常旺 喬占惠 安國(guó)昊
[摘 ? ? ? ? ? 要] ?針對(duì)高職院校,從單片機(jī)課程的定位和課程的現(xiàn)狀出發(fā),找準(zhǔn)切入點(diǎn)和結(jié)合點(diǎn),充分挖掘、深度剖析與該課程知識(shí)點(diǎn)相近的思政元素,探索不同的教學(xué)方向和教學(xué)方法,以學(xué)生為中心,充分利用現(xiàn)代化、信息化的教學(xué)手段,從多角度、多維度引入課程思政的教學(xué)模式,關(guān)注學(xué)生的學(xué)習(xí)能力,根據(jù)學(xué)生的反饋反復(fù)改進(jìn)教學(xué)過程,促進(jìn)德育和智育有機(jī)結(jié)合,為高等職業(yè)教育中單片機(jī)課程思政建設(shè)提供新的方向。
[關(guān) ? ?鍵 ? 詞] ?單片機(jī);課程思政;教學(xué)改革
[中圖分類號(hào)] ?G712 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?[文獻(xiàn)標(biāo)志碼] ?A ? ? ? ? ? ? ? ? ?[文章編號(hào)] ?2096-0603(2023)18-0053-04
高等職業(yè)教育以培養(yǎng)高技術(shù)高技能人才為主要目標(biāo),是我國(guó)教育事業(yè)的一個(gè)重要組成部分。當(dāng)前,高等職業(yè)教育與普通本科教育是兩種不同的教育類型,但是具有同等重要的地位,它們是我國(guó)國(guó)民教育體系和全國(guó)人力資源開發(fā)的重要組成部分,也是培養(yǎng)全方位、多樣化技能人才的重要途徑[1]。職業(yè)院校依據(jù)“為誰(shuí)培養(yǎng)人、培養(yǎng)什么人、怎樣培養(yǎng)人”三個(gè)根本問題,以出口帶動(dòng)入口,以企業(yè)需求和社會(huì)發(fā)展方向?yàn)閷?dǎo)向,落實(shí)立德樹人的根本任務(wù),將思想品德教育、傳授專業(yè)知識(shí)和專業(yè)技能培養(yǎng)三者有機(jī)結(jié)合,以社會(huì)需要什么人我們培養(yǎng)什么人為主線,全方位立體式培育思想合格、技能過硬的大學(xué)生[2]。
一、單片機(jī)課程的專業(yè)地位和教學(xué)目標(biāo)
單片機(jī)課程是應(yīng)用電子技術(shù)、微電子技術(shù)、集成電路技術(shù)、電子信息工程技術(shù)等高職專業(yè)的核心課,具有較強(qiáng)的理論性和實(shí)踐性,該課程主要講述單片機(jī)的發(fā)展、51單片機(jī)的工作原理、IO端口、中斷、定時(shí)器、通信等內(nèi)容,課程關(guān)聯(lián)知識(shí)點(diǎn)比較多,并且內(nèi)容抽象,入門難,教學(xué)難度大[3,4]。學(xué)習(xí)該課程前必須掌握電工、模電、數(shù)電等課程內(nèi)容,該課程實(shí)踐性較強(qiáng),不同于以往的純理論課,讓學(xué)生掌握單片機(jī)的實(shí)物綜合應(yīng)用是本課程的重點(diǎn),也是難點(diǎn)。以甘肅機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院開設(shè)、實(shí)施情況來(lái)看,只有少部分學(xué)生最后能達(dá)到簡(jiǎn)單的實(shí)物綜合應(yīng)用。
根據(jù)職業(yè)教育的需求,單片機(jī)課程的教學(xué)目標(biāo)主要包括三個(gè)方面:(1)了解單片機(jī)技術(shù)發(fā)展的新趨勢(shì);熟悉MCS-51系列單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、工作原理;掌握單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、程序開發(fā)和調(diào)試方法,引領(lǐng)學(xué)生掌握單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā),能夠使用51單片機(jī)硬件資源進(jìn)行簡(jiǎn)單的應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)(知識(shí)目標(biāo))。(2)培養(yǎng)學(xué)生的電路設(shè)計(jì)和程序設(shè)計(jì)能力;培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力和工程應(yīng)用能力;培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決復(fù)雜綜合問題的能力;以學(xué)習(xí)知識(shí)為基礎(chǔ),培養(yǎng)學(xué)生健全的人格,具備技術(shù)創(chuàng)新和工匠精神(能力目標(biāo))。