許艷英包宋建陳帥華湯勇

（1.重慶科創(chuàng)職業(yè)學院機電工程系，重慶永川 402160；

2.重慶文理學院電子電氣工程學院，重慶永川 402160）

高職單片機課程教學改革與實施研究

許艷英1包宋建2陳帥華1湯勇1

（1.重慶科創(chuàng)職業(yè)學院機電工程系，重慶永川 402160；

2.重慶文理學院電子電氣工程學院，重慶永川 402160）

針對目前高職院校單片機課程教學工作中存在的突出問題，以“項目引導，任務(wù)驅(qū)動”的人才培養(yǎng)理念為指導，結(jié)合高職學生的認知規(guī)律，構(gòu)建將教學內(nèi)容與學習性工作任務(wù)相結(jié)合的課程教學實施方案，采用“工學交替”教學模式，按照學生的認識能力和認識規(guī)律，以“教、學、做”一體化課程項目為中心組織教學，確保課堂與實踐一體化的教學效果。

單片機；課程改革；教學做一體化

高職教育的性質(zhì)、目標及功能都是由課程教學具體呈現(xiàn)的，因此，課程的教學問題一直是高職教育的核心問題[1]。在高等職業(yè)教育的課程教學過程中，理論教學與實踐教學的關(guān)系始終都是高職教育人才培養(yǎng)的核心問題。而隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，以單片機類課程為核心的電子系統(tǒng)的應(yīng)用和設(shè)計開發(fā)能力已成為衡量電子類人才的重要標準。因此，積極探索高職單片機課程教學，正確處理單片機課程理論教學與實踐教學的關(guān)系，是培養(yǎng)高質(zhì)量高技能型電子類嵌入式人才的重要保障[2]。目前眾多高職院校在進行單片機類課程教學時，雖然進行了一些探索性改革，但不少任課教師仍然難以擺脫傳統(tǒng)的學科教學觀念，教學過程中固定采用先理論后實踐的教學模式，使理論教學和實踐教學嚴重脫節(jié)。

一、單片機課程教學現(xiàn)狀

許多高職院校在進行單片機類課程教學時普遍存在以下問題[3]：①理論教學與實踐教學脫節(jié)；②實驗應(yīng)用機會少；③缺乏具體的實驗教學內(nèi)容和完善的考試、考核方法；④驗證性實驗較多，創(chuàng)新性操作太少；⑤實踐教學內(nèi)容與實踐應(yīng)用脫節(jié)等。采用這些傳統(tǒng)的教學模式和方法，很難讓學生完全掌握單片機類課程系統(tǒng)設(shè)計的基本原理和開發(fā)方法，更不利于培養(yǎng)高職學生的單片機應(yīng)用能力、實踐操作能力及設(shè)計創(chuàng)新能力。眾多高職院校在進行單片機類課程教學時，雖然進行了一些探索性改革，但大多數(shù)教師在授課過程中，仍然固定采用先理論后實踐的教學模式，使理論教學和實踐教學嚴重脫節(jié)。任務(wù)驅(qū)動式教學任務(wù)設(shè)置過于分散，缺乏對現(xiàn)在的MCU（Micro Control Unit，中文名稱為微控制單元，又稱單片微型計算機或者單片機）發(fā)展前沿技術(shù)的介紹；任課教師對單片機類應(yīng)用人才的專業(yè)核心能力把握不夠，對教學中職業(yè)核心能力的培養(yǎng)重視度不夠。諸如此類問題的存在，極大的影響了單片機課程的教學效果，更影響了以嵌入式為主導的電子類畢業(yè)生就業(yè)質(zhì)量。

二、單片機課程教學改革方案

（一）教學內(nèi)容與學習性工作任務(wù)的結(jié)合

由于大多數(shù)高職院校的學生學習基礎(chǔ)較薄弱，學習興趣不夠濃，學習積極主動性不夠強，若單片機課程教學模式仍采用傳統(tǒng)的本科課程模式教學，是難以適應(yīng)當前高職教育對高技能型人才培養(yǎng)的要求的[4]。針對于單片機課程的教學改革，實現(xiàn)課堂與實踐一體化教學模式，以項目為中心組織教學，按照高職學生的認識能力和認識規(guī)律步步深入，徹底打破傳統(tǒng)的以單片機課程結(jié)構(gòu)理論為主線的教學模式和原有內(nèi)容條塊界限，為完成某一項目抽取能力目標的內(nèi)容加以結(jié)合，形成一個以項目為任務(wù)而組合起來的教學單元。以項目為載體，將單片機的理論知識與實踐能力有機融合在一起，使學生在“學中做、做中學”，學生真正成為了學習的主人，大大提高了學生的學習興趣，使單片機課程不再是枯燥的理論課程。所有的教學項目均在實訓室上課，使教學、實訓環(huán)境仿真化，實施了“教、學、做”一體化，從而改變了把單片機理論知識、技能與工作任務(wù)相剝離的傳統(tǒng)格局。單片機課程教學內(nèi)容與學習性工作任務(wù)相結(jié)合的教學實施方案如圖1所示。

