单片机技术应用普遍,小到家用电器,如电饭锅、电冰箱等,大到导弹导航装置、飞机仪表控制等,开设单片机技术课程是与时俱进的。其实用性、实践性强等特点,适合以学生为主体,教师为主导的教学方式。适用的教学方法有任务驱动法、项目教学法、行动导向教学法等。
一、单片机技术在电子专业中的地位和作用
(一)专业定位
电子信息产业是我国国民经济四大支柱产业之一,也是我国重点扶持的产业。电子信息产业的快速发展急需大量电子技术专业人才,近年来,虽然培养了大批电子技术专业人才,但与社会需求相比,仍有很大缺口。职业技术教育应该深入基层、深入企业,进行全面、广泛的市场调研,为单片机教学的专业规划建设和发展提供重要的依据。
(二)课程定位
单片机已经渗透到各个领域,学习单片机是顺应社会发展需求。单片机体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、使用方便,可以构成形式多样的控制系统,能实现对通信设备的智能控制。比如,程控交换机、楼宇自动通信呼叫系统、列车无线通信、集群移动通信等。单片机技术是电子专业的专业课,学生通过学习,可以了解单片机的特点、结构组成、微处理器、存储器等原理;掌握CPU 与外设交换信息的方法、中断方法;了解A/D 和D/A 应用、常用I/O 接口的使用方法;学习C 语言程序设计方法、单片机硬件系统的应用与开发;通过实践设计小型单片机系统,以理解单片机技术的应用。
二、任务驱动法概述
建构主义学习理论强调:学生的学习活动必须与任务或问题相结合,以探索问题来引导和维持学习者的学习兴趣和动机,使学生拥有学习的主动权。学习不单是知识由外到内的转移和传递,更是学生主动建构知识经验的过程,学生通过新经验和原有知识经验的相互作用,充实和丰富自身的知识、能力。
任务驱动法是一种建立在建构主义学习理论基础上的教学方法,坚持以解决问题、完成任务为主的多维互动式教学理念,将教学过程转变为探究式学习,使学生处于积极的学习状态。单片机技术课程实用性强、趣味性强、实践性强,正符合教学对象好动、不喜欢被动接受知识的性格特点,所以特别适合任务驱动法教学。
(一)兴趣小组
单片机的学习需要一定的天赋,并非所有学生都能较快地学好单片机,这就需要教师去挖掘那些具有天赋且对单片机特别感兴趣的学生,成立学习兴趣小组。课余时间对兴趣小组自由开放单片机实验室,他们随时可以在实验室动手操作和实践。教师为他们提供一些视频、书籍、网络课堂等课外学习资料,通过对兴趣小组的特别培养和引导,让他们在单片机教学中积极发挥作用。在单片机学习实践中,初学者往往会碰到许多问题,教师难免心有余而力不足,学生遇到问题不能及时解决,而兴趣小组的加入不仅能为教师分忧,还能提升他们自身的实践能力,调试能力、纠错能力等。
(二)以赛促学
近年来,单片机技术受到社会的青睐,在教学领域也越来越受重视,各级各类比赛中都少不了单片机,中职的技能竞赛就有“单片机控制装置安装与调试”“机器人技术应用”等。技能比赛模拟创设了一个类似企业的平台,来检验和推进学生职业规范的形成。面对比赛这样的实战任务,学生在准备过程中能体验到把知识转换为应用技能的愉悦,比赛成绩还能增加学生的成就感和自豪感,最终转化为学习动力,主动向教师请教知识和技能。改变了“以教师为中心,以课堂为中心,以教材为中心”的传统教学方式。
三、任务驱动法在单片机技术课程教学中的灵活运用
(一)创设情境,明确任务
采用任务驱动法进行单片机教学,教师的首要工作就是创设与学习主题相关的学习情境,引导学生带着真实的任务进行学习,使学习直观化、具体化。如录制一段十字路口交通灯视频,播放给学生观看,并提出任务:请利用YL-236 型单片机实训装置中的相关模块及元件,构建并模拟十字路口交通灯工作过程。具体的要求如下。
十字路口交通为东西南北共四个方向,其中两个方向的交通灯亮灭一致,在实际中采用并联发光二极管实现,只要用6 个发光二极管就可模拟;模拟交通灯能实现5 种状态的转换:初始状态0(东西红灯亮,南北红灯亮,1 秒后转为状态1)、状态1(东西方向绿灯亮,南北方向红灯亮,延时30 秒后转状态2)、状态2(东西方向绿灯灭,然后黄灯亮,延时3 秒,南北方向仍然红灯亮,延时3 秒后转状态3)、状态3(南北方向绿灯亮,东西方向红灯亮,延时30 秒后转状态4)、状态4(南北方向绿灯灭,然后黄灯亮,东西方向仍然红灯亮,延时3 秒后从状态1 到状态4 循环)。
(二)分析任务,逐层分解
通过情境创设,学生已经明确任务要求,面临一个急需解决的现实问题,学生需要分析任务、分解任务、完成任务来建构知识,这充分体现了学生的主体地位,并激发自主探索的兴趣。如在交通灯模拟任务中,任务的分析主要包括:分析交通灯工作过程;YUY-236 型单片机实训装置的模块选择及连线;编写程序实现单片机I/O 口控制发光二极管。
(三)任务完成
任务的实施过程是学生获得知识与技能的过程,也是对学生能力培养的过程。是单片机技术课程教学的核心部分,学生直接在YUY-236 型单片机实训考核装置上实践并完成任务。在这一过程中师生要有效组合,保证任务的顺利开展与完成。
一方面,教师要引导学生按实验报告(包含实验名称、实验任务、模块接线图、算法设计流程图、程序源码、实验小结等要素)要求完成任务;同时,还需要合适的教材及其他参考资料供学生学习及查阅;必要时进行小组合作学习;对任务的完成过程要进行有效控制,操作中出现问题及时辅导。另一方面,学生要努力完成任务中的各个操作环节,在探索中扩展与掌握新的知识与技能,实现知识与技能的有效变迁;在任务完成过程中与同学进行有效的合作,从而创造性地解决问题,完成任务。
(四)交流与评价
在任务驱动教学法实施过程中,学生碰到问题应该集体讨论或向教师请教,在相互交流中营造宽松的学习环境,增强教学效果。此外,评价是非常重要的教学环节,能够从多方面给予启示,让学生相互学习,能够把原理性知识技能与操作性知识有效整合,促进综合知识能力的提升。教师在评价中应注意两点,一是注重对学习过程的评价,兼顾学生非知识技能素质的评价,如合作态度、创造性问题的提出等;二是对任务结果的综合评价,如美学、正确性、合理性、科学性等,引导学生进行反思及小结。
总之,教学实践证明,在单片机技术教学过程中,任务驱动法是有效的,学生通过主动学习,在市级、自治区级比赛中都取得了不错的成绩,虽然很遗憾没有机会参加全国比赛,但值得肯定的是学生确实学到了知识和技能,学习功底不错的学生还有机会参加中职机器人技术应用技能大赛,将单片机技术灵活运用到智能控制领域。
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