修曉琴　劉俊莉

摘? 要 針對高職院校信息工程類課程特點，提出將Arduino平臺引入信息工程類課程教學中。通過教學改革降低教學實驗成本，降低學生學習門檻，從教學理念、教學設計、教學方法、課程實施、考核方式等方面探索信息工程類課程改革，將實踐與學生的興趣相結合，提高學生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)造能力。

關鍵詞 Arduino;信息工程;課程改革;高職院校;任務驅動教學法

中圖分類號：G712? ? 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2019）15-0050-03

1 高職院校信息工程類相關課程教學現(xiàn)狀

在高職院校信息工程類專業(yè)教學課程體系中，課程的前沿性、先進性和創(chuàng)造性不夠，對于最新的大數據、云計算、AI、“互聯(lián)網+”等技術知識引入不夠，現(xiàn)有課程如“電子產品設計”“物聯(lián)網導論”“單片機原理與應用”“傳感技術”等對于學生的理論知識、理解能力、動手能力要求很高，課程的理論知識系統(tǒng)性強，知識點復雜，學習起來相對困難、枯燥，導致學生學習興趣不夠，思維模式陳舊，缺乏創(chuàng)新性，較難適應企業(yè)發(fā)展需要。

高職院校生源種類多，學生文化課基礎薄弱，數學邏輯思維和英語基礎較為薄弱，而這些正是學習信息工程相關課程應具備的專業(yè)素養(yǎng)。高職院校的學生普遍缺乏堅持不懈和知難而上的進取精神，導致學習積極性不高。

在信息工程類課程設計中，普遍采用單向灌輸的教學方式，忽略與學生的交流，忽略對學生自主學習和創(chuàng)新的培養(yǎng)。信息工程類課程對實驗室設備要求高，實訓設備更新速度快，對學生的基礎要求高，同時實訓內容不利于二次開發(fā)和循環(huán)利用等問題，使得學生對信息工程類相關課程學習興趣不高，教師教學也略感吃力。理論知識沒有為實踐操作做好鋪墊，在實踐過程中的項目教學法就不能在課堂教學中很好地開展，學生很難參與到實際的項目和比賽中，教師的教學目標也難以實現(xiàn)。

隨著Arduino平臺的不斷發(fā)展，許多與之相關的教學材料層出不窮，這對于側重培養(yǎng)應用型人才的高職教育來說[1]，在教學、技能競賽及項目開發(fā)上有很高的利用價值。

2 Arduino平臺應用在信息工程類課程中的優(yōu)勢

Arduino是一款適合于高職院校學生學習的開源電子原型平臺，包含電路連接Arduino主控板的硬件部分和程序開發(fā)的Arduino IDE軟件部分。使用Arduino編程語言和開發(fā)環(huán)境編寫代碼，然后上傳到Arduino主控板上，Arduino能通過各種光敏、溫濕度、壓力、超聲波等各類傳感器或者開關感知環(huán)境，Arduino主控板進而控制燈光、蜂鳴器、步進電機、舵機、顯示器等執(zhí)行部件來反饋、影響、改變環(huán)境。2005年，Arduino開發(fā)團隊公開了其硬件設計圖，因此，任何人無須支付任何費用，都可復制生產Arduino硬件電路，這極大地推動了開源硬件和創(chuàng)客運動的發(fā)展。

Arduino設計的目的是希望人們能夠快速地學習電子和傳感器的基礎知識，并將創(chuàng)意和想法應用到設計之中。基于Arduino的開發(fā)，無須了解其內部核心控制器和存儲控

制;Arduino語言類似于C語言，甚至有創(chuàng)客教育中心開發(fā)了圖形化編程語言，學生非常容易上手;全球有眾多Arduino開發(fā)愛好者，有豐富的開源實例和類庫，如機器人、門禁控制系統(tǒng)、倒車雷達等，可以針對大數據、云計算、“互聯(lián)網+”等的要求，方便地嵌入外圍部件，提高學生的動手能力和創(chuàng)新實踐能力。

Arduino簡單的開發(fā)方式使得高職院校的學生能夠更快、更好地完成項目開發(fā)，大大節(jié)約了學生的學習成本和開發(fā)周期。這不僅降低了學生實踐動手的理論知識門檻，而且能充分調動學生的學習積極性[2]，通過簡單有趣的項目，提高學生對課程的認識和理解，同時能讓追求個性的學生有更多發(fā)揮的空間。因此，Arduino平臺能更好地促進信息工程類課程教學目標的實現(xiàn)。

