基于工作过程的《单片机实训》教学设计改革研究.pdf

第40 卷第2 期2023年6 月长江工程职业技术学院学报Journal of Changjiang Institute of TechnologyVol.40 No.2Jun.2 0 2 3基于工作过程的单片机实训教学设计改革研究周明亮，程琪，王桂兰（长江工程职业技术学院，武汉43 0 2 12）摘要：为了提高单片机实训教学过程的连贯性和学生主观能动性，依据职业工作情境，采用基于工作过程的“六步”法的设计思想，重构教学内容和教学过程。这种设计思想在教学目标设计、教学情境设计以及教学过程设计等方面符合工学结合的原则，可激发学生的学习兴趣。基于工作过程开发的单片机实训教学设计改革，对提高单片机教学质量、学生实践技能和综合素养具有重要意义。关键词：单片机实训；工作过程；重构；教学设计改革中图分类号：G712DOI:10.14079/42-1745/tv.2023.02.009文献标识码：A文章编号：16 7 3-0 49 6(2 0 2 3)0 2-0 0 40-0 4近年来，新工科背景下的人才培养，强化理论知识与工程技术的内在联系，强化理论教学体系和实践教学体系的紧密结合，基于工作过程导向开发的课程，已成为当下职业教育课程改革的热点研究方向门。单片机实训课程是一门对应用性和技巧性要求特别高的课程，教师在教学过程中既要重视基础原理的讲授，又同时要关注学生实际开发技能训练，这种教学模式对单片机实训教学方案设计提出了更高的要求。因此，研究基于工作过程的单片机实训教学设计改革，提出更符合当下职业教育技能要求和课程特色的教学设计显得尤为重要。1当下单片机实训教学痛点1.1教学目标脱离实际工作环境教学目标是贯穿整门课程的承重柱，是教学设计的依据和灵魂，它决定着教材、教法、教师等多维度的选择方向是否正确。而单片机技术发展迅速，涉及电路原理、数字电路、模拟电路、计算机基础、C语言编程等课程，知识点繁多，关联性较强。传统单片机实训课程在教学目标：（1）掌握单片机引脚作用、工作原理及指令系统知识；(2)C51编程语言使用及代码设计规范；（3)掌握Proteus仿真软件、Keil编译软件使用方法。其教学目标更强调单一知识点的掌握及编译工具的使用，而忽略其中所涉及知识收稿日期：2 0 2 2-11-2 9基金项目：湖北省职业技术教育学会科学研究课题“基于1+X证书制度下的三教改革研究”（编号：ZJGA202026）；长江工程职业技术学院校级研究项目“基于校企合作的建筑智能化工程技术专业实践教学体系构建与实践（编号：2 0 2 1B01）作者简介：周明亮（19 9 2-），男，湖北黄冈人，助教/工程师，硕士，研究方向：职业教育、建筑智能化工程技术。一40-点在实际开发产品时内在关联性以及实际工作环境下学生可能出现的情感因素，当遇到综合性开发工作时，往往处于脑海中单一知识点都会，但却无法将其串起来设计成为一个综合性产品的无助状态。以生活中开发设计智能楼宇非可视拨号门铃产品为例，其要求利用矩阵按键、蜂鸣器、定时器等多个硬件知识以及编写控制代码实现软件程序联调设计，传统教学目标定位学生对单一硬/软件知识点或编译工具使用，而在面对这种强关联、高集成综合型产品设计开发时无能为力，最后只能照抄教材中单个知识点的设计方式和代码应付任务，久而久之，学生在学习过程缺乏独立思考能力，不仅磨灭了学习的热情还打击了未来职场拼搏的激情，最终沦为学习的工具。美国学者从组织管理的角度提出：过去那种大批量生产标准化产品的生产方式需要由20%受过良好教育的人来管理其他8 0%的人，而现在的经济发展使得每个人都能成为自主管理的人2 。新时期下的教学目标应考虑学生在真实工作环境下出现的情感问题，将学生作为一个自主管理的人来培养，避免成为工作的工具。1.2教学内容设计不符合高职教育特点当前职业教学单片机实训教材在教学内容设计和编排上仍然沿用本科教育类似的学科式教材，导致在教学过程中教材的参考作用难以最大限度发挥，教学内容相关教学资源不足。若额外自编实训资料，除了增加学生学习成本和教师工作量外，自编资料如何适应不同阶段学情学生也难以考量，不利于实训教学的长期顺利开展。