苗敬利 王書強(qiáng)

河北工程大學(xué)信息與電氣工程學(xué)院 河北邯鄲 056038

基于任務(wù)驅(qū)動法創(chuàng)新應(yīng)用型人才的培養(yǎng)

苗敬利 王書強(qiáng)

河北工程大學(xué)信息與電氣工程學(xué)院 河北邯鄲 056038

在經(jīng)濟(jì)社會高速發(fā)展的今天，創(chuàng)新應(yīng)用型人才是社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的必然需求。實(shí)踐教學(xué)是高等工科院校培養(yǎng)優(yōu)秀人才的重要一環(huán)。以單片機(jī)原理及應(yīng)用技術(shù)這門實(shí)踐性很強(qiáng)的學(xué)科基礎(chǔ)課為研究對象，從提高學(xué)生實(shí)踐動手能力出發(fā)，探討了如何在該課程中應(yīng)用任務(wù)驅(qū)動法提高學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力。

單片機(jī)原理及應(yīng)用技術(shù)；創(chuàng)新應(yīng)用型人才；任務(wù)驅(qū)動法；實(shí)踐能力

單片機(jī)原理及應(yīng)用技術(shù)課程是自動化專業(yè)的學(xué)科基礎(chǔ)課，該課程具有內(nèi)容抽象、理論和實(shí)踐性要求高等特征。為了培養(yǎng)大學(xué)生的工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力，培養(yǎng)高素質(zhì)的工程應(yīng)用型人才，要求教師不僅教給學(xué)生基本概念和理論，而且要求學(xué)生能把知識應(yīng)用到實(shí)際系統(tǒng)中，與項(xiàng)目聯(lián)系起來，學(xué)生通過自己的分析、設(shè)計(jì)、調(diào)試系統(tǒng)建立和發(fā)展技術(shù)知識或?qū)嶋H技能。探索如何在教育教學(xué)過程中培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力、綜合應(yīng)用能力以及創(chuàng)新能力，使學(xué)生把專業(yè)知識應(yīng)用于實(shí)際工作中，對于高校的教育工作者是十分必要的。

1 現(xiàn)有教學(xué)模式存在的問題

單片機(jī)原理及應(yīng)用技術(shù)課程的教學(xué)內(nèi)容主要包括：單片機(jī)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)、指令系統(tǒng)及匯編語言程序設(shè)計(jì)、中斷概念、芯片內(nèi)部資源應(yīng)用、外圍擴(kuò)展方法、單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)等。教學(xué)目標(biāo)是要求學(xué)生掌握單片機(jī)的工作原理，提高學(xué)生的應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)能力。

目前在該課程的教與學(xué)中存在以下問題：

1.1 課程學(xué)時(shí)短且零散

課堂教學(xué)內(nèi)容以課本為主，內(nèi)容較為分散，學(xué)生學(xué)完后缺乏整體的系統(tǒng)概念。因知識點(diǎn)內(nèi)容抽象，學(xué)生無法把所學(xué)的知識應(yīng)用到實(shí)際的系統(tǒng)中，更談不上創(chuàng)新設(shè)計(jì)和開發(fā)，達(dá)不到應(yīng)有的效果。

1.2 理論多、實(shí)踐少

學(xué)生對單片機(jī)片內(nèi)結(jié)構(gòu)及引腳功能介紹感到枯燥、乏味，對單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)缺乏感性認(rèn)識，對單片機(jī)的外圍接口電路如何擴(kuò)展和連接難以掌握，使得對學(xué)生專業(yè)素養(yǎng)的培養(yǎng)和能力的提升受到限制。

1.3 實(shí)驗(yàn)少、方式單一

我校傳統(tǒng)的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，采用的實(shí)驗(yàn)裝置是實(shí)驗(yàn)箱，實(shí)驗(yàn)教學(xué)基本以驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主，并且由于實(shí)驗(yàn)箱高度集成，學(xué)生在做實(shí)驗(yàn)時(shí)往往不了解實(shí)際的電路設(shè)計(jì)過程，只要簡單地按照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書接線，學(xué)生無法將理論與實(shí)際的元器件聯(lián)系起來。況且采用的軟件多是傳統(tǒng)的匯編語言，可移植性較差。

