刘庆华

(南京机电职业技术学院,江苏 南京 210012)

1 嵌入式技能大赛介绍

从2008年开始举办全国职业院校技能大赛至今,“嵌入式技术应用开发”赛项于2014年开赛,迄今为止已连续举办7届,共有近800多所高职院校参加了全国、省市职业院校技能大赛嵌入式赛项。该赛项采用团体赛方式组队报名参赛,每个参赛队由3名选手组成,其中设队长1名。3名选手须为同校在籍学生,性别和年级不限。该赛项设置两个模块, 分别是硬件装调、赛道任务。

嵌入式技能竞赛主要是以智能小车作为载体,完成赛道任务,70%的成绩主要考查学生对赛道任务的编程能力,包括嵌入式微处理器控制与应用、传感器的应用、Android程序设计、图形采集技术、智能语音控制等嵌入式核心知识和技能,其中嵌入式微处理器采用了STM32作为核心CPU,所以STM32编程技能的掌握对比赛成绩起着至关重要的作用。

2 高职院校“STM32”课程的教学现状

目前高职院校电子信息工程技术专业“STM32”课程在8位单片机技术课程完成后开设,STM32芯片集成度高, 功能强大, 外围线路复杂,各院校多以现有厂家提供的开发板作为教学设备使用, 常见的有野火、正点原子及奋斗等品牌。

厂家提供的开发板一般可以完成初级到高级所有任务的学习,线上资源丰富,提供相关教学视频和相关资料,便于教师和学生进行“STM32”学习。但是这种传统的“STM32”教学方法,并不能有效地让学生掌握STM32的核心应用技术,因为“STM32”课程一学期的课时不够,一般只有70个课时,比如在本院“STM3开发入门与实践”这门课只有56个课时,学生只能掌握基本的STM32入门知识,而且开发板提供的教学案例以单独的功能为主,相互之间的联系并不明显,不能完整展现整个嵌入式产品开发步骤及STM32处理器的综合处理能力。所以在“STM32”学习过程中将企业项目融入课程,让学生的“STM32”学习和实践能力将会得到大幅度提高。嵌入式技能竞赛中以智能小车作为产品,完成赛道任务编程,很多都是STM32编程的应用,而且编写完程序后可以看到小车的运动效果,这让学生们学习起来很感兴趣。

3 嵌入式技能竞赛融入“STM32”课程实施方案

本文从嵌入式技能大赛资源入手,结合“STM32”课程教学和改革,以比赛小车作为实训设备,与嵌入式技能大赛设备供应商百科荣创公司进行校企合作,共建嵌入式创新实训室,采用项目式的教学方法,达到培养嵌入式的高端技能型人才,也为本院嵌入式技能竞赛提供人才储备。

3.1 实施内容

本文实施内容包括“STM32”课程项目内容的设计、教学过程的实施和课程的评价标准3个部分。其中项目内容主要包括:LED控制(12 学时)、 按键设置(8 学时)、 超声波传感器数据采集(8 学时)、 电机转速控制(6 学时)、 串口通信与控制(10 学时)、 LCD 显示(10 学时)和功能综合(10 学时)。教学过程的实施需要课前制定好详细的授课计划,了解产品功能和原理,并将各功能分解为一个个任务,对各任务所需知识点进行介绍；学生在接受到任务后自行对知识点收集、学习和消化,并开始进行任务设计。课程的评价标准需要做到公正、公平,注重过程评价,将技能大赛的评分标准应用于STM32嵌入式技术的课程中。

3.2 实施思路

本文根据“STM32”课程标准,采用项目式教学法,将大赛智能小车作为“STM32”课程教学设备,先对小车的总体项目进行演示,对每一部分功能进行介绍,每个任务进行分析,将智能小车的功能拆分成一个个项目进行教学,最后进行功能综合实训,总课时由原来的56课时增加至64课时,课程中采用小组合作的方式进行学习和相互指导。“STM32”课程评价标准参考大赛的评价标准。“嵌入式技术应用开发”赛项主要从电路板焊接、软件编写、软件调试、职业素养这4个方面考核。嵌入式技能竞赛评分标准科学、细致,将评分规则细分化到每一个客观评价的细节,在考核参赛选手技能水平的同时,兼顾团队协作精神和职业道德素养的综合评价。“STM32”课程的评价采用过程评价和结果评价相结合。最后课程改革还需要深化校企合作,“嵌入式技术应用开发”赛项的负责公司和院校联合起来对学生进行技能和核心技能的培养。

3.3 实施过程

“STM32”入门课程标准中含的知识点有GPIO输入输出控制、定时器介绍、定时器中断、外部中断、串口通信、PWM原理和控制、AD转换。本文针对这些学生必须掌握的知识点,结合嵌入式技能大赛的内容,采用项目式教学法,将小车的赛道任务分解到各个知识点,具体实施过程如表1所示。

表1 嵌入式技能竞赛融入“STM32”课程的项目内容

“STM32”课程通过以上简单的基本任务和智能小车项目结合的方式,能够有效地让学生掌握STM32的基本知识点,同时将知识点应用到项目中,可以让学生增加对STM32知识点的理解和STM32应用的掌握。学生如果需要掌握智能小车其他的项目功能,需要在下学期增设STM32高级部分的应用,比如LCD显示、SPI、IIC和DMA等。

3.4 课程评价

“STM32”课程的考核主要以过程性评价为主,占总成绩的70%,每次实验3人组成一个团队进行互相学习和考核,小组需要填写项目实施报告,程序编写规范,能成功演示功能。学生团队同时还与其他团队形成竞争,既有竞争也有合作, 提高在校职业生的职业素养, 为学生进入顶岗实习打下坚实的基础。

4 嵌入式技能竞赛融入“STM32”课程的不足

嵌入式技能竞赛的赛道任务复杂,涉及知识点比较广,还包含了Zigbee、安卓、图像处理和语音识别等技术,“STM32”一学期的课时不够,只能演示小车的一些简单的、基本的功能,学生如果需要掌握更多小车的任务程序编写工作,还需要学生自己课后加强练习和自学,才能将“STM32”课程得到更好的应用,对于参加比赛的学生来说,需要在课后对“STM32”课程进行深入的研究,还要掌握好安卓程序的应用,才能在竞赛中取得很好的成绩。

5 结语

将嵌入式技能竞赛资源融入“STM32”课程的教学,能够提高学生的学习兴趣,培养学生的实践动手能力和团队合作能力,为社会培养更多的嵌入式人才。在“STM32”课程教学过程中,能够发现优秀的团队,为每年的嵌入式技能竞赛选拔人才,本院共参加了3年的省嵌入式技能竞赛,荣获了3次三等奖,通过“STM32”课程的改革和创新,相信学院在今后的嵌入式竞赛中能够获得更好的成绩。