曾寶國 曾妍

摘要：單片機(jī)課程是高職物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，對學(xué)習(xí)后續(xù)專業(yè)課及從事物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)工作起著重要支撐作用。文章分析了高職物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)單片機(jī)課程的主要特點，并針對課程教學(xué)內(nèi)容的“聯(lián)網(wǎng)”特性、教學(xué)模式的“混合”特性，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式、教學(xué)評價方式的重構(gòu)三個方面闡述了教學(xué)改革的具體思路。

關(guān)鍵詞：高職院校；物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)；單片機(jī)；教學(xué)改革；混合式教學(xué)

中圖分類號：G718 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-5727（2018）09-0073-04

我國高職物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的發(fā)展起源大約有三類，即分別以電子類、網(wǎng)絡(luò)類、軟件類專業(yè)為主，通過增設(shè)感知、傳輸、軟件類相關(guān)課程，逐步形成以感知、傳輸、應(yīng)用中的某一類為支撐，其他類為輔助的物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)。作為感知層的核心課程，單片機(jī)課程在三類物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)中普遍開設(shè)，既是重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，也是相關(guān)職業(yè)技能大賽的重要賽點，更是學(xué)生畢業(yè)后從事物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)工作的重要支撐。如何強(qiáng)化單片機(jī)對物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)后續(xù)專業(yè)課的支撐作用，如何利用信息化手段提高課程的教學(xué)效率，是物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)單片機(jī)課程教學(xué)改革需要研究和解決的重要問題[1]。

一、高職物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)單片機(jī)課程的主要特點

高職物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)一般定位于培養(yǎng)物聯(lián)網(wǎng)工程一線技術(shù)技能人才，在單片機(jī)領(lǐng)域的基本要求是能從事單片機(jī)產(chǎn)品特別是M2M（機(jī)器到機(jī)器）產(chǎn)品、智能硬件的軟硬件測試與工程部署、輔助或直接從事單片機(jī)產(chǎn)品的軟硬件開發(fā)。與傳統(tǒng)單片機(jī)課程相比，高職物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的單片機(jī)課程主要有以下兩個特點[2-3]。

（一）教學(xué)內(nèi)容突出“聯(lián)網(wǎng)”特性

傳統(tǒng)單片機(jī)課程的教學(xué)普遍以MCS-51系列單片機(jī)為主，內(nèi)容選取主要涉及單片機(jī)的結(jié)構(gòu)、指令系統(tǒng)及C或匯編語言程序設(shè)計、定時/計數(shù)器、存儲器及接口（通用I/O、A/D、D/A）、串口通訊等，教學(xué)重點放在熟悉單片機(jī)的寄存器及操作接口上[4]。而在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)體系中，低功耗、高性能、具備網(wǎng)絡(luò)通信、支持OS等功能的單片機(jī)及其他高端嵌入式處理器成為應(yīng)用主流。因此，物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)不宜再選擇MCS-51單片機(jī)作為學(xué)習(xí)平臺，可選擇TI公司的CC2530、CC2650，或者意法半導(dǎo)體的STM32L、STM32F等系列處理器，其性能遠(yuǎn)超MCS-51系列處理器，并支持TinyOS、Z-STACK、uCos-II等嵌入式操作系統(tǒng)，具備直接支持或擴(kuò)展支持ZigBee、藍(lán)牙、TCP/IP等網(wǎng)絡(luò)通信能力，更能體現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)所需求的“聯(lián)網(wǎng)”特性。