圖1 單片機課程教學實施方案

在實施教學改革的過程中，對于每一個工作任務(wù)的實施，都是按照單片機實際開發(fā)的工作過程進行組織安排教學內(nèi)容的，特別注重學生軟硬件調(diào)試能力的培養(yǎng)，很好地體現(xiàn)了職業(yè)性與實踐性；同時在每個任務(wù)最后還安排一個產(chǎn)品調(diào)試維修分析環(huán)節(jié)，從而使學生在具備了一定軟硬件調(diào)試、維護維修能力的基礎(chǔ)上，進一步開闊了學生的視野、提升其分析問題與解決問題的能力及綜合實踐能力。教學活動中每個工作過程的實施過程如圖2所示。

圖2 課程內(nèi)容的組織與安排過程

（二）理實一體化課堂，全面“工學交替”

傳統(tǒng)的“工學交替”教學模式，是采用在學校（課堂）與企業(yè)（車間）兩個地點交替組織教學，校內(nèi)教學活動的組織者是教師，而企業(yè)教學活動的組織者主要是企業(yè)師傅[5]；但是針對到每一門課程的教學上，實現(xiàn)“學校教學”與“企業(yè)實習”的“工學交替”教學模式是非常難以實現(xiàn)的，學生要通過到企業(yè)來進行“學習”與“工作”交替的也是不現(xiàn)實的。針對單片機課程的特點，將工作任務(wù)恰當?shù)嘏c學習任務(wù)有機結(jié)合，在學習中完成工作任務(wù)，將“工學交替”的教學模式在學校教學活動中落實，卻是非常有利于課程教學的。

為了促進學生職業(yè)行動能力的發(fā)展,落實“學習的內(nèi)容是工作，通過工作實現(xiàn)學習”的教學理念，以學生為中心,以學生的興趣為教學組織的起點，并使學生自始至終參與教學全過程，以實際工作過程為參照系，采用項目教學，學生以3-4人組成一個團隊，共同實施一個完整的工作項目而進行教學活動。

教學實施過程中，為了完成每一個項目，又通過研究完成這些項目所需要的知識點，對每個項目細分為4-5個學習任務(wù)，通過完成相關(guān)的工作任務(wù)，生產(chǎn)一個具體的、具有實際應(yīng)用價值的產(chǎn)品，學生在完成任務(wù)的工作中學習，邊學習邊工作，老師根據(jù)任務(wù)來講解相關(guān)知識點，針對性很強，真正實現(xiàn)了“工學交替”。整個教學活動主要在實訓室完成，實現(xiàn)了“理實一體化”的教學模式。教師通過解決任務(wù)案例問題來講解單片機知識，充分體現(xiàn)單片機類課程的應(yīng)用性、實用性，大大激發(fā)了學生學習該課程的學習興趣。以任務(wù)引入理論，由理論指導任務(wù)的實現(xiàn)，充分體現(xiàn)了理論與實踐相結(jié)合，突出教學中“以學生為中心”的教學理念，使學生由被動學習變主動學習。教學過程中的“工學交替”實施過程如圖3所示。

圖3 “工學交替”教學實施過程

三、單片機課程教學改革內(nèi)容

（一）“教學做一體化”教學模式改革

在本課程的教學改革過程中，大力度與企業(yè)實施深度合作，引進了“合泰創(chuàng)新工廠”，改善了原有的教學環(huán)境比較封閉的局面，學生的實踐活動地點可以從實踐室到“合泰創(chuàng)新工廠”，學習時間也不再局限于上課時間，課余時間里，無論是實踐室還是創(chuàng)新工廠，都是開放的，學生經(jīng)與老師協(xié)商后，可以自主地安排每個項目的制作，而每個項目的設(shè)計方案通過論證后還可以參加每年一度的“重慶市合泰杯”單片機設(shè)計競賽。自2010年建立“合泰創(chuàng)新工廠”以來，每年都有學生項目獲獎，而這些作品的設(shè)計主要源于學生平時的自主開發(fā)項目。學生對單片機課程的學習，完全由被動變主動，而“教學做一體化”的教學模式，無論從空間還是時間上，都不再拘泥于以往的形式，而是給學生更多的自主安排權(quán)限。教學過程中，教師對學生加以引導，讓學習內(nèi)容及制作項目的任務(wù)與企業(yè)需求完全結(jié)合。鼓勵學生與教師一起參與對企業(yè)的一些項目設(shè)計制作。這種以就業(yè)為導向的單片機類課程“教學做一體化”教學模式改革，大力度改變了本課程的傳統(tǒng)教學模式，建立了“理實一體化課堂+創(chuàng)新工廠+企業(yè)實訓”的教學模式，理論與實踐一體化、重在實踐、工學結(jié)合，教學模式改革如圖4所示。

