医疗设备专业单片机“一体化”教学改革实践

王建华 韩红亮 李忠红

摘要：根据高职医学院校医疗设备专业人才培养目标的需求，对该专业单片机教学进行探索研究，分析教学对象认知基础、学习目的，据此明确单片机“一体化”教学模式，制定课程教学总体设计方案，规划单片机实验室硬件条件建设，细化、完善教学方法。经实践教学验证，该教学改革符合学员的认知和职业发展规律，为后续医疗卫生装备维修专业的学习打下良好任职基础。

关键词：医疗设备专业; 单机片; “一体化”教学

随着单片机技术的迅速发展，单片机被广泛地应用于智能仪表、实时工控、通讯设备、导航系统等领域，为满足单片机技术人才的需要，各理工科高校或专业均开设了单片机技术课程。由于单片机内部结构复杂，知识点抽象难懂，引起了教学人员的高度重视，期间取得了很多相关的单片机教学改革研究成果。文献[1]从单片机技术教学内容、教学采用的编程语言以及教学手段等方面进行了教学改革研究。文献[2]详细阐述了基于 Proteus 的单片机理实一体化教学模式在单片机教学中的应用。文献[3]主要针对企业电子产品研发设计程序的基础上，研发出适宜的单片机时间课程教学模式，根据该教学模式提出适宜的教学思路以及教学内容上的革新，并给出对应的教学措施。文献[4]通过加强单片机实训项目的开发设计，培养学生单片机的工程应用能力。文献[5]在单片机课程开发过程中，结合单片机岗位和典型工作任务，通过仿真与产品项目相结合的方式开展教学;随着网络技术的发展，慕课、微课进入课堂，文献[6]研究了工程实践案例和微课程相结合的单片机课程教学改革模式。这些研究成果为单片机教学提供了重要的参考依据和实施途径，但针对高职医学院校医疗设备专业单片机学习研究的却较少，文章在分析授课对象、明确教学理念的基础上，对高职医学院校医疗设备专业单片机“一体化”教学模式展开探索和研究。

一、课程总体设计

（一）分析教学对象

我校医疗设备专业学员是高中毕业后经考试选拔为我校该专业学员，均为男生。高中阶段以理科为主，来校后前期主修高等数学、物理、卫生信息技术、电子技术、电工技术等课程，具有一定的电子基础知识和电路分析能力，由历届学员对以上课程学习情况反馈和教员对学员学习情况的总结得知，大部分学员具有较高的学习热情，但基础较为薄弱，对较深知识点的理解和把握存在一定的困难，逻辑思维能力有待培养加强。通过课前座谈会了解学员情况，发现学生普遍对于单片机这门技术较为陌生，没有相关的知识储备，对所学内容充满好奇和期待。

（二）明确教学理念

单片机课程是医疗设备专业人才培养必修的一门任职基础课程，通过对本门课程的学习，应掌握基于单片机的嵌入式系统应用的基本理论、基本方法，能运用其知识、技能解决实际系统问题。本课程重点强调对学员岗位任职能力的培养，通过对教学内容的基础性、科学性和前瞻性的研究，针对不同环节，采用恰当的教学方法，有意识、有步骤地将职业能力的训练和职业素养的养成融入到实际的教学过程中，最终实现教学与医疗设备维修实际需要的有效结合。课程内容的选择降低理论重心，突出实践应用，教学活动力求体现“做中学、学中做”的教学理念。

（三）制定设计方案

在分析学员情况、明确课程教学理念的基础上制定课程总体设计方案，如图1所示。

单片机是一门应用性技术，学习该课程的最终目的是应用单片机，因此，课程名称定为《单片机技术及应用》，意在强调应用的重要性。随着单片机技术的迅猛发展，其在医疗设备中得到了广泛的应用，学习单片机有助于提高学员的岗位任职能力，也是医疗设备维修岗位必然的客观需求——学会单片机基本工作原理和控制方法。能力学习单元可细化为单片机基础、C语言程序在单片机中的应用、单片机功能部件、单片机扩展技术、单片机接口技术、单片机应用系统设计等内容。单片机应用系统的学习过程就是应用系统的开发过程，是一个基于实用的认知过程。因此，构建项目式教学平台，进行项目式教学是实现上述目的的最好途径。基于项目的單片机系统教学过程大致可分为：项目引入、相关知识学习、项目实施、知识拓展等几个环节，其教学体系以培养学生应用能力为核心，以项目为驱动，以教师教材教学资源为基础，以实验任务为手段，以考核和教学设计为保证，实现“教、学、做、评”一体化教学。

二、单片机实验室硬件平台建设

单片机实验室建设是《单片机技术及应用》课程必要的硬件条件。硬件平台建设包括实验台、计算机、实验箱及网络等配套教学设施。其中，实验箱是重要的组成部分。考虑到一些教学实验器材生产厂家开发的实验系统结构复杂，配套设备多，零部件之间相互依赖程度大，集成度高，不利于学员对单片机内部控制结构和原理的理解认识，在很大程度上制约了学员实践技能的提高，不能满足应用性人才培养的需要。因此，针对当前单片机实验教学存在的不足，根据医疗设备专业学员培养的需要，自主研发适合学员的单片机综合实验箱，该实验箱的设计从实际工程开发的角度出发，采用模块式结构对单片机实验箱进行了优化设计，增强了学员动手能力，以培养学员应用和开发单片机的实际技能。

实验箱共包括12个模块，底层为电源母版，为各模块供电。为切实提高学员的实际动手能力和满足实验箱的可重复利用的要求，各功能模块通过铜柱与母板进行可拆卸式的连接，模块与单片机处理器之间及模块与模块之间采用杜邦线和排线连接，从而方便组成各实验项目的硬件电路。各模块之间既相互独立又相互联系，每个模块可以完成数量不等的实验项目。