对于职业教育来讲，教学内容应具备由浅人深、循序渐进、最大限度还原职业工作环境等特点，活页式教材因其图文并茂趣周明亮，等基于工作过程的单片机实训教学设计改革研究味性设计、空间无限拓展以及突出的职业引导功能愈发受到当下职业教育课程改革的欢迎，因此探讨基于工作过程的教学内容重构设计，开发符合工作情境和学习情境的活页式教材已刻不容缓3 1.3学生主观能动性开发不深入当下，教师在开展单片机项目实战项目课程教学过程中，面对知识基础不同的学生往往会面临两个极端：主观能动性强的同学，在完成项目任务时往往能按时高质量完成；而主观能动性差的同学，极易放弃，无法配合教师的教学活动，导致同一班级课程进度无法统一，给实训教学过程推进造成很大困扰。经过日常观察和认真分析，这种极端现象出现的背后原因，与教学目标定位不精准、教学内容设计不符合高职教育特点紧密相关，实训教学环节设计上没有关注到职业院校学生兴趣特点，缺乏工作环境中“做+学”相融合的特点，学习任务与实际工作相差较大，导致无法调动学生积极性和主观能动性，进而让学生逐步丧失掌握知识和技能后的兴奋感和成就感。2基于工作过程的教学设计思路以工作过程为导向的教学模式是重点解决课程内容如何选择以及组织连贯的问题，在解决这两个问题过程中来培养学生职业技能、实践能力和创新能力。这种教学模式具备非常明显的特征：项目轮动式转变为职业工作情境进阶、课堂讲授式转变为工作过程驱动，由此，将传统零散知识点通过拼接重组的方式借助未来工作岗位所需技能呈现出来，实现理论知识与实践应用无缝衔接。基于工作过程的教学设计开发思路如图1所示。活页式教材任务单任务单任务单任务单材料工具清单资讯一决策一计划一实施检查一评价学习情境学习情境学习情境项目化1项目化2图1基于工作过程的教学设计思路职业情境指的是与本职业紧密相关的职业、社会行动中构成的职业能力的工作任务的集合；学习情境是学习领域的具体化，与本职业紧密相关的职业工作任务在教学过程中的具体反映，二者是工作任务的两种不同存在方式。在基于工作过程的教学设计中，将真实工作环境中的职业情境进行细致划分，引人工作过程的“六步”法一一资讯、决策、计划、实施、检查和评价，将传统学科式教材按照任务单、资讯单、计划单、决策单、材料工具清单、实施单、检查单、评价单以及教学反馈单重构为活页式教材，传统教学过程中以实现某种应用场景或提供一项服务为目的的综合性任务项目则重构为多个学习情境，每个学习情境都包含以上工作过程“六步”法的流程，如此循环往复直至整个课程学习任务结束4。在基于工作过程的教学设计中，教师更多采用适时抛疑引趣、课堂留白等方式，在“六步法”的任意阶段通过名义小组技术、头脑风暴等多种形式调动学生口、眼、脑、手等器官，激发学生的自主性和创造性，完成学习过程与工作过程统一，两种角色的教学活动在下文智能楼宇非可视化教学情境中一并详细阐述。2.1 目标设计知识目标：由硬件知识和软件知识两部分构成。硬件知识要求能看懂电路原理图，能分析不同硬件模块之间数据传输及控制逻辑。软件知识要求掌握Proteus仿真软件设计硬件电路，并能够使用KeilC51软件编写C语言程序实现硬件电路的仿真控制，同时掌握多模块综合联调设计开发。能力目标：具备硬件电路设计、软件开发环境使用以及软硬件联调测试专业能力；发现问题、分析问题以及解决问题的社会工作能力。素质目标：具备基于工作过程式的分析探讨、协调分工、汇报总结的职业素养。2.2情境设计根据教学目标设计指导，基于工作过程式流程和任务拆解，将传统的学科式知识点内容进行拆分重构，以最大限度满足职业教育课程开发为原则设计出具备完整工作过程模式的教学情境，如图2任务单任务单任务单教学反馈单项目化所示。情境情境1：电动伸缩门LED显示屏硬件知识：单片机点阵控制、情境2：单片机控制数码管动态显示建筑工地LED安全运行牌软件知识：控制点阵程序设计、数码管动态显示程序设计硬件知识：数码管显示电路、矩情境3：阵按键电路、驱动蜂鸣器电路智能楼宇非可视化拨号门铃软件知识：控制点阵程序设计、数码管动态显示程序设计硬件知识：液晶显示电路、步进情境4：电机电路、温度传感器电路智能家居控制系统软件知识：控制液晶显示程序设计、步进电机驱动控制程序设计图2 基于工作过程的课程内容重构知识点硬件知识：单片机最小电路、点亮多个LED灯、控制点阵软件知识：点亮LED灯程序设计、控制点阵程序设计技能点Proteus仿真软件使用Keil开爱环境使用点阵字模软件使用硬件电路焊接工序单片机联调软件使用Proteus仿真软件使用Keil开爱环境使角点阵字模软件使用硬件电路焊接工序单片机联调软件使用Proteus仿真软件使用Keil开爱环境使角点阵字模软件使用硬件电路焊接工序单片机联调软件使用Proteus仿真软件使用Keil开爱环境使用点阵字模软件使用硬件电路焊接工序单片机联调软件使用一412023年6 月整个课程设计围绕四个生活化的产品使用情境来构建，每个情境均融入硬件+软件知识点，在实际教学过程中借助仿真软件、编程软件、字模软件、硬件焊接、软硬件联调等实训条件动态推动工作过程式教学环节。