圖4 “教學做一體化”教學模式

（二）教學內(nèi)容改革

單片機課程教學改革的核心是教學內(nèi)容的改革，傳統(tǒng)的單片機課程教學內(nèi)容基本上都是先講各控制器的指令系統(tǒng)，然后再講硬件組成，最后講系統(tǒng)應(yīng)用[6]。這樣教學內(nèi)容安排讓學生學習倍感枯燥，并且對前面所學的內(nèi)容很容易遺忘，最后講的核心內(nèi)容（系統(tǒng)應(yīng)用部分）反而因課時分配不足等原因而講授粗略，草草結(jié)束。改革后的單片機課程教學內(nèi)容，完全結(jié)合“項目導向，任務(wù)引領(lǐng)”的先進高職教育理念，以一個大系統(tǒng)為背景分成10個左右的小系統(tǒng)，把課程中的指令和硬件知識融合到10個系統(tǒng)之中，使學生在系統(tǒng)應(yīng)用中掌握各知識點。改變將技能、知識與工作任務(wù)相剝離的傳統(tǒng)格局。弱化與其他課程中交叉或重復(fù)講授的內(nèi)容，并增加現(xiàn)在MCU發(fā)展前沿技術(shù)的介紹和行業(yè)規(guī)范的養(yǎng)成教育，要求學生利用課余時間撰寫學習報告（課外作業(yè)）。根據(jù)專業(yè)課程目標和涵蓋的工作任務(wù)要求，確定課程內(nèi)容和要求，說明學生應(yīng)獲得的知識、技能與態(tài)度，單片機課程教學內(nèi)容見表1。

表1 單片機程序設(shè)計與應(yīng)用課程內(nèi)容

（三）教學方法及考核方式改革

教學方法即包括教師的教法，也包括學生的學法。由于高職學生不善于集中注意力聽教師講解，而是以形象思維為主，所以教學方法不能將理論與實踐分離。傳統(tǒng)的教學幾乎都采用理論教學滿堂灌；先理論后實踐，理論與實踐嚴重脫節(jié)；重理論輕實踐，把實踐教學作為理論教學的附帶品。在實踐教學中演示驗證性實驗多，創(chuàng)新性實驗少。改革后以大系統(tǒng)小項目為背景使用“理實一體化”教學方式，教學地點為實踐室、創(chuàng)新室。教學過程中遵循“理論教學與實踐教學交替”的原則，理論教學過程和實踐教學沒有嚴格的先后之分；軟件教學“文學寫作”化；硬件教學“模塊”化；軟硬件結(jié)合“系統(tǒng)”化。

傳統(tǒng)的單片機課程考試方式多采用期末考試定“終身”。對于高職教育的理實一體化課程，光有理論考試是不夠的，僅有實踐考試也是不當?shù)?。將實踐操作與理論知識有機地結(jié)合起來進行考核，采用加強過程考核，對每個子項目的學習情況進行考核，減少期末考試的分值權(quán)重。加強面對面提問式考核，弱化試卷式答題考核模式，效果會更好。對于制作項目的考核，可邀請企業(yè)專家參與實踐考核評價，嚴格按照企業(yè)單片機設(shè)計開發(fā)制作的流程及要求進行考核，并給出制作項目的改進意見，會收到事半功倍的效果。如果有條件的話，實踐考核的考題可以來源于企業(yè)，這樣的考核內(nèi)容更具真實性及實用性。