為了化抽象為具體，增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)踐能力，培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)、激發(fā)創(chuàng)新能力，提高教學(xué)效果，我們在該課程的教學(xué)中引入了任務(wù)驅(qū)動法以改進(jìn)教學(xué)。

2 單片機(jī)原理及應(yīng)用教學(xué)改革思路

2.1 觀念轉(zhuǎn)變

學(xué)生是學(xué)習(xí)的主體，教師的任務(wù)是引導(dǎo)和幫助學(xué)生建構(gòu)獲得知識。在滿足學(xué)生學(xué)習(xí)需求的過程中，教師應(yīng)當(dāng)是學(xué)習(xí)熱情的鼓勵(lì)者，學(xué)習(xí)興趣的培養(yǎng)者，以培養(yǎng)能力為主線，使學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新意識不斷增強(qiáng)，知識素養(yǎng)不斷提高。因此，教師在課堂教學(xué)中，通過“任務(wù)驅(qū)動”，使“教師主導(dǎo)”與“學(xué)生主體”達(dá)到完美結(jié)合。

2.2 能力培養(yǎng)

在教學(xué)過程中，通過實(shí)際案例組織相關(guān)教學(xué)內(nèi)容和知識點(diǎn)。在教學(xué)過程中，教師僅僅起到引導(dǎo)的作用，把大量的時(shí)間留給學(xué)生自己去思考學(xué)習(xí)和體會，培養(yǎng)學(xué)生自己通過各種途徑解決實(shí)際問題的能力。在這個(gè)過程中利用proteus仿真軟件對組建的系統(tǒng)進(jìn)行仿真，并延伸到單片機(jī)應(yīng)用課程設(shè)計(jì)，在課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中把組建的仿真系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為實(shí)際系統(tǒng)，這樣每個(gè)學(xué)生經(jīng)過分析、設(shè)計(jì)、仿真以及后續(xù)的課程設(shè)計(jì)親自動手實(shí)踐等一系列環(huán)節(jié)，使理論和實(shí)踐達(dá)到了統(tǒng)一，不僅鍛煉了學(xué)生硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)能力，而且鍛煉了軟件編程能力，收到了良好的效果。

3 任務(wù)驅(qū)動法與創(chuàng)新

“任務(wù)驅(qū)動”是一種建立在建構(gòu)主義教學(xué)理論基礎(chǔ)上的教學(xué)法，又稱任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法 。它要求在教學(xué)過程中，以完成一個(gè)個(gè)具體的任務(wù)為線索，把教學(xué)內(nèi)容巧妙地隱含在每個(gè)任務(wù)之中，讓學(xué)生自己提出問題，并經(jīng)過思考和教師的點(diǎn)撥，自己解決問題。

3.1 明確任務(wù)

在課程開始，教師按照事先設(shè)計(jì)好的思路提出設(shè)計(jì)任務(wù)，圍繞課程內(nèi)容，將課程知識點(diǎn)轉(zhuǎn)化為若干個(gè)教學(xué)子任務(wù)，把學(xué)生分成2～3人一組，教師根據(jù)設(shè)計(jì)進(jìn)度的需要講解新的理論知識，學(xué)生根據(jù)學(xué)到的知識，進(jìn)一步實(shí)踐設(shè)計(jì)，通過設(shè)計(jì)發(fā)現(xiàn)問題，經(jīng)過小組討論，教師引導(dǎo)，共同完成階段性的子任務(wù)。在此基礎(chǔ)上引入新的知識點(diǎn)，進(jìn)入下一步的設(shè)計(jì)任務(wù)，通過這樣的過程，引導(dǎo)學(xué)生逐步完成一個(gè)完整的任務(wù)。