情境设计上遵循由小至大、由易到难、循序渐进原则，最大限度模拟实际工作职业环境，提高学生对知识技能的熟练程度5。3基于工作过程的教学方案设计以智能楼宇非可视化拨号门铃情境为例，从教学环境、教学过程两个维度展开基于工作过程的教学方案设计解析。情境长江工程职业技术学院学报3.1教学环境教学场所：理实一体化教室，既可完成理论教学又可以实现同步实训；实训资源：单片机实训教材、单片机开发板、编程编译软件；学习资源选择：超星、学银在线、智慧职教等线上平台。在教学环境选择上，既体现课堂教学氛围，又能模拟职业工作环境，实现资源的活学活用、随用随取，充分体现基于工作过程教学灵活、敏捷的特点。3.2教学过程以其中一个情境一一智能楼宇非可视化教学情境为例，教学过程秉承最大限度还原职业工作过程的原则，按照如下步骤进行，如图3。智能楼宇非可视化门铃第40 卷第2 期下发任务单设计资讯单制定工计划单作过程?下发任务单：类比职业工作环境中任务派发阶段，教师在每次课程开始前，先下发任务单，明确需求。任务单任务遵循由易到难、由简单到复杂、范围由小到大原则进行分解，一张任务单可包含多个任务点。设计资讯单：类比职业工作环境中需求分析阶段，学生根据过程中任务单中任务点，仔细剖析其中的所涉及的硬件知识、软件知识及技能要求，去课程资源中查找匹配的知识点，一张资讯单可包含多个不同环节的知识点或课程参考素材。一42（1）实现按键拔号数码管显示；（2）拨号门铃播放音乐。（1）硬件知识点：数码管显示电路原理、按键控制电路原理、蜂鸣器驱动电路原理；（2）软件知识点：数码管动态显示、矩阵按键识别、蜂鸣器频率驱动程序设计。（1）硬件方案设计：Proteus电路仿真、电子元器件选型、工具材料准备；（2）软件方案设计：独立按键控制+数码管静态显示一矩阵按键控制+数码管动态显示一蜂鸣器多音频驱动。确定（1）硬件+软件计划的理论符合可行性；（2）电子元器件选型的经济性可控；决策单（3）按键+数码+蜂鸣器方案实际可操作；（4）整体计划的实施难度可实现。执行（1）硬件电路焊接；（2）软件程序编写设计；实施单（3）软+硬件联调测试；（4）执行结果记录；（5）任务报告撰写。核验（1）任务单中任务点功能实现；（2）硬件电路连接符合规范；（3）软件程序控制符合检查单编码规范；（4）操作步骤顺序符合安全生产规范；（5）执行结果记录详细。反馈（1）提交实施步骤清单、检查记录清单；（2）提交阶段性产品（按键拨号模块、总结单拨号门铃模块）；（3）提交产品开发及生产注意事项；（4）提交整体产品说明书。图3 基于工作过程的教学方案设计选型阶段，学生根据过程中资讯单中确定的知识点，将其融合成解决方案，从材料清单、电路设计布线、软件程序控制逻辑设计等操作过程制定成计划单，为后续实施具体工作过程提供指导。确定决策单：类比职业工作环境中项目评审阶段，学生根据过程中制定的计划单，采用头脑风暴法、名义小组技术、德尔菲技术等定性决策方法和确定性决策分析法、不确定性决策分析方法以及风险型决策方法等定量决策方法多维度比较各计划的制定计划单：类比职业工作环境中产品技术周明亮，等基于工作过程的单片机实训教学设计改革研究可行性、可操作性、经济性和安全性等。在这一阶段过程中，教师需要对学生提供的计划单进行技术评估和风险评审，并确定一个最完美计划。执行实施单：类比职业工作环境中开发设计阶段，学生根据过程中评审确定的决策单方案，开展具体实施操作。依次开展硬件电路焊接、软件程序编写设计、软硬件联调测试、执行结果记录等过程。这一阶段重点考察学生实操技能，同时也是考察学生在任务协调、时间控制、沟通分析等综合素质的阶段。核验检查单：类比职业工作环境中成果交付验收阶段。学生根据过程中实施单过程记录和任务报告进行核验和检查。