3 基于Arduino平臺的高職信息工程類課程改革探索

教學理念? 過去傳統(tǒng)的高職院校信息工程類課程都是先學習理論基礎知識，然后理論與實踐相結合，完成某個項目的模擬仿真，最后按照電路圖焊接調試完成課程設計，如此的教學設計和內容對于學生的理論知識和實踐動手能力要求很高。但大部分學生只是依葫蘆畫瓢，教師怎么做，就跟著怎么做，知其然而不知其所以然，理論與實踐脫節(jié)，不能很好地達到教學目標。

基于Arduino平臺的信息工程類課程教學，需堅持“以企業(yè)應用為背景，以工作過程為導向，以任務驅動為手段”的教學設計理念，在崗位調研的基礎上解構關鍵職業(yè)崗位能力，以職業(yè)能力為中心設計教學過程。采用“教—學—做”一體化模式，合作探究、任務驅動、行動導向，通過不同的任務驅動，讓學生多角度學習并且掌握信息工程類項目的構建和設計，從而提升學生的專業(yè)能力和專業(yè)素養(yǎng)。

根據市場對信息工程類應用型人才的需求，在課程設計中弱化電子信息類理論教學，強化培養(yǎng)學生動手能力。針對信息技術產業(yè)革命的需求，加入嵌入式、智能制造等新課程，提高學生新技術的實踐能力。對于前沿科技，以教師引導、學生主體的方式，拓寬知識面，提升技術應用能力。

教學設計? 為了提高學生的動手能力和創(chuàng)新能力，在教學設計過程中采用任務驅動教學法。如在“物聯(lián)網應用設計”的課程設計中，以實際工作任務為引領，以創(chuàng)新能力培養(yǎng)為主線，把一個大型的物聯(lián)網應用系統(tǒng)進行多個模塊劃分，分批次和階段性地把各個模塊實現(xiàn)，然后再組裝成一個大型的系統(tǒng)。將課程知識體系整合到每個項目教學模塊，在教學過程中注意學生設計能力培養(yǎng)的循序漸進。

在課程開始，教師要注意引導學生觀察聯(lián)系生活現(xiàn)象，激發(fā)學生的興趣，利用各種Arduino教學資源，吸引學生的注意，讓學生相信自己可以設計實現(xiàn)自己的興趣與創(chuàng)意。在教學過程中，教師引入基本元器件的使用及注意事項，在課堂中講解與演示相結合，讓學生體會Arduino的便利與優(yōu)勢。在教學的中后期，教師提出教學目標，充當項目指導和引領的角色，讓學生自主設計，將更多的主動權交給學生。教學末期，通過教師評價、小組評價、個人評價相結合，綜合考評每個學生的項目設計，使學生在評價中成長。在整個教學設計中注意培養(yǎng)學生良好的知識素養(yǎng)、動手能力、行為習慣和創(chuàng)新能力。

教學方法? 信息工程類課程理論性較強，如“傳感器技術”課程較多地關注各類傳感器原理和檢測輸入輸出信號。教學方法相對傳統(tǒng)化、機械化，大多數時間教師在講臺上講，學生在臺下聽，采用“滿堂灌”的教學方式，學生聽課的積極性不高，上課的效果也不好。同時，該課程教學實訓的設備較為昂貴，因此更新較慢，較難跟上設備更新?lián)Q代的步伐。

基于Arduino平臺的信息工程類課程教學內容和方法，應貫徹“技能培養(yǎng)為主，知識夠用為度”的教學思想，重點培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識，提高崗位實踐能力[3]。因此，教師在教學之前需精心準備各種典型案例，構建課程的宏觀教學設計，創(chuàng)新教學模式，充分利用現(xiàn)代信息技術，開展多樣化的教學方法，因材施教。如利用網絡平臺開展慕課教學、微課教學、翻轉課堂、頭腦風暴等，引導學生自主學習、個性化教學。如“物聯(lián)網應用設計”課程涉及傳感器技術、控制技術、物聯(lián)網應用等，教師可提前準備好不同物聯(lián)網應用設計案例，在課堂上通過視頻、動畫、小組討論、頭腦風暴等方式提高學生的上課積極性，在課堂教學中組建引入多個項目群，如智能家居顯示系統(tǒng)、智能家居感應系統(tǒng)、智能家居控制系統(tǒng)、智能家居通信系統(tǒng)的實現(xiàn)等。在教學過程中，以若干個案例為載體，形成循序漸進、種類多樣的項目群，以體驗、啟發(fā)、討論、研究等互動、合作、分享教學方式，構建完整的教學設計布局[4]，從而培養(yǎng)學生分析問題、解決問題的能力。

