張啟龍

（六盤水師范學(xué)院物理與電氣工程學(xué)院，貴州 六盤水 553000)

0 引言

現(xiàn)如今，“大眾創(chuàng)業(yè)、萬眾創(chuàng)新”的大背景下，高校紛紛響應(yīng)國家的號召。陸軍工程大學(xué)[1]為了想辦法充分去調(diào)動學(xué)生的積極性和動手興趣，增加學(xué)生的積極創(chuàng)新意識，把理論課和實踐課時進(jìn)行有機(jī)融合，通過把理論知識穿插在實踐項目中，讓學(xué)生去通過學(xué)習(xí)制作項目的過程掌握好枯燥難懂的知識點，再通過完善考核目標(biāo)來閉環(huán)前面的考核機(jī)制，使得該方法有效地實施；南京城市職業(yè)技術(shù)學(xué)院[2]通過把STM32 嵌入式系統(tǒng)微景觀設(shè)計項目有機(jī)融入理論課中進(jìn)行講授，制定相應(yīng)考核要求，且落到實處，以避免大創(chuàng)項目的形式主義和“雞肋”困境，再者，為了實現(xiàn)項目到產(chǎn)品推向市場的目的，所選的項目很具有代表性，從而提高學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣；吉林大學(xué)[3]針對學(xué)生學(xué)習(xí)嵌入式系統(tǒng)課程不積極、不主動的問題，將研究性學(xué)習(xí)法融入了理論課堂教學(xué)當(dāng)中，從而去構(gòu)建基于“學(xué)生主體，老師主動”的相關(guān)教學(xué)模式，老師在整個教學(xué)過程中起主導(dǎo)作用，讓學(xué)生去單獨面對每一個項目，激發(fā)學(xué)生的獨立思考能力，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生獨立面對問題和解決問題的能力，提升學(xué)生的終身學(xué)習(xí)能力和主動性；上海應(yīng)用技術(shù)大學(xué)[4]采用慕課有機(jī)結(jié)合嵌入式系統(tǒng)創(chuàng)新設(shè)計課程的方法，使得授課方式多種多樣，學(xué)生學(xué)習(xí)方式多種多樣，以此來增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣；針對創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)類課程的傳統(tǒng)教學(xué)方法以講為主已不再適用，把課堂還給學(xué)生，以學(xué)生為主體[5-6]。因此，創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)類課程的教學(xué)改革迫在眉睫。

由此可見，本文以學(xué)生為中心，以學(xué)懂會用為目的，提出“以學(xué)為主，項目驅(qū)動”的教學(xué)理念，設(shè)計以“三段式管理，八步法教學(xué)”的教學(xué)方法，依托基于STM32 的智能小車項目為例，詳盡闡明整個教學(xué)過程。再者針對以教為主的評價指標(biāo)進(jìn)行了細(xì)化，全面地支撐了每一個教學(xué)內(nèi)容的完整有效實施。

1 教學(xué)設(shè)計總述

“三段式管理”指的是課前管理、課堂管理和課后管理，老師對學(xué)生的管理分為了課前、課堂和課后三段；“八步法教學(xué)”指的是線上學(xué)、網(wǎng)上查、線下做、問題引、教師講、學(xué)生秀、師生評、課后改。第一步是學(xué)生根據(jù)老師課前布置的項目要求，去學(xué)習(xí)網(wǎng)站上學(xué)習(xí)老師所放的微課視頻；第二步是學(xué)生學(xué)完微課視頻之后，根據(jù)項目要求去網(wǎng)上查找相關(guān)資料進(jìn)行查缺補(bǔ)漏；第三步是準(zhǔn)備好前期項目所需相關(guān)資料進(jìn)行線下實驗室或者工作室進(jìn)行項目調(diào)試制作；第四步是老師根據(jù)課前學(xué)生做項目的過程中存在的問題進(jìn)行引導(dǎo)；第五步針對所存在的問題老師進(jìn)行詳細(xì)的精講；第六步是學(xué)生拿著自己私下做的作品進(jìn)行課堂現(xiàn)場展示，進(jìn)行講演；第七步是在學(xué)生展示講演結(jié)束，其余學(xué)生針對該項目作品進(jìn)行點評討論，然后老師對該作品進(jìn)行點評打分；第八步是學(xué)生在收集好學(xué)生老師反饋的建議后，課下對該作品進(jìn)行進(jìn)一步的調(diào)試改進(jìn)。具體如圖1所示。

該門課程根據(jù)學(xué)時的要求，總的安排了四個項目。項目一是安排了兩個學(xué)時，所做項目是點亮一盞燈，該項目有四個任務(wù)點，屬于個人的低階項目，每個學(xué)生都要個人完成，對個人也進(jìn)行單獨的考核；項目二安排了兩個學(xué)時，所做項目是學(xué)生們常見的籃球賽計分器，該項目也有四個任務(wù)點，也屬于低階的個人項目，可以根據(jù)實驗室里的面包板搭建一些外圍電路去實現(xiàn)；項目三安排了四個學(xué)時，由于難度增大，結(jié)合了前面的兩個項目內(nèi)容，也有四個任務(wù)點，屬于低階個人項目；第四個項目是一個綜合性項目，難度較大，需要學(xué)生以團(tuán)隊的形式去完成，屬于高階的團(tuán)隊項目，任務(wù)點較多，且每一個任務(wù)點的完成難度較大；總的來說，該課程項目有三個低階的個人項目和一個高階的團(tuán)隊項目，其中每一個項目都具有基本、進(jìn)階和拓展三個層次，四個項目也是相互依托、難度層層遞進(jìn)的。具體如圖2所示。

