基于Arduino的单片机课程教学改革与开发

陈 铭，刘晓旻，郑 倩

（福建省邮电学校，福建 福州 350008）

在我校通信技术专业（物联网方向）中，单片机应用技术是非常重要的核心专业课，该课程可培养很强的实践技能，需要学生有很强动手能力，同时也具有非常强的理论性作为基础，传统的教学方法根本不能够满足当代背景下对于该门课程的要求，目前有很多院校已经开展了对该科目的教学改革[1]，但是还存在很多不可忽视的问题：（1）由于编程课程的学习内容枯燥，学生在课堂中欠缺学习动力，教学主体变成老师；（2）理论内容和实验环节脱节，内容比较抽象，学生很难通过一般的授课情境学习到教学重难点；（3）由于学生积极性不高，大部分学生学习效果差；（4）在课堂中很难培养和提高逻辑思维能力，过于抽象的内容让学生对本课程更加排斥，故改革的收效甚微。基于以上情况，利用Arduino平台进行学习单片机应用课程教学，不仅能够丰富课堂教学手段，还能更有效地促进学习者的动手实践技能，进而提高综合能力素养，实现更好的教学成果。

1 Arduino简要介绍

随着创客教育的普及，各类院校都已经开设创客教育，且形式多种多样，在这些已开设创客教育的学校中不乏有很多中职学校。中职生作为我国职业教育的主体，一直受到教育界极大的重视。创客们的勇于创造、开阔创新的精神值得中学生尤其是职专学生的学习，在中职学校开展基于Arduino的创客教育，可加深学生对创客概念的认知，加强创新和创造的思维。Arduino作为一个电子平台，具有灵活响应等特点，其可分为硬件和软件两个部分，硬件部分是的 Arduino的型号电路板。软件部分包括接口编程，以及电路、电源、处理器和输入输出接口，还有集成开发环境。Arduino的usb接口可以与微机和计算机进行连接。外部电子输入设备也可以通过连接器连接，例如传感器、扬声器等。且Arduino板可利用电池组或直流稳压电源直接供用。

无论是硬件部分还是软件部分，都是Arduino版的开放教育资源，所有人都可以通过Arduino板进行教学设计和制作。对于Arduino板整体的发展而言，编程语言软件用起来非常简单方便，可以在windows系统上安装分析之后能够直接使用。用户也可以在互联网上快速获得大量的硬件和软件应用程序，通过网页可以直接找到满足不同的需求和成本效益的Arduino板[2]，通过Ariuino板的应用，实现了学习的便捷性，让学生能够通过其他渠道独立自主的研究学习。

2 单片机课程教学中存在的问题

2.1 教学内容不符合学生需求

在当前学校面临一个生源质量差的问题。很多进入到院校当中的学生逻辑思维能力差，自身的学习能力也并没有太出挑的地方，创造性差，而且自律能力比较低。对于在课程当中所涉及的一系列单片机知识，都很难提起学生自身的学习兴趣，也就缺乏相应的学习动力，这也就导致教师在实际教学当中，教师虽然会应用教学一体化以及实践设计等一系列教学模式，但是很多学生仍然秉承着敷衍的心理，采用按部就班的理念，只是单纯机械地重复教师教授的过程，单纯地配合教师完成教学目标和教学任务。

这并不能从根本上提升学生创新和创造力，不符合创客的研究精神和基本素养。也无法提升学生的独立思考能力，培养思考的逻辑性。中职学校的学生的逻辑思考能力差，如果教学内容上有更多符合学生兴趣的内容，就能激发他们的学习动机和创造力，实现自主探究学习。但是，目前大多院校关于单片机课程的教学内容，更加的是偏向理论化教学，也就是说单片机的组成结构以及指令系统等方面的教学内容，会使学生失去学习热情。

2.2 课程教学方法过于单一

中职学校的教师在教学方法方面也存在着一定的问题，很多教师都不能做到因材施教，而且在教学过程中只是简单的先讲解理论知识，再进行少量的实验验证，这种传统的教学方法不能满足学校对教学质量的需求。虽然在很多院校当中已经开展了项目化的教学改革，但是在教学当中仍然维持传统的教学体系，没有将理论和实际与学生结合到一起，虽然都秉承着理论和实际结合的旗号，但是这样的教学方法并没有落到实际当中，对教学效果的改善作用也不大，实质上不能激发学生的学习热情。

2.3 师资队伍建设不完善

现今，从事单片机教学的教师，职业水平也有待提升。很多教师还在采用最传统的教学方法以及教学课程体系，不能及时更新相关专业知识，提高专业教学水平，也没有跟随时代的脚步优化教学手段，从而也降低了教学能力和教学质量，在实际教学的过程中，也根本没有办法将知识讲解明了并且和实训结合到一起[3]，在教学当中只是机械性重复地完成教学工作，完成教学目标，这样的师资队伍不仅不能够做好相应的教学工作，也无法正确地引导学生，激发学生的学习热情，缺乏正确的教学理念。

3 基于Arduino的单片机课程教学改革和开发策略

3.1 建设单片机理论技术一体教室

通过教学场所和教学环境的改善，可以在一定程度上提升教学质量，提升学生对专业知识的认知，并且注意加强教学途径的研究，要真正地将教学和实践结合到一起，建立一体化的实验教室，所以各大职业院校的领导人员一定要加强对单片机应用技术一体教室的资金投入和设计，并把理论和实践结合在一起，在进行专业建设的过程中，中职学校应当将当前的实际情境进行建设，在建设过程中要秉承着简单易懂的教学原则，以黑板为中心，以学生为创客的主体，建设学生与仿真单片机交互式的教学实训台，并且黑板的一侧也要布置好多媒体，实训台也要注意配备相应的电子元件。

3.2 根据学生实际需求进行教学

教学环节要和社会的需求紧扣。教师可以通过对社会岗位和相关工作进行有效分析得出在单片机应用技术岗位所需要的知识能力，并根据技能的课程标准和相关知识来构建相应的课程体系，教师可以将Arduino实验开发板应用到企业一般单片机的开发板当中，教师可以将最普通的电子产品制作和电子产品调试作为一个后续教学的载体，分解成电路内部控制与电路外部结构设计，还有音乐和电路设计制作等几部分。将这些简单的项目融合到一起辅助学生理论知识的学习，将理论和实践结合到一起，为学生创造出实际的学习情境，完成整个任务，提高学生的个人技能。[4-5]

3.3 基于工作过程展开教学工作

在改革过程中，教学方案不同，实验内容也不同，同学可以在创客实验室中进行单片机实验，教师应当将学生每5人分1组，选取一人作为组长后将每个教学项目都让每个小组体验一遍，可分为任务安排、任务执行和检查评估三部分。每一个部分教师都要设置任务点和教学目标，教师在备课的同时也要根据课程需求准备好相应的教学材料，认真做好详细的备课工作。

4 结语

单片机课程教学还存在课程教学方法过于单一，师资队伍建设不够完善等问题，但是只要相关负责人能够有效地应用Arduino，将其作为载体，加强单片机课程的教学改革，建立单片机理论技术为一体的创客教室环境，根据学生的实际需要开展教学，基于工作过程展开教学工作，就可以从根本上提高单片机课程的教学效率，并且推动其改革发展。在未来的实际发展中，有关单片机教学方面的难点会越来越多，教学重点也会逐渐出现迁移，所以各个学校应当要做好单片机课程的理论教学改革工作，有效应用Arduino技术推动单片机课程教学的发展。