課程實施? Arduino平臺下能實現(xiàn)的項目很多，如炫酷LED燈控制、按鍵開關控制、觸摸延時開關、溫度與濕度檢測、氣體檢測、LCD顯示、電機控制、藍牙通信、機器人運動、無線通信等。信息工程類可以按照專業(yè)方向的不同，適當選取三四個項目學習。如物聯(lián)網專業(yè)可選擇各類傳感器的應用、藍牙通信的應用;通信電子專業(yè)可以選擇無線通信、藍牙通信等;計算機應用專業(yè)可以選擇LCD和LED控制等項目。

基于Arduino平臺的信息工程類課程教學過程中采取由淺入深、逐步復雜的項目單元模式，在教學實施過程中強調在“學中做、做中學”，加強技能培養(yǎng)。如在“物聯(lián)網應用設計”課程中，可采用案例教學法和項目教學法，以設計一個智能家居系統(tǒng)為課程目的，以Arduino作為控制核心，圍繞家居顯示系統(tǒng)、家居感應系統(tǒng)、家居控制系統(tǒng)、家居通信系統(tǒng)四個模塊為載體，各系統(tǒng)分階段由易到難地構造諸多小產品作為學習情境，如溫度監(jiān)控、濕度監(jiān)控、光線監(jiān)控、窗簾無線控制、門鎖控制、智能背景音樂、遙控空調、窗口報警、煙霧報警監(jiān)控等學習任務情境。

較為簡單、趣味性較強的項目如家居顯示系統(tǒng)、家居感應系統(tǒng)，學生可自主完成設計，一方面可以鍛煉學生的動手能力，另一方面可以鞏固學生的基礎知識。對于較為復雜、開放性較強的題目，學生可以組隊合作完成，如家居控制系統(tǒng)、家居通信系統(tǒng)等，該類項目能夠進一步豐富學生的設計思想。同時，分工合作不但能鍛煉學生的動手能力，而且能夠鍛煉其團隊協(xié)作能力。在項目設計過程中，教師可提供答疑，引導學生自主解決設計過程中遇到的問題，從而推進項目的正常運行。

考核方式? 在以往的信息工程類課程中，考核方式一般以理論考核或者實踐考核為主，而該種考核方式與內容容易讓學生死記硬背，難以達到學以致用的效果。因此，在基于Arduino平臺的課程考核中，采用多元評價、動態(tài)評價的教學評價方式，推行項目考評、過程考評的教學考核方式。

在項目設計的每一個任務學習中，根據項目的具體情況設計相應的考核方式，并且每個階段考核按照一定的比例計入期末考核成績。這讓學生能在學習中更加有目標性，也在每一次階段性考核中提高學習積極性，同時通過各種場景設計、程序設計、程序調試、硬件測試、軟硬件聯(lián)調、項目答辯等方式，全方位鍛煉學生的程序理解能力、程序設計能力、問題解決能力等。

以賽促學? 信息工程相關技術應用非常廣泛，電子信息類相關競賽，如機器人競賽、智能小車競賽、智能家居設計競賽等，能帶動、刺激、引導學生真正地舉一反三、學以致用，采用多元化方式教學能夠更快更好地推進學生知識素養(yǎng)、能力素養(yǎng)和技能素養(yǎng)的培養(yǎng)[5]。在教學過程中，一方面邀請企業(yè)、行業(yè)專家開展各類講座，不斷拓寬學生的知識面;另一方面設立社團開展各類興趣活動，舉辦各種技能競賽，進一步激發(fā)學生的學習熱情，培養(yǎng)學生的自主學習精神。在參與競賽的過程中，不僅鍛煉了學生對知識的應用能力，而且鍛煉了學生的創(chuàng)造能力、團隊協(xié)作能力和創(chuàng)新能力。

4 結語

本文結合信息工程類課程，嘗試基于Arduino平臺在高職信息工程類課程中進行教學改革，教學實踐證明，引入Arduino平臺，是一種良好的教學改革。針對不同課程特點，選擇貼近行業(yè)實際的教學設備，選擇貼近本專業(yè)實際應用的教學案例，使得教學內容與時俱進，從而使課堂變得更有趣味性和創(chuàng)造性，極大地激發(fā)了學生的學習興趣和創(chuàng)新意識。

參考文獻

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