（二）教學(xué)模式突出“混合”特性

傳統(tǒng)MCS-51系列單片機(jī)的板載資源有限，學(xué)習(xí)入門難度較低，采用“理論講授+課內(nèi)實驗+綜合實訓(xùn)”或者“網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)+實驗驗證”等方法，均能達(dá)到較好的學(xué)習(xí)效果。但是，當(dāng)選擇CC2530、STM32系列單片機(jī)后，由于板載資源的增加及網(wǎng)絡(luò)通信、OS等的植入，學(xué)習(xí)內(nèi)容大幅度增多、入門難度大幅度提高、對創(chuàng)新能力的培養(yǎng)需求也大幅度提高，使得在有限的課堂教學(xué)時間難以保障學(xué)生實現(xiàn)預(yù)期學(xué)習(xí)目標(biāo)，教學(xué)中必須積極創(chuàng)造條件和創(chuàng)設(shè)情境，引導(dǎo)學(xué)生綜合利用課前學(xué)習(xí)和課后鞏固。因此，物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)單片機(jī)課程的教學(xué)應(yīng)盡可能引入混合式教學(xué)，借助MOOC、SPOC、微課、翻轉(zhuǎn)課堂、創(chuàng)新工作室等平臺，采用不同的資源、教學(xué)活動、評價方法開展教與學(xué)活動，實現(xiàn)在開放學(xué)習(xí)環(huán)境中的自主學(xué)習(xí)、交流討論中知識技能的內(nèi)化，以及實踐探索中創(chuàng)新能力的培養(yǎng)[5]。

二、高職物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)單片機(jī)課程教學(xué)改革的主要思路

根據(jù)前述物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)單片機(jī)課程的特點，將課程教學(xué)改革的著力點定位在重構(gòu)教學(xué)內(nèi)容、改革教學(xué)模式及教學(xué)評價方式等三個方面。

（一）重構(gòu)教學(xué)內(nèi)容

綜合考量高職物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的定位、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)體系的發(fā)展需求，以及全國高職院校物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用賽項的賽點，可選擇CC2530無線SOC作為教學(xué)平臺（具體可選全國高職院校物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用賽項競賽平臺的CC2530模塊）。

在物聯(lián)網(wǎng)工程項目中，對CC2530的使用一般分為表1所示的單片機(jī)基礎(chǔ)應(yīng)用、BasicRF無線通信、Z-STACK組網(wǎng)通信三個層面，它們從簡單到復(fù)雜、由單一到綜合，表現(xiàn)了CC2530單片機(jī)的主流應(yīng)用領(lǐng)域和技術(shù)發(fā)展歷程，是選取和序化教學(xué)內(nèi)容的主要參考點。

根據(jù)高職學(xué)生“喜實操、厭理論”的學(xué)習(xí)特點，采用“項目導(dǎo)向，任務(wù)驅(qū)動”開發(fā)理念[6]，將課程的教學(xué)內(nèi)容劃分為3個項目14個教學(xué)任務(wù)，詳見表2。其中，“CC2530基礎(chǔ)開發(fā)”項目的重點是引導(dǎo)學(xué)生搭建單片機(jī)開發(fā)環(huán)境，學(xué)習(xí)CC2530的I/O口配置、中斷、定時/計數(shù)器及PWM控制、A/D轉(zhuǎn)換、串口通信；“BasicRF無線通信”項目的重點是學(xué)習(xí)BasicRF協(xié)議棧的運(yùn)行機(jī)制，熟悉射頻收發(fā)、串口收發(fā)、傳感器驅(qū)動等相關(guān)函數(shù)的使用方法，熟練開發(fā)傳感器與執(zhí)行器綜合應(yīng)用項目；“Z-STACK組網(wǎng)通信”項目的重點是學(xué)習(xí)Z-STACK協(xié)議棧的工作流程，熟悉事件驅(qū)動機(jī)制及處理函數(shù)，完成傳感器與執(zhí)行器的綜合應(yīng)用項目的開發(fā)，熟練優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)路由、監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹?/p>

（二）重構(gòu)教學(xué)模式

重構(gòu)教學(xué)模式的目的是引導(dǎo)學(xué)生課前自主學(xué)習(xí)、課中內(nèi)化知識培養(yǎng)技能、課后鞏固提升培養(yǎng)創(chuàng)新能力。為了實現(xiàn)上述目標(biāo)，課題組以表2所示項目中的每個具體任務(wù)為載體，建立“SPOC+微課”、翻轉(zhuǎn)課堂、創(chuàng)新工作室等三個學(xué)習(xí)平臺，構(gòu)建下頁圖1所示教學(xué)運(yùn)行關(guān)系圖，實現(xiàn)課程的混合式教學(xué)[7]。

