位对单片机能力的需求和学生的实际情况，打造多维化实训平台。虚拟仿真实训室配备有40台电脑，安装以Proteus仿真软件和Keil开发软件构建的虚拟仿真实训平台，主要用于日常教学中学生进行虚拟仿真实训，使学生对软件、硬件及相互的关联有全面认识和理解，提高学习效率，同时突破了时空限制，使学生可以随时随地进行技能训练和学习。单片机技能实训室配备有18套单片机控制装置安装与调试设备，可以让学生对综合性的单片机应用系统有全面认识，并满足完成步进电机等无法虚拟仿真的实训任务的需求。电子产品制程实训室配备有雕刻机、制板机、电焊台等，云创客空间配备有各种传感器、液晶屏、數码管、蓝牙模块、红外模块、各类基本结构件、电机动力件、特殊结构材料以及3D打印机等，项目工作室中有单片机USB-ISP下载线、程序烧写器、示波器、直流电源等设备，并且全天向学生开放，这三间实训室打造的平台主要用于学生进行单片机应用类创新作品、毕业设计作品的电路制作和调试，以及师生进行产品研发。

（四）形成工程化考核方式

针对单片机课程考核脱离工程实际的现象，重新制订课程评价考核方案。一是评价体系中强调过程性评价、职业能力评价，加强对实训任务完成情况的考核，其考核权重为50%，对知识点的考核权重降低为30%，职业素养的考核权重为20%。二是建立完整的习题库，删去如特殊寄存器的单元地址等背诵类且实际应用中不需要记忆的内容，学生在学期初就能从网络课程资源平台下载习题库，考试卷从习题库中抽选生成。三是所有的实训任务不提供现成的程序，以促进学生自主思考，避免学生成为“打字员”“搬运工”。四是在实训任务的考核中，不仅要考核任务是否完成，还要考核程序的规范性、可靠性、可读性、实用性，并通过拓展提问或任务的变更考核学生对程序的理解程度。五是对能运用本课程所学知识参加技能大赛、创新大赛并取得一定成绩的学生在考核时予以加分，鼓励学生学以致用。

四、“单片机应用技术”课程建设特色与成效

一是虚实相间，软硬兼施，多维化实训平台全面提升职业能力。由虚拟仿真实训室、单片机技能实训室、电子产品制程实训室、云创客空间、项目工作室构建而成的多维化实训平台，到虚拟仿真训练基础模块、实训装置搭建综合系统、自制电路完成真实作品，多种形式的实训手段从虚到实，虚实相间，提高了学生学习效率，拓展了技能训练的时间和空间，不仅培养了学生软件方面的程序设计能力，还增强了学生对单片机应用系统硬件电路搭建的能力，全方位提高了学生的单片机应用能力。

二是校企相融，任务引领，立体化课程资源提升学生综合素养。校企相融的课程团队、源自真实工程应用的实训任务、工程化的考核方式等，保障了学生所学知识和技能的真实性、有效性、实用性。借助网络平台、虚拟仿真、微课视频等，课前学生自主完成知识的预习，在平台上发起讨论交流。通过任务引领，采用做学教合一的教学模式，课中学生边做边学，以做引学，主动探究，合作交流，有效锻炼了发现、思考、分析、解决问题的能力，增强了学生的学习兴趣。网络课程资源平台打破学习时间和空间的限制，有效支持混合式学习、移动学习、泛在学习等新型学习模式，使学生便于学习、易于学习、乐于学习，提高了学生学习的积极性，全面提升了学生的职业技能、学习自信、学习能力等综合素养。

通过课程的建设与实施，教师更新了教学理念，对单片机应用技术有了更深入的理解，对课程教学有了更精准的把握，对信息技术有了更熟练的应用，多次开设市级公开课，在技能大赛、教学大赛、课题研究等方面均取得了丰硕的成果，屡获奖项，有效促进了教师的专业发展。所培养的学生参加单片机控制装置安装与调试项目技能大赛，斩获多个大奖。毕业生在企业中从事单片机应用领域的工作取得良好的发展，收获不少业界好评，已纷纷成为企业骨干力量。

【参考文献】

[1]李秀忠.“单片机应用技术”课程教学改革研究与实践[J].中国电力教育，2010（4）：117-119.

[2]蒯紅权，吴建华.中职“电工技术基础与技能”课程“做学教合一”教学模式探索[J].职教通讯，2018（6）：31-34.