四、課程設(shè)計理念及設(shè)計目標

（一）課程設(shè)計理念

在“項目引導，任務(wù)驅(qū)動”的人才培養(yǎng)模式的理念和方法指導下，選擇適合項目，以認識項目開始，學習必須夠用的理論知識，在教師引導下，完成項目設(shè)計。以實際項目開發(fā)流程中的典型工作任務(wù)設(shè)計學習情境，建立真實工作任務(wù)與專業(yè)知識、專業(yè)技能的聯(lián)系，增加學生的直觀體驗，激發(fā)學生的學習興趣。要堅持學生為主體，教師為主導的教學理念。發(fā)揮學生主體作用，讓學生主動探索，通過自己的努力來解決問題。教師是教學過程的組織者、指導者、促進者和咨詢者。突出學生學習的主體地位，充分發(fā)揮學生的積極性和學習潛能，形成適合自己的個性化學習方法，提高學習效率和學習水平。

（二）課程設(shè)計目標

課程教學設(shè)計目標是以課程的培養(yǎng)目標為基礎(chǔ)的。本課程的培養(yǎng)目標是培養(yǎng)適應(yīng)于適應(yīng)于電子產(chǎn)品設(shè)計、產(chǎn)品檢測維修、銷售及技術(shù)服務(wù)第一線需要，具有較強電子技術(shù)應(yīng)用能力，熟悉基于單片機電路的應(yīng)用技術(shù)設(shè)計，又具有自動化設(shè)備安裝、調(diào)試、維護能力和良好的職業(yè)素質(zhì)的高素質(zhì)技能型專門人才[7]。

通過對電子產(chǎn)品設(shè)計助理工程師和電子產(chǎn)品測試員的工作任務(wù)、工作過程進行分析，確立了本課程的能力目標、知識目標和素質(zhì)目標。

1.知識目標

掌握單片機基本結(jié)構(gòu)和原理；掌握單片機存儲系統(tǒng)、輸入輸出接口電路；掌握單片機仿真器和編程器使用方法；掌握MCS-51匯編語言基本指令，匯編語言程序設(shè)計方法；掌握常用電子元器件和芯片的檢測方法；掌握典型A/D、D/A轉(zhuǎn)換器的使用方法；掌握加、減、乘、除及延時等子程序調(diào)用方法；掌握MCS-51單片機的I/O接口、中斷、定時器等模塊工作原理。

2.素質(zhì)目標

具有良好的職業(yè)道德、規(guī)范操作意識；具備良好的團隊合作精神；具備良好的組織協(xié)調(diào)能力；具有求真務(wù)實的工作作風；具有開拓創(chuàng)新的學習精神；具有良好的語言文字表達能力。

3.能力目標

能熟練操作萬用表、信號發(fā)生器、示波器、電子電壓表、穩(wěn)壓電源等常用電子儀表；能熟練查閱常用電子元器件和芯片的規(guī)格、型號、使用方法等技術(shù)資料；能熟練的使用匯編語言進行電子產(chǎn)品軟件程序設(shè)計；能用PROTEUS仿真軟件對電子電路進行仿真；能熟練的利用單片機仿真器調(diào)試硬件電路；能分析典型的模擬、數(shù)字電路（信號的提取、電源、信號移相等等）。能制定電子產(chǎn)品開發(fā)計劃和步驟，提出解決電路設(shè)計問題的思路；能查閱單片機外圍電子元件的英文資料；能撰寫產(chǎn)品制作文件、產(chǎn)品說明書。

五、課程教學實施

（一）教學實施方式

在教學實施過程中，采用實物演示、系統(tǒng)模擬、動畫等多種教學手段，使學生們盡可能多的得到與單片機相關(guān)應(yīng)用的感性認識，同時使一些較抽象的內(nèi)容，如CPU時序、指令尋址—譯碼—執(zhí)行過程、程序跳轉(zhuǎn)時寄存器和堆棧的變化等，變得形象化、直觀化，同時結(jié)合隨堂實驗和仿真實驗，提高學生的動手能力、增強學生的工程意識。

（二）教學實施過程

每個項目的教學都采用“明確項目目標-項目分析-項目實施-項目評估”四大環(huán)節(jié)；每個任務(wù)也要做到“明確任務(wù)目標-任務(wù)分析-任務(wù)實施-任務(wù)拓展-項目評估”五個步驟。通過教學實施，學生能夠建立起單片機課程軟件和硬件的完整知識體系結(jié)構(gòu)，同時能夠掌握匯編語言編程和C語言編程方法，熟練掌握各類控制器的CPU、存儲器體系結(jié)構(gòu)、MCU的引腳功能及使用、定時/計數(shù)器、中斷系統(tǒng)、串行通信、各種接口電路、LED顯示、LCD顯示、電機控制等。通過項目分析及項目實施，學生能夠掌握單片機技術(shù)硬件開發(fā)能力和軟件開發(fā)能力。對于硬件開發(fā)能力，學生可以根據(jù)每個項目的要求選擇合理的器件，首先在Proteus硬件仿真平臺上進行系統(tǒng)的仿真調(diào)試；在PROTEL軟件平臺上繪制原理圖和PCB圖，然后制板，焊接，硬件調(diào)試；對于軟件開發(fā)能力，學生可以根據(jù)設(shè)計目標構(gòu)思設(shè)計方框圖，選擇合適的編程語言編寫程序，再進行程序調(diào)試，最后進行程序燒寫并整體調(diào)試。最終使學生建立起系統(tǒng)開發(fā)的思想和能力。整個項目完成后，必須完成每個項目的評估表。具體實施流程圖如圖5所示。

