摘要:单片机课程具有理论、实践性强的特点,传统的教学模式很难适应如今的教育。为了提高教学质量,培养新时代高素质技术技能型人才,针对高职“单片机应用技术”课程的教学进行了改革与创新,其主要特点是采用Proteus软件仿真+技能大赛混合实践的方式进行教学,灵活运用Proteus软件降低了教学成本,利用技能大赛模拟了真实的大赛环境和单片机项目开发步骤。经实践教学表明,此教学方式明显提高了单片机课程教学的质量。
单片机具有实时控制能力强、体积小、成本低等优点,在家电、通信设备、仪器仪表、电力系统等领域得到了广泛的应用[1]。
“单片机应用技术”课程是电力系统自动化专业的专业必修课,主要目的是培养学生在电气及电力供应岗位的基本运维能力,要求学生掌握单片机的基本功能,运用其理论知识指导实践中所遇到的问题。然而,单片机理论性强,高职学生学习困难,很难将理论知识灵活应用于实际工作中,为此,如何提高单片机教学质量,培养符合企业需求的高素质技能人才具有重要意义。
1、“单片机应用技术”教学改革现状
“单片机应用技术”课程理论与实践结合性强,而传统的教学按部就班,教学方法单一,理论与实践脱节严重[2]。新时代是科技大爆发的时代,企业对人才的要求越来越高,传统的教学方式很难培养出企业需求的技能人才,为了改变现状,培养新时代高素质的技术技能型人才,各高校纷纷加入了课程改革探索的大潮中,特别是国务院发布了《国家职业教育改革实施方案》,更是将教学改革推向了高潮。现将单片机课程教学的主要改革成果总结归纳如下。
1.1教学平台改革
教学平台主要有虚拟仿真,如Proteus仿真模拟实际工程案例[3];实验板/实验箱,如模块化的单片机口袋实验板[4];自制设备,如个人实验板或面包板;竞赛作品,如智能小车竞赛作品等。
1.2教学内容改革
教学内容改革主要有教学内容模块化和教学内容项目化等。
1.3教学方法改革
教学方法主要有线上线下混合式教学,分层教学、因材施教,任务驱动教学,项目分组教学等。
1.4考核评价改革
考核方式主要有基于成果的考核和基于过程的考核,其中基于过程的考核最为常见。
综上所述,单片机的教学改革在一定程度上已取得了较好的成绩,具有较好的参考价值,但如何将相关知识应用到实际工作领域中,解决实际工程问题才是教学改革的关键。
2、“单片机应用技术”教学改革方案
2.1教学平台改革
教学平台是支撑教学实践的载体,没有好的教学载体势必会影响教学的效果,特别是疫情期间,各高校大多采用线上教学,实践部分通常采用演示的方式进行,本文采用Proteus软件仿真+技能大赛结合的方式进行实践教学。Proteus软件仿真可灵活设计多种实验项目,减少了实践成本,且不受地点的限制,疫情期间在家也能完成实践内容的学习。技能大赛能模拟真实的比赛环境和企业实际的项目开发过程,疫情过后学生返校可完成技能大赛内容的实践,成绩优异的学生可代表学校参加全国技能大赛。
2.2教学内容改革
模块化设计教学内容,将教学内容分为硬件模块、软件模块、定时器模块、显示模块、中断模块、通信模块和模数转换模块。课程理论知识与实际案例相结合,精简实例项目,根据课程教学需要,每一个模块设计一个仿真实例,并引入技能大赛考核内容作为综合实践,体验单片机应用系统实际开发过程。仿真实例如流水灯控制系统、倒计时控制系统、生日提示器系统、十字路口交通灯控制系统等。技能大赛实践以“光伏电子工程的设计与实施”赛项的光伏逐日系统为载体,完成光伏逐日系统的设计与控制。
2.3教学方法改革
采用线上线下混合式教学方法,以超星学习通为线上平台,学生线上自主学习完成相关模块理论知识的学习,教师进行线上答疑,实时解决学生学习过程中遇到的问题。线下以项目、任务驱动的方式引导学生完成线下的实践,技能大赛的实践内容以小组的方式进行。
2.4考核评价改革
传统的教学评价体系比较单一,而基于过程的考核更能激发学生学习的动力,为避免学生刷课的现象,课程的考核以“过程+能力”为主,弱化理论知识的考核,注重实践过程的考核,课程成绩为线上学习(20%)+模块化仿真实践(40%)+技能大赛实践(20%)+期末理论考核(20%),课程考核体系关系如图1所示,实践环节作为学习驱动器,各环节紧密相扣,能很好地促进教学,提高教学效果。
图1课程考核体系关系图
3、“单片机应用技术”课程教学实施
3.1Proteus仿真实践教学实施
以十字路口交通灯控制系统为例介绍Proteus仿真在实践教学中的应用。十字路口交通灯系统是生活中常见的例子,其功能是显示东西南北方向红绿黄指示灯的状态和等待时间,通过按键能设置不同状态指示灯的显示时间,其考查的知识点有定时器、数码管、中断系统和按键控制等相关知识。十字路口交通灯控制系统如图2所示。
图2十字路口交通灯控制系统
仿真实践完整的教学实施过程为:线上相关理论知识学习→任务分析→仿真原理图设计→程序流程图设计→程序设计→仿真验证→程序修改→完成设计、提交设计报告。
3.2技能大赛实践教学实施
“光伏电子工程的设计与实施”是能源技术类全国职业院校技能大赛赛项,主要考查工程制图与安装、PLC控制、单片机系统开发、电路板焊接与检测、组态技术和能源规划,其中单片机系统开发包含风光互补控制器和太阳能逐日系统。太阳能逐日系统的控制基本囊括了“单片机应用技术”课程所有的知识点,是本院电力系统自动化专业学生学习很好的实践平台,其实践教学实施的过程为:学生分组→发放任务→查阅资料→设计控制流程图→设计控制程序→下载验证→程序修改→完成实践、撰写实践报告→实践答辩。太阳能逐日系统控制板如图3所示。
图3太阳能逐日系统控制板
4、结语
本文针对电力系统自动化专业“单片机应用技术”课程教学进行了改革与实践,通过对教学平台、教学内容、教学方法和考核评价四个方面的改革,并在不同年级的多个班级中进行了教学实践,教学实践表明,学生知识掌握和实践应用能力得到了明显提升。
参考文献:
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刘高强,李鹏.“单片机应用技术”课程教学改革与实践[J].科技与创新,2020(22):134-135.
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