Arduino程序設計課程教學改革

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摘要:arduino單片機具有上手快、易操作、資源豐富等特點，在高職單片機教學中成為主流。但由于Ar-duino涉及的知識點較多且較為零散，造成教學過程中學生不能夠有效地進行消化。針對高職物聯(lián)網(wǎng)應用技術(shù)專業(yè)Arduino程序設計的教學現(xiàn)狀，以項目式教學法為主要理論基礎，開發(fā)了基于Arduino的智能家居教學項目，構(gòu)建以項目為核心的教學組織方式和課程評價體系，取得了良好的教學效果。

關鍵詞:Arduino程序設計;項目式教學;智能家居

1課程項目設計

智能家居系統(tǒng)一般功能包括:對家居環(huán)境的精準監(jiān)控、對家電設備的精確控制、與用戶信息的交流(包括處理用戶的命令及在特定情況下將家居環(huán)境的某些信息發(fā)送給用戶)等［1－2］。根據(jù)這些功能需求，將智能家居項目分解為六個不同的教學模塊.(1)項目一主要訓練學生根據(jù)系統(tǒng)設計要求寫出需求分析報告，能夠?qū)碗s系統(tǒng)劃分為不同簡單子系統(tǒng)，能夠熟練使用Arduino集成開發(fā)環(huán)境進行項目開發(fā)。(2)項目二訓練學生掌握Arduino模擬量輸入檢測與數(shù)字輸出控制、串行通信技術(shù)、LCD時序模擬等技能。(3)項目三訓練學生掌握Arduino數(shù)字量的輸入采集、中斷應用與GSM通信等技能。(4)項目四主要訓練學生掌握模擬輸出、庫函數(shù)的調(diào)用等技能。(5)項目五主要訓練學生掌握藍牙通信、WiFi無線數(shù)據(jù)傳輸、Zigbee無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)燃寄堋?6)項目六主要訓練學生的測試、調(diào)試、集成等能力。

2課程項目實施

2．1角色分工

角色扮演模擬教學法以能力培養(yǎng)為目標，以互動教學、全真模擬為特征，可以真正實現(xiàn)“學生主體、教師主導”的教學模式［3－4］。同時讓學生真正了解不同崗位的崗位職責，提高了學生的職業(yè)素養(yǎng)［5－6］。組織學生進行小組項目設計，首先對全班學生進行適當?shù)姆纸M。分組時主要考慮學生的個性特征、學習能力、學習態(tài)度等幾個方面的因素，保證每個小組在大致相同的水平上展開合作學習，從而保證組內(nèi)成員的互補和組間的公平競爭。使學生在競爭中感覺與其它小組“旗鼓相當”，從而增加合作的動力，增強取勝的信心，取得良好的合作效果。小組合作項目設計，為防止有的學生無所事事，就需要分工明確。我們要使每個成員都擔當特定的角色，并且每個角色都是不可替代的。學生不再是傳統(tǒng)的身份，他們將成為項目經(jīng)理、軟件設計工程師、硬件電路工程師、測試工程師等工作崗位角色，每個人在完成自己本職工作的同時，還要兼顧團隊協(xié)作、溝通，既培養(yǎng)了專業(yè)技術(shù)能力，又提高了職業(yè)素養(yǎng)。在智能家居項目設計實踐教學中，一般由四人構(gòu)成項目小組，每組設立小組長、硬件開發(fā)人員、軟件設計人員以及文檔撰寫人員。小組長負責整個項目實施過程的任務分配，協(xié)調(diào)溝通等工作，組織全組人員有序地開展討論交流、動手操作、探究活動以及最后的答辯講解工作。硬件開發(fā)人員負責原理圖設計、硬件電路搭建等工作。軟件設計人員負責軟件流程圖設計、編程等工作。文檔撰寫人員負責各部分文檔的撰寫、答辯PPT的制作等。

2．2基于“工作過程”的項目開展

基于工作過程的六步法包括:信息、計劃、決策、實施、檢查以及評估六個工作步驟［7］。目前，基于工作過程系統(tǒng)開發(fā)職業(yè)教育課程的主流思想是學習領域課程模式［8－9］。本文將“六步法”與“基于工作過程導向”的項目教學模式相結(jié)合，模擬企業(yè)真實的工作環(huán)境，讓學生親身參與到工作過程之中，學習和掌握與工作過程相關的知識和技能，學會從工作過程的全局出發(fā)分析問題和解決問題，從而獲得與工作崗位更貼近的職業(yè)能力。信息搜集:教師將事先做好的項目成品展示給學生看，演示項目成品的功能，讓學生能夠了解整個項目的需求，對項目有一個初步的認識。項目的任務要求要明確，但要給學生留有一定的設計空間。根據(jù)項目任務要求，學生應通過互聯(lián)網(wǎng)或參考書等搜集項目需要的相關知識，教師向?qū)W生講解項目中應用到的新知識點，學生完成需求報告。制定計劃:各小組根據(jù)搜集的資料，設計與規(guī)劃項目開發(fā)的步驟與方法，將復雜項目進一步細分，形成一個初步可行的方案。具體工作內(nèi)容包括撰寫計劃書，制定任務分配表及進度表等。項目設計與實施:各組對項目方案作進一步的完善，確定最佳方案。教師可根據(jù)學生方案提出指導性意見，但不會過度干涉。學生根據(jù)方案完成各個項目原理圖設計、元器件的選型與購置、印制電路板的繪制與制作、元器件焊接檢測、軟件編程與調(diào)試，撰寫項目報告書。項目驗收:各小組制作答辯PPT，對自己的作品進行展示和講解，講解內(nèi)容包括項目設計思路、項目原理、實施過程中遇到的問題及解決方案等。教師應該對學生創(chuàng)新的部分進行鼓勵，對項目不足的地方提出建議，并讓學生對項目中出現(xiàn)問題較多的地方進行討論。

3考核評價

課程采取過程考核和結(jié)果考核相結(jié)合的考核方法，兼顧技能考核以及職業(yè)素養(yǎng)考核。過程考核評分主要參考學生在項目中的參與度、操作規(guī)范度、紀律及衛(wèi)生等;結(jié)果考核評分依據(jù)包括原理圖繪制、PCB繪制，流程設計、系統(tǒng)功能實現(xiàn)情況等。每個子項目的成績都以百分制計，評價結(jié)果由三部分構(gòu)成:小組成員自評(占比30%)、組間互評(占比30%)以及教師評價(占比40%)組成。故學生每個子項目的得分為:小組自評得分×30%+小組互評得分×30%+教師評分×40%。學生最終成績?yōu)楦鱾€子項目得分的平均值。各項評分都有相應標準，使考核評價盡量做到合理、公平、公正。

4結(jié)語

通過教學實踐表明，在基于工作過程的項目教學中，真正做到了“以學生為主體、教師為主導，教與學互動、講與練相結(jié)合”的教學目標，學生的學習興趣和動手能力大大增強，對于Arduino和物聯(lián)網(wǎng)的認知進一步加強，教學效果顯著提高，基本實現(xiàn)了課程改革的預期效果。

作者：孫林娟 賈月輝 單位： 天津大學仁愛學院 天津中德應用技術(shù)大學