1.借助“SPOC+微課”平臺實現(xiàn)自主學(xué)習(xí)

通過“SPOC+微課”平臺的師生互動，建構(gòu)由情境體驗、交互反思共融的深度學(xué)習(xí)場景，引導(dǎo)和學(xué)生自學(xué)、互學(xué)，具體分兩個階段。第一階段是確定目標(biāo)、優(yōu)化方案、建設(shè)資源。在課堂教學(xué)開展之前，首先根據(jù)學(xué)生特點及教學(xué)內(nèi)容來制定具體的教學(xué)目標(biāo)。其中，對學(xué)生的關(guān)注點是已經(jīng)具備的知識、能力、素質(zhì)基礎(chǔ)及學(xué)習(xí)價值取向，一般通過調(diào)查問卷、互動交流方式獲?。粚虒W(xué)內(nèi)容的關(guān)注點是學(xué)習(xí)內(nèi)容與學(xué)生基礎(chǔ)之間是否無縫銜接，主要通過大數(shù)據(jù)分析功能實現(xiàn)。其次，通過綜合考量學(xué)生基礎(chǔ)及學(xué)習(xí)價值取向、教學(xué)內(nèi)容，優(yōu)化設(shè)計教學(xué)方案。為強(qiáng)化學(xué)生自主學(xué)習(xí)積極性、引導(dǎo)學(xué)生弘揚(yáng)契約精神并因材施教，課題組采用工程化理念將每個學(xué)習(xí)任務(wù)轉(zhuǎn)換為模擬招投標(biāo)項目，進(jìn)行工程化改造，并利用信息化手段建設(shè)在線教學(xué)視頻、微課、課件、技術(shù)文檔等引導(dǎo)文材料。第二階段是學(xué)生線上自主學(xué)習(xí)。教師借助SPOC在線學(xué)習(xí)平臺及“藍(lán)墨云班課”移動輔助教學(xué)軟件，發(fā)布工程項目引導(dǎo)文材料（含學(xué)習(xí)視頻、微課、課件、技術(shù)文檔等）并開展指導(dǎo)；學(xué)生通過線上學(xué)習(xí)知識、記錄學(xué)習(xí)日志、通過自測開展自我診斷與改進(jìn)。

2.借助“翻轉(zhuǎn)課堂”平臺實現(xiàn)知識內(nèi)化和技能培養(yǎng)

學(xué)生借助“SPOC+微課”平臺開展自主學(xué)習(xí)對關(guān)鍵知識點有了一定掌握后，課堂教學(xué)環(huán)節(jié)的主要任務(wù)演變?yōu)橹R的內(nèi)化和技能的培養(yǎng)。為充分發(fā)揮教師的主導(dǎo)性和學(xué)生的主體性，課題組通過“翻轉(zhuǎn)課堂”實踐了互動混合式教學(xué)。其中，教師運(yùn)用頭腦風(fēng)暴、設(shè)問引疑、仿真演示等方法開展教學(xué)，學(xué)生通過合作探究、仿真實踐、角色扮演等方式參與學(xué)習(xí)。通過教師與學(xué)生的角色翻轉(zhuǎn)、課前課中的知識技能培養(yǎng)翻轉(zhuǎn)，讓學(xué)生在自主、合作、探究的互動中內(nèi)化知識、培養(yǎng)技能。

3.借助“創(chuàng)新工作室”鞏固提升，培養(yǎng)創(chuàng)新能力

如前所述，由于學(xué)時限制，課中很難完成單片機(jī)課程各任務(wù)的精講精練，必須引導(dǎo)學(xué)生充分利用課后時間完成有關(guān)實操、總結(jié)工作。為此，建立專門的單片機(jī)創(chuàng)新工作室，配備示波器、萬用表等必要的實驗儀器設(shè)備及單片機(jī)模塊、電子元器件等專用耗材，為學(xué)生完成作品、項目交付、匯報答辯，以及開發(fā)單片機(jī)創(chuàng)意產(chǎn)品、創(chuàng)新作品、參加物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)競賽等創(chuàng)造條件，實現(xiàn)知識技能的鞏固、融合，提升創(chuàng)新能力。