实验箱的12个模块分别为单片机最小系统模块、8位逻辑电平显示模块、查询式键盘模块、数码管显示模块、电子琴模拟模块、SRAM和EEPROM模块、蜂鸣器驱动发声模块、继电器控制模块、温度传感器模块、矩阵键盘模块、时钟模块和串口通信模块。每个模块均承载着不同的实验项目任务，而所有的实验项目任务涵盖了本专业学员课程标准的所有知识点，共同构建了单片机从硬件到软件的完整知识体系。实验模块与知识结构图如图2所示。

本综合实验箱，除完成上述基本实验项目外，还可以根据学员的学习情况和专业背景，将不同的实验项目模块进行组合，形成新的实验项目。例如，利用数码管显示模块、矩阵键盘模块、蜂鸣器驱动发声模块和单片机最小系统模块，可以完成病房呼叫系统的设计;利用温度传感器模块、数码管显示模块，可以完成病房温度检测的实验设计。通过这些有着很强实际应用背景的小项目，激发学员的学习兴趣，调动自主学习的积极性，从实际出发锻炼学员工程开发的能力，营造鼓励独立思考、自由探索、勇于创新的良好学习环境，实现从单纯的单片机知识到实际应用的有效转换和顺利过度。

三、基于项目的单片机一体化教学

根据单片机综合实验箱的项目设计，主编配套实验项目指导书1部，制定课程标准，进行教学设计，建设课程资源。教学模式采用基于项目的单片机一体化教学。项目教学法在实施过程中采取认知主义、建构主义、人本主义三种学习理论的各自优点，充分体现了以学生为主体、以教师为主导的教学模式和现代教育理念，紧密结合实际，突出了职业教育以操作技能为主的特点。

（一）实施过程

将整门课程按照模块进行划分，分为单片机基础、C语言程序在单片机中的应用、单片机功能部件、单片机扩展技术、单片机接口技术、单片机应用系统设计等6个模块，每个模块包括了数量不等的项目，每个项目又有不同任务所组成。整体教学以项目为载体，以任务为驱动，将知识和技能有效结合于项目中。教学阶段可分为项目展示、任务分解、知识学习、实践提高四个部分。课堂教学上，整体控制讲习比例近为2：3，另外增加第二课堂活动，以实践为主。

（二）课堂组织

在课堂组织上，采取精讲多练的方式进行。改变老师讲学生听，学生被动学习的局面，为调动学员的主动参与意识和学习热情，课上采取分组实践的形式展开，2-3人为一小组。结合学习任务设定具体目标，采取组与组之间相互竞争的方式展开，鼓励完成又快又好的组别帮带其余同学，形成良好积极向上的互帮互助的学习氛围，使课堂不受刻板纪律的约束，给学员以自由的学习空间。课上学员可以通过分组讨论、研究思考，拓宽思路，加快形成解决方案，对知识体系的构建起到积极的推动作用。实践环节中，教师及时给予指导。

（三）考核评价

考核评价作为课程的一部分，至关重要，对学员的学习方式起到重要的导向作用。作为以提高实践技能为主要教学目的的单片机教学只进行理论考核是不全面的，因此，本课程考核的标准定为：理论+实践。具体考核评价由两部分组成，包括实践成绩和理论考核，分别占考核总成绩的50%。为增加学员平时学习的动力和兴趣，充分激发学员的内在动力，其中实践成绩又由两部分组成，即平时实践成绩和实践考核成绩。平时实践成绩为每次实践项目的拓展部分内容成绩，即学员在完成实验指导书基础实践项目基础上的拓展练习内容。为提高学员实践积极性，教员会适度安排此部分内容，并且根据学员完成的质量、时间和创新程度等因素按照记分标准，分别给予1-5分的不同记分。对每位学员不同项目的记分进行累加，课程结束后按照实践总成绩的20%进行折算。实践考核成绩为课程结束后，单独组织的综合性实践考核，考核中学员随机抽取考核题目（题目难度略高于平时实践项目，突出创新能力的考核），要求在规定的时间内完成，教员会根据学员具体完成情况进行评分，最后按照實践总成绩的30%进行折算。理论考核是针对课程涉及到的理论知识点的考核，以纸质试卷考核为主，按总成绩的50%计入总分。将实践和理论成绩有机结合，共同促进学习目标的最终达成。

四、结语

文章针对我校高职医学院校医疗设备专业单片机“一体化”教学模式进行尝试和探索，给出了课程总体设计方案，说明了课程的硬软件环境建设情况，实践教学表明，该教学模式能有效提高学员单片机实践技能，收到了较好的教学效果。在此基础上将继续努力、不断创新，进一步完善教学模式，提高教学质量。

参考文献：

[1]  毋茂盛.单片机技术教学改革研究[J].肇庆学院学报，2016，37（5）：15-19.

[2]  万松峰. Proteus在单片机理实一体化教学的应用[J].实验科学与技术，2016，14（1）：85-88.

[3]  艾国. 高职自动化专业单片机实践课程教学研究[J].自动化与仪器仪表，2017，（9）：223-224.

[4]  倪榕生.单片机综合实训课程项目化教学改革的实践与创新[J].山东工业技术，2017，（20）：267-283.

[5]  刘娜. 单片机实训课中实施教学合一的探索[J].廊坊师范学院学报（自然科学版），2017，19（3）：122-125.

[6]  吕燚，刘伟. 微课与工程案例相结合的单片机课程教学改革研究[J].实验科学与技术，2017，15（5）：53-55.