根據(jù)課程內(nèi)容，為了使學(xué)生掌握必要的知識點(diǎn)，在課程開始就提出一種典型的實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)：設(shè)計(jì)一個(gè)直流電機(jī)控制系統(tǒng)，要求能夠測量電機(jī)的速度和運(yùn)行時(shí)的溫度，該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)越限聲光報(bào)警，通過按鍵選擇顯示溫度或者轉(zhuǎn)速，并把采集的數(shù)值顯示在數(shù)碼管上，而且可以通過串口把數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳送到上位機(jī)上。在這個(gè)過程中提出了每一階段的具體要求，并且要求學(xué)生對每一階段的任務(wù)進(jìn)行電路設(shè)計(jì)和調(diào)試，利用keil軟件編制C語言，采用proteus軟件進(jìn)行仿真驗(yàn)證，最后小組討論和總結(jié)收獲及問題。然后引入下一個(gè)知識點(diǎn)，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)入下一任務(wù)的設(shè)計(jì)。最終將課程中介紹的51單片機(jī)及時(shí)鐘電路、復(fù)位電路、并口、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、外部中斷、串行接口、存儲器、模數(shù)與數(shù)模轉(zhuǎn)換電路等綜合在一起，實(shí)現(xiàn)本課程的教學(xué)目的。

例如，對于溫度越限時(shí)要求能實(shí)現(xiàn)指示燈閃亮這一任務(wù)，理論上講述了單片機(jī)并口的原理和作用，但學(xué)生理解并不深刻，通過讓學(xué)生親自設(shè)計(jì)并仿真，加深了學(xué)生對單片機(jī)并口的認(rèn)識，掌握了什么是拉電流，什么是灌電流，掌握了如何編制軟件實(shí)現(xiàn)所需要的功能。

3.2 實(shí)施過程

教師在組織教學(xué)內(nèi)容時(shí)就按照實(shí)際系統(tǒng)設(shè)計(jì)的思路和步驟，將本課程的教學(xué)任務(wù)恰當(dāng)?shù)厝诤线M(jìn)去，并在課堂教學(xué)中采用多種方式調(diào)動學(xué)生的積極性，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。例如，采用板書、多媒體演示、課堂小測驗(yàn)、proteus軟件仿真和小組討論等多種形式，提高了課堂教學(xué)質(zhì)量效果，同時(shí)在一定程度上緩解了學(xué)時(shí)少而內(nèi)容多的矛盾。例如，在講授數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片ADC0832時(shí)，介紹了芯片的引腳功能和工作方式之后，按照啟發(fā)式的思路引導(dǎo)學(xué)生思考，如采用ADC0832如何實(shí)現(xiàn)0 V～5 V的輸出？如何輸出正弦波？如何讓ADC0832工作在直通方式？怎么和單片機(jī)正確連接？按照此思路下去，引導(dǎo)學(xué)生分析設(shè)計(jì)硬件電路，并讓學(xué)生利用proteus軟件仿真驗(yàn)證，加強(qiáng)學(xué)生對ADC0832的理解和掌握。

3.3 課程驗(yàn)收

隨著課程教學(xué)內(nèi)容的進(jìn)行，不斷進(jìn)行擴(kuò)展、完善，到課程結(jié)束時(shí)，基本上形成了完整的系統(tǒng)。為了檢驗(yàn)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，采用PPT報(bào)告的形式，每一組通過抽簽確定一個(gè)代表，介紹本組的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，這一過程中，大家可以發(fā)表不同的觀點(diǎn)。通過小組之間的比較和交流，學(xué)生從其他小組學(xué)生的設(shè)計(jì)方法中在思路上能得到一些啟發(fā)。此外，教師可結(jié)合實(shí)際工程引導(dǎo)學(xué)生去拓展，開闊學(xué)生的視野，真正把課堂內(nèi)容轉(zhuǎn)化成自己的知識。通過學(xué)生互評，回答教師問題，教師評價(jià)等環(huán)節(jié)評定各小組成績，并規(guī)定該小組學(xué)生代表的成績決定了本組學(xué)生的成績，這樣從任務(wù)開始同一小組的學(xué)生就會團(tuán)結(jié)合作，共同參與完成任務(wù)。