(3)通過系統(tǒng)設(shè)計(jì)教學(xué)目標(biāo)、內(nèi)容、形式和方法,將社會(huì)主義核心價(jià)值觀和中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化教育內(nèi)容滲透到教學(xué)全過程;培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神、工匠精神、團(tuán)隊(duì)精神、責(zé)任意識(shí)和紀(jì)律意識(shí),激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和民族自豪感,提升學(xué)生的工程素養(yǎng)和增強(qiáng)家國(guó)情懷,培養(yǎng)新時(shí)代“德才兼?zhèn)?、以德為先”的單片機(jī)工程師應(yīng)用型人才(素養(yǎng)目標(biāo))。
整個(gè)課程利用混合式教學(xué)方法,培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、終身學(xué)習(xí)的能力;利用參與式教學(xué)方法,樹立學(xué)生的“四個(gè)自信”,培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探索的精神;利用討論式教學(xué)方法,培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作意識(shí)、溝通和表達(dá)能力;利用項(xiàng)目式教學(xué)方法,培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力,引導(dǎo)學(xué)生具備創(chuàng)新意識(shí)、精益求精的工匠精神。
二、單片機(jī)課程教學(xué)現(xiàn)狀分析
高職院校的思政教學(xué)工作以前以思想道德基礎(chǔ)與法律修養(yǎng)、毛澤東思想和中國(guó)特色社會(huì)主義理論體系概論等課程為主,隨著職業(yè)教育教學(xué)改革的推進(jìn),近幾年也在專業(yè)課的授課過程中加入課程思政元素,加強(qiáng)了當(dāng)代大學(xué)生的思想政治教育工作,以培養(yǎng)全方位的高技能人才[5]。在單片機(jī)課程中融入思政元素,在講授專業(yè)課的同時(shí),加強(qiáng)思政教育,循序漸進(jìn)、相輔相成,在學(xué)習(xí)專業(yè)課的同時(shí)加強(qiáng)德育,培養(yǎng)新時(shí)代的全面技能型人才。
以甘肅機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院?jiǎn)纹瑱C(jī)課程開設(shè)情況為例,本課程開設(shè)64學(xué)時(shí),教學(xué)內(nèi)容如表1所示。
在傳統(tǒng)教學(xué)方式中,教師多以章節(jié)內(nèi)容從前到后依次講解,舉例較少,課程講解抽象,而且沒有將前后知識(shí)點(diǎn)銜接起來(lái),依次獨(dú)立講解,沒有展示出單片機(jī)課程的特點(diǎn)。學(xué)生學(xué)習(xí)知識(shí)只是被動(dòng)地接受,雖然學(xué)習(xí)能力強(qiáng)的學(xué)生可以掌握全部的知識(shí)點(diǎn),但是在講授過程中沒有采用工程案例,無(wú)法更好地將全部的知識(shí)點(diǎn)融會(huì)貫通,單片機(jī)的綜合應(yīng)用表現(xiàn)較差。近年來(lái)隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,單片機(jī)課程也采用了信息化和先進(jìn)的教學(xué)手段,正在改變傳統(tǒng)的教學(xué)模式,這些新方法的引入對(duì)案例的選取和工程案例的綜合應(yīng)用側(cè)重較少,選取的案例思政元素涉及不多。綜合來(lái)看,當(dāng)前教學(xué)中有如下幾個(gè)特點(diǎn)。
(一)課程思政越來(lái)越受重視
近年來(lái),關(guān)于課程思政的研究越來(lái)越多,職業(yè)院校也非常重視,越來(lái)越多的教師參與進(jìn)來(lái),但是還存在一些問題。講授單片機(jī)課程的教師多數(shù)是理工科專業(yè)畢業(yè),對(duì)思政教育重視程度不夠,還沒有認(rèn)識(shí)到思政教育對(duì)當(dāng)代大學(xué)生的重要性。以前,專業(yè)課教師自己認(rèn)為只負(fù)責(zé)講課就行,類似學(xué)生管理、學(xué)生心理健康、學(xué)生思想健康等應(yīng)該是輔導(dǎo)員和班主任的工作,在國(guó)家出臺(tái)相關(guān)文件以后,專業(yè)課教師應(yīng)該重視學(xué)生的思想政治教育,在專業(yè)課中融入思政,隨時(shí)關(guān)注學(xué)生的思想動(dòng)態(tài),配合班主任以及輔導(dǎo)員共同育人。