在检查形式上可以采用组内自查、组间互查以及指导教师复查等三种形式；在检查方案上可以采用跟踪检查和阶段性检查两种方案。核验检查单是项目结果呈现的关键阶段，在这一阶段中需要学生和教师两种角色交错参与，对执行结果和执行过程进行复盘，保证提交的报告能顺利交付。反馈总结单：类比职业工作环境中项目总结分享阶段。学生根据过程中核验通过的报告提交项目库，同时将过程实施所有环节阶段性节点过程、问题分析、问题解决方法等内容形成过程反馈单也同步提交至项目库中，构成完整的项目资料库。通过实施以上工作过程，可实现一个情境开发验收的完整闭环路径，每个工作过程都是下一个工作过程的前提条件，环环相扣，教师只需要评Research on Teaching Design Reform of“SCM Practical TrainingAbstract:In order to enhance the consistency of teaching process of SCM Practical Training course and studentsactive participation,design concept of Six-step Method based on the work process is adopted to reconstruct theteaching content and teaching process according to the vocational work situation.The design of teaching objectives,teaching situations and teaching processes conforms to the principle of combining work with study,and it can stimu-late students interest in learning.The reform of teaching design based on work process is of great significance toimprove the teaching quality of“SCM Practical Training course and enhance students practical skills as well astheircomprehensivequality.Key words:SCM（Si n g l e Ch i p M i c r o c o m p u t e r)p r a c t i c a l t r a i n i n g;w o r k p r o c e s s;r e c o n s t r u c t i o n;r e f o r m o fteaching design估每个工作过程方案的可行性即可保证该项目能正常推进并最终顺利完成。4 结 论本文提出基于工作过程教学设计改革方案，通过重构单片机课程内容和改革教学过程设计，最大限度还原职业工作情境的特点，可保证这种教学设计能调动学生的主观能动性，实现做中学、学中做、做得多学得多目标，进一步推动知识素养、技能素养和人文素养相融通的良性循环。参考文献：1李文静，吴全全，闫智勇.工作过程系统化课程范式下职业教育学习质量评价模式构思J.教育与职业，2 0 2 1(08):27-33.2何乙琦.基于工作过程的单片机课程建设分析及研究阐述J.信息记录材料，2 0 2 0,2 1（11）：2 40-2 41.3姜威，王文妍，杨莉莉，等.职业院校创新创业教育工作过程系统化课程开发探析.山东电力高等专科学校学报,2 0 2 2,2 5(0 4):7 3-7 5+8 0.4陈国发，朱寅非，力志.工作过程系统化的“单片机原理与应用”课程教学设计J.无线互联科技，2 0 2 0，17（2 2）：145-146+159.5佟建波.“基于工作过程系统化”的教学模式应用于单片机C语言案例教程教学的研究与实践J.职业，2 0 19(03):30-32.Based on Work ProcessZHOU Mingliang,CHENG Qijian,WANG Guilan(Changjiang Institute of Technology,Wuhan 430212,Hubei,China)43