以创新能力为导向的立体化单片机综合实验探索

郭星辰

摘 要：实践能力和创新能力对于五年制高职学生来说至关重要。本文通过分析五年制高职学生学情以及单片机课程要求，提出了一种以创新能力为导向的立体化单片机综合实验设计方法，分析阐述了设计思路、具体实施过程并总结了探索的成效。教学实践证明，该方法能有效提高学生学习效率，激发学生学习兴趣，对提高学生的综合实践能力和创新能力具有显著的作用。

关键词：五年制高职 创新能力 立体化 综合实验

五年制高职融中等职业教育和高等职业教育于一体，同时又具备高等教育和职业教育的双重属性，培养面向生产、建设、服务、管理等方面一线的高端技能型专门人才。五年制高职学生是否具备创新精神、创新能力，对于实际生产影响很大。

单片机是五年制高职应用电子技术专业的一门专业核心课程，着重培养学生利用单片机知识解决工程实践问题的能力。而实践教学又是单片机课程教学的重要环节，科学合理地设计综合实验内容，能让学生动手能力得到提高，综合素质也能得到相应提高。

笔者在教学实践探索中，根据单片机课程教学要求，结合五年制高职学生特点，提出以创新能力为导向的立体化单片机综合实验设计方法，力图打破课程教学时间和空间的限制，改变教学手段单一、学生学习兴趣不高的现状，弥补目前单片机综合实验的不足，提高学生的综合实践能力和创新能力。

一、立体化单片机综合实验设计思路

以创新能力为导向的立体化单片机综合实验的设计思路，主要体现在线上与线下相融合、理论与实践相融合、虚拟与实际相融合、教学与生产相融合四个方面。

（一）线上与线下相融合

线上学习以Moodle平台（一种开源课程管理系统）为主，适当结合QQ群等功能，教师在Moodle平台上发布实验任务及相关学习资源，引导学生自主探究学习;线下强化实践操作，小组合作、教师指导，提高课堂教学效果。将线上与线下有机融合，能保证学生学习通道畅通。

（二）理论与实践相融合

单片机是一门技术性和工程性都很强的课程，如果割裂理论与实践的联系，会导致学生在工程实践方面表现不好。对于综合实验中涉及的知识点，教师需要继续强化和巩固，让学生知其所以然，这对于五年制高职学生来说尤为重要。对于教师来说，最大的挑战就是如何将抽象的知识具象化。

（三）虚拟与实际相融合

虚拟仿真采用Proteus软件，学生根据实验要求，参考Moodle平台中的学习资料，独立设计电路，利用Keil uVision4编译环境编写程序，联合Proteus软件进行仿真调试。模拟完成后，焊接实际电路，再进行调试。

这样既可以提高任务完成效率，又可以降低因设计问题导致的硬件投入成本。

在单片机教学中引入Proteus软件，构建虚拟与实际相融合的实验方式，可以有效提高学生的单片机应用能力。

（四）教学与生产相融合

将校企合作企业的生产任务和单片机实际教学内容相结合，校内教师和企业兼职教师共同商讨项目任务，制定实施方案和验收标准，可以为学生创设真实的生产环境，让学生在学习中了解企业工作要求，熟悉产品研发流程，实现教学过程与生产过程对接。

二、 立体化单片机综合实验的实现路径

（一）利用不同形式的学习资源

利用不同形式的学习资源，改变了原来仅以教材作为学习资源的局面。沿着“整合资源、开发资源、改造资源、创新资源”的路径，探索开发学习资源的路径和方法，确保立体化学习资源建设成功。

学习资源具体包括教材、任务书、学习视频、电路库、程序包、单片机开发小工具、专业网站等。丰富的学习资源内容以及形式，有利于帮助学生更好地完成单片机综合实验。

（二） 采用线上线下混合式教学模式

采用线上线下混合教学模式，改变了原来的“黑板、粉笔、教材”的传统教学方式。采用信息化手段，打破了学生学习的时空限制，使学习资源唾手可得，让学习随时随地都可以进行。

采用线上线下混合式教学模式，夯实了学生专业基础，增强了学生的创新意识。教师在教学过程中，根据学情动态调整教学策略，使不同学习能力的学生都能提高学习成绩。

（三）采用虚拟仿真与实物制作相結合的实验方式

采用虚拟仿真与实物制作相结合的实验方式，一方面采用虚拟仿真软件可以提高单片机实操的效果;另一方面，它又能直观地查看电路运行效果，增强学生完成综合实验的动力及信心。

（四）采用多维度综合的评价方式

采用多维度综合的评价方式，改变了原来的考核评价方式，单片机综合实验改革能否成功，在很大程度上取决于评价改革是否到位。单一的评价标准在一定程度上影响了学生积极性和创造性的发挥，学生渴望得到认可，希望得到肯定，科学、客观、公正的评价标准的制定对于学生来说至关重要。针对单片机课程以及综合实验实施与考核要求，主要应考虑从线上学习评价和课堂学习评价、过程性评价和总结性评价、课内评价和课外评价、教师评价和学生评价等不同角度对学生学习成果进行综合考量。

三、立体化单片机综合实验的具体实施过程

（一）学习平台及实验工具介绍

Moodle平台基于建构主义设计开发，支持自主学习、协作学习等，有丰富的日志、报表等功能，可以通过对学习者学习活动的追踪分析，最终形成评价结果。正是基于这一特点，选择Moodle平台作为单片机综合实验的网络平台。

仿真软件采用Proteus8.9版本，该软件是Proteus系列的新版本，也是英国某公司研发的嵌入式系统仿真开发软件，从原理图设计、单片机编程、系统仿真到PCB设计，能够帮助用户进行模拟电路运行以及电路设计，广泛应用于教学领域以及工业设计方面，是教师、学生和电路设计人员的必备软件之一。