（三）重構(gòu)教學(xué)評價方式

在混合式教學(xué)模式下，圖1所示各教學(xué)平臺的教學(xué)組織及學(xué)習(xí)行為、學(xué)習(xí)成果都可被記錄、保存、追溯，有利于過程性、個性化評價。課題組充分考慮傳統(tǒng)評價方式的優(yōu)點及SPOC在線開放課程平臺與藍(lán)墨云班課平臺的管理及數(shù)據(jù)分析優(yōu)勢，根據(jù)過程性考核與終結(jié)性考核相結(jié)合、定性評價與定量評價相結(jié)合原則，創(chuàng)設(shè)了下頁表3所示多元化、動態(tài)化、層次化教學(xué)評價體系[8]，既關(guān)注學(xué)習(xí)者的成長過程及學(xué)習(xí)價值取向，注重培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)成就感，又關(guān)注學(xué)生的工程實踐能力，以便為學(xué)生學(xué)習(xí)后續(xù)課程及就業(yè)做好支撐。

三、結(jié)語

根據(jù)西方教育教學(xué)有效性理論，課題組以成都工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)2016—2017屆學(xué)生為對象，對單片機(jī)課程教學(xué)改革的成效進(jìn)行了評估。實踐表明，推行課程改革的直接成效有三點：一是單片機(jī)課程的學(xué)習(xí)內(nèi)容適應(yīng)了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)體系的發(fā)展需求，對后續(xù)“典型無線通信技術(shù)”“RFID技術(shù)及應(yīng)用”“物聯(lián)網(wǎng)綜合實訓(xùn)”等課程的支撐力度更大。二是通過落實“SPOC+微課”、翻轉(zhuǎn)課堂、創(chuàng)新工作室等三個平臺的學(xué)習(xí)任務(wù)，教師能對學(xué)生學(xué)習(xí)過程進(jìn)行動態(tài)跟蹤和多元評價；學(xué)生在課前預(yù)習(xí)、課中互動交流、課后鞏固提升的參與度大幅度提升，自主學(xué)習(xí)、內(nèi)化知識、培養(yǎng)創(chuàng)新能力的課程目標(biāo)達(dá)成度也大幅度提升。學(xué)生在四川省高職院校技能大賽“物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用”賽項中連奪兩年省賽冠軍，在全國比賽中也屢獲殊榮。單片機(jī)課程教學(xué)從傳統(tǒng)知識傳授向關(guān)注學(xué)生全面發(fā)展轉(zhuǎn)變成效明顯。

參考文獻(xiàn)：

[1]郭昕.“互聯(lián)網(wǎng)+”時代的混合式教學(xué)模式研究[J].中國職業(yè)技術(shù)教育，2017（26）：18-22.

[2][4]陳奎，黃為勇，田傳耕.物聯(lián)網(wǎng)時代單片機(jī)教學(xué)的思考與改革[J].福建電腦，2012（6）：173-186.

[3]張杰.具有新型接口的MCS-51單片機(jī)實驗系統(tǒng)設(shè)計[D].呼和浩特：內(nèi)蒙古大學(xué)，2015.

[5][7][8]湯勃，孔建益，曾良才，等.“互聯(lián)網(wǎng)+”混合式教學(xué)研究[J].高教發(fā)展與評估，2018（5）：90-99.

[6]林雪燕，潘菊素.基于翻轉(zhuǎn)課堂的混合式教學(xué)模式設(shè)計與實現(xiàn)[J].中國職業(yè)技術(shù)教育，2016（2）：15-20.

（責(zé)任編輯：張維佳）