3.4 實(shí)踐

由于這門課程結(jié)束以后接著就是單片機(jī)課程設(shè)計(jì)，這樣學(xué)生就可以通過實(shí)踐環(huán)節(jié)驗(yàn)證所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)，學(xué)生通過親自焊接、調(diào)試，鍛煉了學(xué)生的動手實(shí)踐能力。另外，對于學(xué)有余力的學(xué)生，為提高他們的綜合應(yīng)用能力，結(jié)合實(shí)際工程項(xiàng)目，積極做好課程協(xié)作與知識互動，鼓勵(lì)他們參與教師的科研課題或自主選擇項(xiàng)目課題研究，培養(yǎng)鍛煉學(xué)生的科研思維。有的學(xué)生通過參加大學(xué)生科技創(chuàng)新活動或參加電子設(shè)計(jì)大賽、機(jī)器人競賽等活動創(chuàng)新實(shí)踐能力得到進(jìn)一步提升。

總之，學(xué)生通過分析、設(shè)計(jì)電路、編制軟件程序、討論以及實(shí)踐等環(huán)節(jié)，不僅提高了課程的學(xué)習(xí)效果，掌握了所學(xué)的理論知識，而且培養(yǎng)了學(xué)生的實(shí)踐能力和團(tuán)結(jié)協(xié)作能力。同時(shí)在整個(gè)過程中也培養(yǎng)了學(xué)生的研究能力和自主學(xué)習(xí)能力。例如，在子任務(wù)的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中，有的問題在教材上能找到解決方案，有的問題在教材上找不到答案，學(xué)生為了完成任務(wù)就要主動去查資料和文獻(xiàn)，查找具體的解決方案，教師針對學(xué)生提供的不同方案，引導(dǎo)學(xué)生去思考以選擇合適的、正確的方案。另外，通過小組內(nèi)學(xué)生之間的分工合作，培養(yǎng)了學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神等。

4 結(jié)束語

在單片機(jī)原理及應(yīng)用技術(shù)課程中引入任務(wù)驅(qū)動法，是運(yùn)用新知識解決問題的過程，也是提高分析問題、解決問題能力的過程，是理論與實(shí)踐相結(jié)合的過程。學(xué)生通過分析、設(shè)計(jì)、仿真、實(shí)踐等環(huán)節(jié)，加深了對本課程知識的理解和掌握，提高了學(xué)生的實(shí)踐能力，學(xué)生分析問題和解決問題的能力得以升華，同時(shí)也培養(yǎng)了他們的研究能力和創(chuàng)新能力以及團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。

[1] 錢赫亮.體育教學(xué)與學(xué)生素質(zhì)培養(yǎng)[J].體育文化導(dǎo)刊,2011(12):37-38.

[2] 朱波宇.淺析高校在體育教學(xué)中需加強(qiáng)理論指導(dǎo)的研究[J].高等教育研究,2008,10(2):55-57.

[3] 高健.目標(biāo)教學(xué)法在單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用[J].中國電力教育,2009(4):89-90.

[4] 歐陽慧平,王茜,朱江峰.系統(tǒng)化的“單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)”課程建設(shè)與改革[J].職業(yè)與教育,2011(2):146-147.

The Cultivation of the Innovative Applied Talents Based on Task-driving Method

Miao Jingli, Wang Shuqiang
Hebei University of Engineering, Handan, 056038, China

With the rapid development of economy and society, the innovative applied talents are the inevitabledemand of social economic development. The practice teaching an important link of cultivating the excellent talents for Engineering colleges. Regarding to the course characteristics of application of single chip microcomputer, for improve students' practical ability, it introduces how to apply the task driving method to improve the students' ability of innovation practice in the course.

the principle and application of single chip microcomputer; innovative applied talents; task-driving method; practice ability

2014-10-26

苗敬利，博士，教授。

河北省高等學(xué)?！皩I(yè)綜合改革試點(diǎn)項(xiàng)目”項(xiàng)目資助。