探讨高职电气化铁道单片机课程革新实践

摘要：根据高职电气化铁道专业岗位能力要求及人才培养目标，结合专业特点，对《单片机技术及运用》课程进行革新，选取专业岗位典型工作任务为载体，系统化设计学习情境及教学内容，采取“教学做”一体化、项目化教学方式，以学生为主体，突出实践技能训练，可以有效地激发学生学习兴趣，提升教学质量。
关键词：高职；电气化铁道专业；单片机；课程革新
1672-5727（2012）09-0028-03
课程革新背景
电气化铁道专业的培养目标主要是面向轨道交通行业，以事电气化铁道及城市轨道交通供电专业方面工作的生产、运营、施工、管理第一线的高素质技能型人才，其主要就业岗位是：电气设备运转与维护——维修电工；接触网设备运转、检修及施工——接触网工；变配电所值班人员、变配电设备检修人员——变电工；电气设备试验人员——电气试验工。我院针对上面陈述的4个主要岗位进行了职业岗位技术能力浅析，构建了基于职业岗位能力培养的课程系统。《单片机技术及运用》作为该专业的一门专业基础课，可为后续课程《变电所运转与维护》、《变电所综合自动化技术》提供论述基础，培养学生具备发现和辨别变电所二次系统故障的基础能力。
我院电气化铁道技术专业单片机教学在进行革新前采取的是传统教学方式，在教学实践历程中有着以下两方面的不足。
一方面，《单片机技术及运用》作为一门电类专业基础课，是一门论述联系实际非常紧密的课程，传统的教学方式仅仅停留在教会学生掌握单片机运用系统的基本原理，使学生具有单片机运用系统的电路设计、编程和系统调试的能力，但忽略了课程本身在专业中的位置，学生能够熟练地焊接硬件、编写程序、制作单片机运用系统，却不能用所学知识解决自己专业中的实际不足，也不知道其与本专业之间的联系。由此，学生学习的积极性不高，甚至有抵触情绪，可以说，传统教学方式与学生所学专业脱节与分离较严重。
另一方面，单片机的传统教学方式多将课堂原理讲解与硬件仿真实验相结合，课堂教学多以论述为主，实践教学一般采取单片机实验箱进行验证。由于实验设备已经是做好的成品，学生在硬件方面只需要接线，在软件方面可以参照例程，或者直接下载配套程序，使得学生难以参与到细节设计中，学生的动手能力很难得到训练和提升。
综上所述，由于高职人才培养的特点，与其相适应的单片机教学必须跳出固有方式的老框框，以学生的实际情况出发，为适应职业教育的特点，重新创建新的课程系统。我院电气化铁道技术专业在单片机课程教学中，根据专业技术领域和职业岗位对单片机课程的要求，对课程系统与教学内容进行了革新，制定了新的课程标准，融“教学做”于一体，将论述与实训融合于若干个项目中，在实训室集中完成教学，强化了学生职业能力培养，提升了整体教学质量。
课程革新思路
本课程的革新思路和策略是，先对电气化专业人才培养近况进行浅析，探讨在专业生产历程中学生必须掌握的职业技能，然后，明确单片机课程在专业教学中所处的位置，进而探讨专业技能教学环节的设置，以学生工作岗位中抽取典型工作任务进行分解，最终得到与专业相适应的教学内容。
本课程教学革新的理念是以学生为中心、以能力为本位、“教学做”相结合。教师是导演、教练，学生是主角。学生对自己的学习负责，要主动规划自己的学习活动，学院和教师为学生提供足够的学习资源和引导。要实现教师观念和学生观念的转变，教师不再对学生的学习大包大揽，而是注重对学生革新思维、学习策略、学习能力的培养；学生要增强学习的主动性、责任感、创造性。我们将以项目为导向的职业教育课程开发方式及其论述运用于单片机课程的革新上，在内容上既注重基础知识，又偏重于实用性，通过有目的、有针对性的强化，在学习领域中建立刺激与反应的联系，塑造学生良好的认知结构，培养学生成为复合型人才，尽力满足后续课程对单片机的要求，突出对学生专业能力的培养。
本课程革新将单片机原理、Protel电子电路设计、汇编语言、C语言等知识融合在一起，在知识、能力和素质三维空间中，建构融教与学、课内与课外、论述教学与实践教学于一体的培养案例。结合单片机技术在配电自动化和变电站自动化系统中的运用，在我院电气化铁道技术专业中进行了课程革新实践。在教学中教师强调“学中做，做中学”，让学生探讨现场的实际不足，体验真实的工作情境，执行完整的作业流程，培养职业技能强，综合素质高，具有可持续进展能力和革新思维的电气化铁道技术专业高技能型人才。
课程标准及教学内容
课程标准是一门课程的命脉，编制课程标准应在突出实用性的基础上兼顾系统的完备，贯彻“必需，够用，管用”的原则，务求熟练，能灵活运用。既要注重基础知识，又要注重实用性；既要尽力满足后续课程对单片机课程的要求，增添新技术对单片机的要求，又要少而精，重点突出。