(二)課程思政的相關(guān)研究增多
目前課程思政類研究雖然逐年增多,但是在知網(wǎng)檢索相關(guān)數(shù)據(jù),和其他教學(xué)改革研究相比還是較少,從數(shù)量上來(lái)看,專業(yè)課程思政類的研究有明顯的上升趨勢(shì)。在這個(gè)方面和其他兄弟單位院校溝通后了解到,很多高職院校近幾年也在設(shè)立學(xué)院級(jí)的科研項(xiàng)目,用來(lái)開發(fā)對(duì)應(yīng)專業(yè)課的課程思政內(nèi)容,部分省教育廳也開展了省級(jí)的科研項(xiàng)目,助推課程思政工作的開展。
三、單片機(jī)課程中課程思政元素的挖掘與開發(fā)
通過前期調(diào)查,與多個(gè)院校多位講授單片機(jī)課程的教師開展座談,以充分挖掘單片機(jī)課程每個(gè)章節(jié)中蘊(yùn)含的思政元素,并且和對(duì)應(yīng)知識(shí)點(diǎn)融合,進(jìn)一步分析知識(shí)點(diǎn)和對(duì)應(yīng)思政元素的內(nèi)在關(guān)系,得到如下的典型舉例(見表2)。
在最開頭部分,一般講授單片機(jī)的發(fā)展歷史,單片機(jī)從8051開始,發(fā)展到現(xiàn)在最流行的STM32等。在介紹8051內(nèi)核的單片機(jī)時(shí),重點(diǎn)介紹STC公司的產(chǎn)品,姚永平是STC南通國(guó)芯微電子(宏晶科技)創(chuàng)始人,就現(xiàn)在來(lái)看,姚永平創(chuàng)造了中國(guó)集成電路設(shè)計(jì)公司的標(biāo)桿,他們公司的8051單片機(jī)占領(lǐng)了80%以上的全球市場(chǎng),優(yōu)勢(shì)還在不斷地?cái)U(kuò)大。8051內(nèi)核是由Intel公司設(shè)計(jì)的,經(jīng)過發(fā)展,后期有很多公司,如ATMEL、SST、PHILPS等依據(jù)Intel的內(nèi)核設(shè)計(jì)了自己公司的51系列芯片,這其中就有我國(guó)的STC公司,通過介紹人物讓學(xué)生感受中國(guó)MCU的發(fā)展,感受中國(guó)科技的進(jìn)步。
在介紹匯編語(yǔ)言編程時(shí),引申思考科學(xué)來(lái)不得半點(diǎn)馬虎,要有勇于探索的科學(xué)精神。以李少坤舉例,他是一名維修電工高級(jí)技師,現(xiàn)任白銀有色集團(tuán)股份有限公司西北鉛鋅冶煉廠維修車間綜合維修班班長(zhǎng)。目前是甘肅省技術(shù)能手、甘肅省技術(shù)標(biāo)兵,也是甘肅省白銀市“銅城工匠”等榮譽(yù)稱號(hào)的獲得者。一直以來(lái),李少坤同志憑著對(duì)企業(yè)高度的責(zé)任心,在平凡的工作崗位上逐漸錘煉出了扎實(shí)干練的作風(fēng)、嫻熟精湛的技術(shù)和卓越過人的才能,突出的工作業(yè)績(jī)得到了廠區(qū)領(lǐng)導(dǎo)和廣大職工的一致好評(píng)。在過去幾十年的工作中,他以創(chuàng)新進(jìn)取、刻苦實(shí)干的精神,解決了制約生產(chǎn)的諸多電氣關(guān)鍵性技術(shù)問題,并創(chuàng)建了甘肅省“李少坤勞模創(chuàng)新工作室”,發(fā)揮了勞模創(chuàng)新工作室的示范引領(lǐng)、創(chuàng)新研發(fā)和人才培養(yǎng)作用,為打造“鉛鋅工匠”和擴(kuò)大品牌效應(yīng)、實(shí)施群眾性創(chuàng)新創(chuàng)效搭建了有效平臺(tái)。
在講授51單片機(jī)的內(nèi)部硬件結(jié)構(gòu)時(shí),聯(lián)系公司組織架構(gòu),與之形成類比。在MCU中,最核心的是CPU,還有定時(shí)器、中斷系統(tǒng)、IO端口、RAM、ROM等,它們都通過總線與CPU連接,而CPU由運(yùn)算器和控制器兩部分組成,完成整個(gè)芯片的算術(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算等,并對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的指令完成控制與執(zhí)行,系統(tǒng)中其他部件都絕對(duì)服從CPU的指揮,整個(gè)系統(tǒng)在CPU的領(lǐng)導(dǎo)下,相互合作,實(shí)現(xiàn)整體功能。