软件开发环境采用的国外的某个系统，支持汇编语言、C语言以及混合编程，同时具备功能强大的软件仿真和硬件仿真功能。提供丰富的数据和功能强大的集成开发调试工具，是一款非常优秀的单片机开发软件。

微处理器采用某公司生产的AT89S52型号单片机。该款单片机上市时间比较久，但是应用比较广泛，大部分教材、电路、资料等都是基于该款单片机开发的，应用于教学比较方便，同时也是单片机入门学习的首选。其他集成电路、分立元件等根据单片机综合实验任务确定。

（二）具體实施过程

立体化单片机综合实验过程主要以学生为中心，充分发挥学生的自主探究学习能力、团结合作精神，培养学生的综合实践能力以及创新能力。

1.发挥教师主导作用

教师需要充分发挥主导作用，主要做好科学分组、发布任务、过程指导、验收答辩、任务总结等环节的工作，具体如下。

一是教师应按照学生学情进行科学分组，每组有3个学生，采取自愿与互补相结合的原则，综合考虑学生特长、动手能力，目的是让学生充分发挥自己的长处，同时又能在完成任务过程中相互学习，弥补自己的不足。

二是在Moodle平台发布学习任务，提供学生必要的任务书、参考资料、学习视频等方面的材料，引导学生提前思考、提前谋划，为学生完成方案设计提供帮助。教师发布任务时，可以设置基础任务和创新任务两个层次的任务要求。基础任务面向全体学生，注重培养学生的实操能力以及综合运用知识的能力。创新任务是选做内容，鼓励学有余力的学生尝试，是自由发挥动作，注重提高学生的科研实践能力。同时，借助Moodle平台或QQ群等，课后方便教师与学生进行交流答疑。

三是在任务实施过程中，教师要做好指导工作，因为综合实验对于五年制高职学生来说还是有一定难度的。如果分组数量较多，教师精力有限，可以请能力较强的学生担任“小师傅”，帮助其他学生完成任务。

四是因为单片机综合实验结果不仅体现在是否完成了实验任务，还体现在学生在制作过程是否融入了思考。所以在验收答辩环节，一方面，加入详细的验收标准，每个微小、细致的功能都对应分值，逐一打分，这也是在验收环节考核学生学习任务的重要手段。另一方面，需要学生详细介绍设计思路、软硬件使用方法、出现的困难及解决办法、完成效果等方面的内容。特别是针对完成创新任务的学生，教师要着重听取他们的设计思路及实现方法。教师根据学生任务完成情况以及答辩情况，及时给予反馈，并进行综合评价。目的是让学生通过记录、整理、思考、表达、反馈等环节，学习技能。

五是在综合实验完成后对学生完成任务情况进行总结，对共性问题进行集中反馈，并对实验的相关文本材料提出具体要求。

2.发挥学生主体作用

学生需要充分发挥主体作用，主要完成查找资料、小组研讨、设计方案、软硬件联机调试、提交验收、完成相关文本资料等方面工作，具体工作内容如下。

一是小组学生在Moodle平台领取任务，并且学习教师提供的相关资料，然后进行深入探讨，针对基础任务和创新任务制定出合理方案。学生既可以选择基础任务，也可以根据自身基础、能力，在教师给出的实验项目基础上进行增减、完善或创新，但是创新任务需要与教师沟通探讨，确定任务切实可行。在方案设计过程中，也可以通过网络收集相关文献资料或设计资料，完善方案设计。

二是在经过小组讨论确定后，学生根据实验要求，在Proteus软件中独立设计实验电路，并在其他软件上编写程序，联合仿真调试，在计算机观测实验结果，如发现硬件设计问题可以在软件中修改。任务完成后，学生依据验证后的电路图完成硬件电路制作，随后再进行软、硬件调试，直到其功能满足任务要求。

三是完成任务后，提交验收报告并进行答辩，各小组学生针对设计思路、软硬件调试出现的问题以及解决办法等方面，与教师进行沟通。

四是完成验收答辩后，根据教师的要求以及实验过程中的记录，完善实验相关文本材料。

四、实施效果

从笔者所在学校近两年所进行的以创新能力为导向的立体化单片机综合实验探索情况来看，通过立体化单片机综合实验的锻炼，学生的合作意识、创新意识以及电子产品设计能力都得到了提高，集中反映在任务的完成度、达标率等方面。创新任务的实现各有千秋，表明学生能够在专业能力范围内，充分发挥想象力。

另外，学生的表达能力、文字撰写能力也相应得到了提高。在座谈和调查中，学生对此反应比较强烈，认可度较高。

在此基础上，笔者所在学校应用电子技术专业的学生在省市创新大赛以及大学生电子设计竞赛中，屡获佳绩，荣获市级以上奖项累计达22项。另外，针对应用电子技术专业毕业生跟踪调查反映出，学生在本科阶段学习或者在工作岗位上表现较好，普遍具备踏实肯干、技术过硬、创新创造的好品质，持续发展能力较强。

五、小结

以创新能力为导向的立体化单片机综合实验设计方法，教学资源丰富、教学手段灵活，学生实验时间、空间相对自由，学生逐渐由被动学习转变为主动学习。小组合作形式培养了学生主动学习、交流、团结合作的意识，探究性学习方法培养了学生认真分析、思考、解决问题的能力。基础任务和创新任务的分层设计满足了学生学习需求，提高了学生综合运用知识的能力以及实践创新的能力。

参考文献：

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（作者单位：江苏省南京工程高等职业学校）