圖5 教學流程圖

（三）教學實施效果

通過項目組對單片機類課程的教學改革研究，

突破了以往理論與實踐相脫節(jié)的現(xiàn)象，教學環(huán)節(jié)相對集中。充分發(fā)揮了教師的主導作用，通過設(shè)定教學任務(wù)和教學目標，讓師生雙方邊教、邊學、邊做，全程構(gòu)建素質(zhì)和技能培養(yǎng)框架，豐富課堂教學和實踐教學環(huán)節(jié)，提高了教學質(zhì)量。在整個教學環(huán)節(jié)中，理論和實踐交替進行，直觀和抽象交錯出現(xiàn)，沒有固定的先實后理或先理后實，而理中有實，實中有理。突出了學生動手能力和專業(yè)技能的培養(yǎng)，充分調(diào)動和激發(fā)了學生學習興趣，提高了學生的專業(yè)核心能力。通過單片機課程教學改革，培養(yǎng)學生了學生的自學能力、不斷探索的精神和系統(tǒng)開發(fā)工程師在設(shè)計過程中應(yīng)當具備的行業(yè)規(guī)范習慣。培養(yǎng)了學生開發(fā)項目的團隊意識、協(xié)作意識、時效意識和競爭意識，提高了學生的職業(yè)核心能力。

[1]李雄杰．職業(yè)教育理實一體化課程研究[M]．北京：北京師范大學出版社，2011：7-15.

[2]包宋建．單片機類課程“理實一體化”教學改革探索與實踐[J]．工業(yè)控制計算機，2013（7）：113-115.

[3]廖德華，謝光彩，陳向，何成．工學結(jié)合下選礦專業(yè)人才培養(yǎng)模式研究[J]．岳陽職業(yè)技術(shù)學院學報，2014（1）：10-1.3

[4]劉超．單片機課程一體化開放式教學模式研究[J].理論創(chuàng)新，2014（1）：12-13

[5]鮑愛達，曲秀杰．基于MPC563的ECU嵌入式系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用[J].工業(yè)控制計算機，2005（3）：59-60.

[6]戴士弘.高職教改課程教學設(shè)計案例集[M].北京:清華大學出版社，2007.

[7]彭偉.單片機C語言程序設(shè)計實訓100例：基于8051+Proteus仿真[M].北京：電子工業(yè)出版社，2011：28-30.

（責任編校：馬余平）

The Research of Teaching Reform and Im p lementation in Higher Vocational MCU Course

XU Yan-ying1BAO Song-jian2CHEN Shuai-hua1TANG Yong1

(1.DepartmentofMechanical and Electrical Engineering,Chongqing Creation Vocational College, Yongchuan,Chongqing 402160;
2.College of Electronic and Electrical Engineering,Chongqing University of Arts and Sciences,Yongchuan,Chongqing 402160)

Aiming at the present outstanding problems that exist in the course teaching of MCU in Higher vocational colleges,taking the"talent training project,the task-driven"talents cultivation asa guide,combing the cognitive rulesofhigher vocationalstudents,thispaperbuilt the course teaching implementation plan of combining the contentof teachingand learning tasks,applied the"workingand learningalternation"teachingmodelaccording to the students'cognitiveability and cognition rule,with the integration of"teaching,learningand doing"projectas the center toorganize teaching,toensure theeffectofclassroom and practice integrated teaching.

micro-programmed control unit(MCU);course reform;teaching,learning and doing integration

G 712；TP 368.1

C

1672－738X（2014）04－0074－05

2014-06-21

重慶市高等教育教學改革研究一般項目“行動導向高職‘單片機程序設(shè)計與應(yīng)用’教學實踐研究”（1203180）。

許艷英（1974—），女，內(nèi)蒙古赤峰人，電氣工程專業(yè)副教授。主要研究方向：高職教育理論，嵌入式控制系統(tǒng)開發(fā)及應(yīng)用。