在介紹交通燈設(shè)計(jì)時(shí),8051單片機(jī)內(nèi)部使用IO端口點(diǎn)亮不同顏色的燈,按照延時(shí)不同,實(shí)現(xiàn)了交通燈設(shè)計(jì)。這部分知識(shí)可以類比杭州市的智慧交通案例,2017年,杭州市2000多公里城市道路中,因亞運(yùn)會(huì)施工而占用了大約20%的道路,但這并沒有影響到城市交通的順暢運(yùn)行,主要得益于阿里云設(shè)計(jì)的基于飛天平臺(tái)的杭州城市大腦,有了城市大腦交通優(yōu)化實(shí)現(xiàn)大幅提升。以杭州市物理結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜的上塘高架北向南文暉路口為例,有了城市大腦后通行速度提升了50%,通過城市大腦將交警等業(yè)務(wù)系統(tǒng)做了全面的融合,協(xié)調(diào)指揮交通,城市大腦可以計(jì)算出時(shí)時(shí)刻刻跑在路上的車輛數(shù),改變了傳統(tǒng)的用靜態(tài)的機(jī)動(dòng)車保有量來(lái)制定交通政策的方式,也解決了交通工程數(shù)十年未曾突破的根本問題。對(duì)這個(gè)事例進(jìn)行細(xì)致講解,充分讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到阿里巴巴的云計(jì)算給城市交通帶來(lái)的便利,深切體會(huì)到作為一個(gè)中國(guó)人有多么自豪。
在講授定時(shí)器部分時(shí),引入時(shí)間觀念,培養(yǎng)學(xué)生守時(shí)、誠(chéng)信等基本職業(yè)素養(yǎng)和精神。單片機(jī)內(nèi)部通過計(jì)算晶振脈沖個(gè)數(shù)來(lái)達(dá)到定時(shí)的效果,單片機(jī)內(nèi)部定時(shí)器工作時(shí),對(duì)時(shí)間的控制是特別精確的。作為新時(shí)代的大學(xué)生走上工作崗位后,要樹立正確的職業(yè)道德和職業(yè)素養(yǎng),誠(chéng)信守時(shí)、兢兢業(yè)業(yè)做好本職工作,堅(jiān)守以嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致、精益求精、持之以恒、守正創(chuàng)新為內(nèi)涵的工匠精神,為祖國(guó)培養(yǎng)優(yōu)秀的高技能人才,為全面建設(shè)社會(huì)主義現(xiàn)代化國(guó)家提供有力的人才保障。
在講授串行通信時(shí),我們用喇叭、對(duì)講機(jī)和手機(jī)等分析舉例,用通俗易懂的方式介紹單工、半雙工、全雙工等不同的通訊種類,并引申到網(wǎng)絡(luò)時(shí)代給我們帶來(lái)了翻天覆地的改變。在人機(jī)交互接口部分,我們用銀行、醫(yī)院、學(xué)校等門口的滾動(dòng)播放大屏幕引入課程,培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新、克服困難、精益求精的工匠精神。
整個(gè)課程以“項(xiàng)目+思政”為載體,實(shí)現(xiàn)思政教育的內(nèi)化和專業(yè)技能實(shí)踐外化的有機(jī)融合。通過完成項(xiàng)目練習(xí)培養(yǎng)學(xué)生探索創(chuàng)造、克服困難、百折不撓的科學(xué)精神。通過項(xiàng)目設(shè)計(jì)的精度要求,培養(yǎng)學(xué)生精益求精的工匠精神。在實(shí)訓(xùn)教學(xué)中,引導(dǎo)學(xué)生愛護(hù)儀器設(shè)備,保持實(shí)訓(xùn)室干凈衛(wèi)生,同時(shí)嚴(yán)格操作過程,保障安全用電流程,將公共道德、職業(yè)素養(yǎng)的培訓(xùn)有機(jī)地融入理實(shí)一體教學(xué)中。在教學(xué)實(shí)施過程中,注意激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)力,同時(shí)體現(xiàn)教學(xué)過程是與學(xué)生共同探索單片機(jī)奧秘的過程。課余指導(dǎo)過程中既對(duì)學(xué)生有耐心,體現(xiàn)教師的愛崗敬業(yè),同時(shí)又嚴(yán)格要求學(xué)生,激發(fā)學(xué)生的科學(xué)研究精神和工匠精神。
四、單片機(jī)課程思政的教學(xué)方法與教學(xué)實(shí)施過程