在教学内容选取时，应以职业能力培养为主线，立足变电所值班员技术岗位。以浅析工作任务中学生需要掌握的基本单片机技能为基础，课程内容来自工作任务模块的转换，以而建立以工作系统为基础的课程内容系统，课程内容以具体化的工作项目为载体，每一个项目都包括论述知识、实践知识、且应建立相对完整的系统。我们结合专业选取变电所综合自动化继电保护等智能监控岗位（群），通过对这些岗位的浅析，将单片机的论述知识与变电所综合自动化中的单片机运用技术结合起来，对《单片机技术及运用》课程进行了教学内容的整合，以常见的过电压保护为例，围绕熟悉电信号采集、模数转换、继电器制约的整体结构、掌握信息的处理与转换原理、信息的传递、参数超限报警、单片机对接收信息的处理等知识与技能，开发出了8个学习任务，如表1所示。
在教学内容的设计上，根据学生掌握基本论述知识的基础，强化实际技能和综合能力的培养；在教学内容的组织上，将培养目标分解到每个教学模块单元，确定每个教学模块单元所承担的功能及应培养的知识和能力，前面项目是后面项目的基础，后面项目是前面项目的扩展；将综合制作项目分解为独立子项目，再将完成的子项目集成为综合项目。例如，项目6：数字电压表，就分别由项目1（最小系统）、项目3（数码显示）及本项目（模数转换）综合而成。在教学历程中，考虑到内容抽象性强，学生短时间内进入状态难，对于教学难点“单片机中断”内容的学习，可采取同一任务以多种策略实现，进行反复比较，加深学生的认识。例如，“数字钟”的项目用了三种不同的策略实现，在项目3中采取软件延时的策略，利用了调用软件延时函数策略的时钟系统；在项目4中采取外部中断方式，利用了以外部振荡源为基准的时钟系统；在项目5中采取内部中断方式，利用了以内部计数、定时器为基准的时钟系统。同时，让学生浅析三种策略的优劣：项目3利用软件延时，时钟是不准确的，因为一旦系统中利用了中断，就可能打断延时程序的执行，使延时时间发生变化，另外利用软件延时的策略也会降低MCU的效率；项目4采取外部中断方式，系统时钟的基准信号来自外部的标准方波信号源，这样确定时间比采取软件延时方式要准确得多，但由于采取外部标准方波信号源，会增加系统的成本；项目5采取系统本身的时钟信号，实际上是更加方便和简单的方式。
课程实施一体化主要体现在各个教学模块之间相互重复与知识的交叉，可以进行优化组合，加以综合化改造，强调知识间的相互联系和衔接。在内容上充分考虑专业的特殊性，在结合专业实际工作的历程中突出弱电制约强电的项目内容，可为学生学习后续的变电所及变电所综合自动化等课程奠定坚实的基础。
课程革新教学效果
单片机课程现已在我院电气化专业进行了革新试点，采取“教学做”一体化的教学策略在单片机实训室完成教学任务，达到了教学计划中的预期目标。在学习之后，学生普遍感到不仅实际动手能力得到了前所未有的提升，绝大多数学生都熟练掌握了单片机技能，更重要的是通过具体的实践，进一步激发了学生对专业知识的兴趣，并能够做到论述与实践相结合，为后续课程的学习和日后自身的就业及进展奠定了扎实的基础。实施论述与实践教学一体化以来，教学质量有了很大的提升。
一是学生学习兴趣浓，学习热情高涨，学习效果有保证，且有可持续性。课程内容都来自学生身边的生活、生产。学生对教学课题感兴趣，认识到所学的东西有用，能解决现实不足，学习热情自然会高涨起来。兴趣是最好的老师，只要能调动学生的兴趣，学习效果就有保证。更加可喜的是培养了一些因为喜欢而愿意继续学习的学生。学习结束后，有些学生开始自己买组件，开展一些自己感兴趣的小制作，遇到不足会主动找教师指导。同时，学校组织部分优秀学生参加了全国、省级电子大赛，使课程教育与素质教育有机地结合起来。
二是逐步培养了学生的职业技能。课题实例来自生产、生活，学生的学习历程就是在教师的指导下完成实际工作的历程，通过多个实例的学习、实践与积累，学生逐渐提升了解决实际不足的能力，掌握了职业岗位技能。
三是有助于培养“双师型”教师队伍。以前，我院的论述课和实训课基本上分别由论述课和实习课教师分开讲授，实施一体化模块教学后，迫使学校必须按要求、有计划地严格组织师资培养，完成培训目标后，才能将“双师型”论述课教师与实习课教师混合编排，以协同合作的方式授课，促使教师有目的地开展教学探讨和交流,将我院师资的整体教学水平向真正的“双师型”转变，以形成师资队伍建设良性循环的局面。
参考文献：
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谭慧铭.供电专业《单片机运用》课程的教学方式探讨与实践[J].甘肃科技，2008（24）：181-182.
[3]王建鹏，李杰.单片机课程项目式教学探讨[J].科教文汇（上旬刊），2010（10）.
作者介绍：
罗隆（1976—），男，博士，广州铁路职业技术学院讲师，主要以事自动化教学探讨。