圖2 項目分布圖

1.1 課前管理

課前管理是以學(xué)生為主體，學(xué)生根據(jù)老師課前發(fā)布的項目設(shè)計要求，去進(jìn)行線上學(xué)習(xí)相應(yīng)的微課視頻，網(wǎng)上查相應(yīng)的技術(shù)參數(shù)，然后進(jìn)行線下做。該項目主要以STM32單片機(jī)為主的控制系統(tǒng)，其中STM32負(fù)責(zé)采集紅外避障傳感器，紅外循跡傳感器，ESP8266Wi-Fi 通信模塊，TCS34725 色彩傳感器的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，并且發(fā)出相應(yīng)的控制指令對執(zhí)行模塊進(jìn)行控制，最后在OLED顯示當(dāng)前系統(tǒng)狀態(tài)；從而實現(xiàn)避障、循跡、Wi-Fi通信功能，以及MG90S數(shù)字舵機(jī)實現(xiàn)四自由度機(jī)械臂，實現(xiàn)顏色識別，完成機(jī)械臂的智能分揀功能；結(jié)合機(jī)智云云平臺實現(xiàn)手機(jī)App開發(fā)，實現(xiàn)對智能小車無線遠(yuǎn)程控制。系統(tǒng)總體框圖如圖3所示。具體要求如下：

圖3 系統(tǒng)總體框圖

1) 熟悉STM32單片機(jī)開發(fā)環(huán)境，掌握STM32單片機(jī)相關(guān)程序設(shè)計。

2) 運用單片機(jī)內(nèi)部定時器產(chǎn)生PWM 信號，對L293D 電機(jī)驅(qū)動模塊進(jìn)行控制，實現(xiàn)智能小車的前進(jìn)、停止、左/右轉(zhuǎn)、后退、調(diào)速等。

3) 運用單片機(jī)外部中斷EXTI，實現(xiàn)按鍵控制。

4) 學(xué)習(xí)紅外避障/循跡模塊工作原理，實現(xiàn)避障、循跡功能的軟件硬件設(shè)計。

5) 學(xué)習(xí)利用TCS34725 色彩傳感器，實現(xiàn)顏色功能的軟件硬件設(shè)計。

6) 學(xué)習(xí)單片機(jī)進(jìn)行串口通信，實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。

7) 學(xué)習(xí)機(jī)智云云平臺產(chǎn)品開發(fā)流程，完成產(chǎn)品設(shè)計。

8) 采用ESP8266WIFI通信模塊，結(jié)合機(jī)智云軟件開發(fā)平臺完成手機(jī)App的開發(fā)。

9) 運用OLED 液晶顯示屏，實現(xiàn)智能小車當(dāng)前功能顯示。

1.2 課堂管理

課堂管理是以學(xué)生為主體，老師為主導(dǎo)，按照問題引、教師講、學(xué)生秀和師生評四步進(jìn)行，每一個項目都是嚴(yán)格按照這些步驟開展整個課堂教學(xué)。老師根據(jù)學(xué)生線下做項目的過程中存在的問題進(jìn)行課堂精講，講完之后，學(xué)生根據(jù)自己的作品按照順序進(jìn)行現(xiàn)場講演，講演結(jié)束之后，其余學(xué)生對該作品進(jìn)行討論提問，講演者進(jìn)行答辯，最后老師進(jìn)行總結(jié)和點評。具體過程如圖4所示。

圖4 項目測試效果圖

1.3 課后管理

課后管理是指學(xué)生根據(jù)答辯的結(jié)果進(jìn)行線下的進(jìn)一步優(yōu)化，針對答辯過程中老師及學(xué)生提出的問題進(jìn)行更正，通過小組討論，線下進(jìn)一步改進(jìn)。通過不斷改進(jìn)后完整的作品如圖5所示。

圖5 智能小車完整圖

2 考核方式設(shè)計

考核評價分別以線上為輔和線下為主構(gòu)成，線上由課前微課視頻、課前自測和發(fā)表討論三大部分組成，線下由項目制作、項目答辯和課堂表現(xiàn)三大部分組成。每一個部分都有對應(yīng)的具體評分標(biāo)準(zhǔn)，針對項目答辯模塊，具體評價的做法是根據(jù)學(xué)生的分組進(jìn)行打分，每一組都有提問分和答辯分，根據(jù)兩部分分占比來計算該組的綜合得分，然后根據(jù)組內(nèi)成員的排名來依次遞減，評出每一個組內(nèi)成員的具體得分。具體每一部分的占比權(quán)重分配如圖6所示。

圖6 考核評價指標(biāo)具體權(quán)重分配圖

每一個模塊按照四個維度進(jìn)行評分，每一個模塊具體評分標(biāo)準(zhǔn)如表1-表4所示。

表1 微課視頻評價指標(biāo)

表2 項目制作評價指標(biāo)

表3 課前自測評價指標(biāo)

3 結(jié)論

本文以學(xué)生為中心，以學(xué)懂會用為目的，提出“以學(xué)為主，項目驅(qū)動”的教學(xué)理念，設(shè)計了以“三段式管理，八步法教學(xué)”的教學(xué)方法，依托基于STM32的智能小車項目為例，詳盡闡明整個教學(xué)過程。為充分保證該教法的真正有效實施，進(jìn)一步健全細(xì)化了考核標(biāo)準(zhǔn)。