該課程是一門綜合電子、計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制等技術(shù),具有很強(qiáng)應(yīng)用性和實(shí)用性的專業(yè)核心課程。單片機(jī)的課程思政教學(xué)過程應(yīng)該采用多種教學(xué)方法,例如實(shí)物演示法、隱性滲透法、課堂討論法、啟發(fā)式教學(xué)法等教學(xué)手段,在講授知識(shí)的同時(shí)結(jié)合德育,育德于教。經(jīng)過多年的高職教學(xué)經(jīng)驗(yàn)總結(jié),一體化教學(xué)模式更適合高職單片機(jī)課程。采用案例驅(qū)動(dòng)模式,結(jié)合我院自己開發(fā)的51單片機(jī)教學(xué)實(shí)訓(xùn)儀,每節(jié)課程講授一個(gè)案例,在實(shí)現(xiàn)案例的過程中,學(xué)習(xí)相關(guān)專業(yè)知識(shí)點(diǎn),在專業(yè)知識(shí)點(diǎn)中融入恰當(dāng)?shù)恼n程思政元素。針對(duì)課程的期末考核環(huán)節(jié),調(diào)整之前平時(shí)成績(jī)和期末成績(jī)的評(píng)定形式,采用過程化考核方式,在授課過程中對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性、學(xué)習(xí)態(tài)度、學(xué)習(xí)表現(xiàn)、綜合應(yīng)用、學(xué)習(xí)創(chuàng)新等方面按照比例綜合評(píng)定(見表3)。同時(shí),不斷完善課程考核指標(biāo),加強(qiáng)職業(yè)素養(yǎng)考核標(biāo)準(zhǔn)的建設(shè),將職業(yè)素養(yǎng)納入過程化考核中,在教學(xué)中約束學(xué)生,讓學(xué)生全程參與學(xué)習(xí),使課程的評(píng)分合理化,提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效果,培養(yǎng)全面的綜合型技術(shù)技能人才。
高職高專教育主要為國(guó)家培養(yǎng)技術(shù)技能人才,隨著社會(huì)發(fā)展,新時(shí)代的大學(xué)生接收信息的渠道越來(lái)越多。在單片機(jī)課程中加入思政教育,不僅可以緊扣時(shí)代特色,用當(dāng)前流行的元素舉例,將抽象的知識(shí)變得生動(dòng),激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)潛能和學(xué)習(xí)興趣,培養(yǎng)學(xué)生的努力拼搏精神,還能教會(huì)大學(xué)生什么是正確的選擇,幫助當(dāng)代大學(xué)生樹立正確的世界觀、人生觀、價(jià)值觀,使其實(shí)現(xiàn)人生價(jià)值。
通過對(duì)這種教學(xué)方法的實(shí)際應(yīng)用,我們?nèi)〉昧硕囗?xiàng)教學(xué)成果,如在2022年全國(guó)大學(xué)生集成電路創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽——中高職賽道中榮獲全國(guó)三等獎(jiǎng)1項(xiàng),2023年甘肅省職業(yè)院校技能大賽集成電路開發(fā)及應(yīng)用賽項(xiàng)中榮獲一等獎(jiǎng)1項(xiàng)、三等獎(jiǎng)2項(xiàng),立項(xiàng)2022年度校級(jí)單片機(jī)技術(shù)精品課程1門等。
五、結(jié)束語(yǔ)
自Intel公司在20世紀(jì)80年代初推出51單片機(jī)以來(lái),其作為主控芯片被大量應(yīng)用到電子產(chǎn)品中,時(shí)至今日仍然是眾多高校單片機(jī)課程入門的最佳選擇,并得到眾多大學(xué)生和電子愛好者的廣泛推薦。雖然經(jīng)過了很長(zhǎng)時(shí)間,但是眾多高職院校講授單片機(jī)課程還是以51單片機(jī)為基礎(chǔ),授課過程以立德樹人作為教學(xué)的基本目標(biāo),采用多種方法和手段將挖掘的課程思政元素融合在知識(shí)點(diǎn)中,使用案例驅(qū)動(dòng)法、講授法、探究法、談?wù)摲ǖ榷喾N教學(xué)方法,利用云平臺(tái)、多媒體、模型、實(shí)物、視頻等多種教學(xué)資源,不斷地對(duì)教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式和考核方式等進(jìn)行改進(jìn)、優(yōu)化和升級(jí),實(shí)現(xiàn)專業(yè)知識(shí)、專業(yè)技能和思想政治教育相統(tǒng)一,三者有機(jī)結(jié)合,培養(yǎng)了大學(xué)生勇于探索、敢于創(chuàng)新的精神,同時(shí)也為其他的專業(yè)課程提供了思政建設(shè)的新思路、新方向。
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◎編輯 馬燕萍