陳華竣

在汽車領(lǐng)域中，隨著汽車電子自動化程度越來越高，單片機(jī)的應(yīng)用也越來越廣泛。目前，國內(nèi)許多院校的汽車相關(guān)專業(yè)都開設(shè)了單片機(jī)課程，教學(xué)方法也各式各樣。人們提出了“理論—實踐”一體化的改革設(shè)想；探討了以工程應(yīng)用為中心的教學(xué)模式；提出了利用Proteus軟件的虛擬仿真功能進(jìn)行單片機(jī)的教學(xué)方法。這些研究成果提出了許多新穎的想法，但是不完全適合汽車專業(yè)學(xué)生的知識結(jié)構(gòu)和接受能力。為此，筆者結(jié)合學(xué)校汽車專業(yè)單片機(jī)課程教學(xué)實際，探討單片機(jī)課程的教學(xué)改革方法。

一、汽車專業(yè)單片機(jī)教學(xué)現(xiàn)狀

1.案例針對性較弱

單片機(jī)本身是一門綜合性較強(qiáng)的課程，涉及編程、硬件、電子技術(shù)方面的知識，筆者學(xué)校汽車專業(yè)只開設(shè)了電工電子技術(shù)課程，因此學(xué)生的電子技術(shù)、計算機(jī)等基礎(chǔ)知識偏少，學(xué)習(xí)單片機(jī)時比較困難。另外，原有的單片機(jī)課程的教學(xué)方法與電子類、機(jī)械類專業(yè)區(qū)別不大，所用的案例與汽車專業(yè)結(jié)合較差，學(xué)生不能很好地體會單片機(jī)在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用效果，學(xué)習(xí)起來比較茫然，學(xué)習(xí)效果不理想，積極性不高。

2.學(xué)時的限制

由于受到學(xué)校新的人才培養(yǎng)方案的限制，各專業(yè)都在壓縮培養(yǎng)計劃中各課程的學(xué)時。目前汽車專業(yè)單片機(jī)課程安排的學(xué)時共56個，其中理論學(xué)時50個，實驗學(xué)時6個。實驗學(xué)時偏少，造成學(xué)生對理論知識理解不透徹，學(xué)了之后不知該如何應(yīng)用的情況。

3.理論與實驗沒有統(tǒng)一

目前的單片機(jī)課程理論內(nèi)容安排在教室講授，實驗是在實驗室進(jìn)行，兩個部分相對分離。雖然教師會在實驗前布置實驗內(nèi)容，但是由于學(xué)生沒有事先熟悉實驗環(huán)境，實驗時比較茫然。學(xué)生只是機(jī)械地按照實驗指導(dǎo)的步驟去操作，得出相應(yīng)的實驗結(jié)果就完成任務(wù)了，并沒有仔細(xì)思考這個實驗涉及哪些理論知識，可以用于什么樣的場景。另外，學(xué)校實驗室課外時間不對學(xué)生開放，學(xué)生課后不能進(jìn)一步驗證或探究理論和實際一致性，缺少發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的機(jī)會，逐漸失去對單片機(jī)學(xué)習(xí)的興趣。

4.編程能力較弱

雖然在單片機(jī)課程之前學(xué)生先修了C語言課程，但是由于專業(yè)的關(guān)系，學(xué)生對計算機(jī)相關(guān)知識接觸的較少，對程序設(shè)計思想、編程技巧掌握的不夠熟練，在單片機(jī)的學(xué)習(xí)中對于硬件編程的內(nèi)容更是難以消化和理解，造成對單片機(jī)學(xué)習(xí)的恐懼心理。

二、混合式單片機(jī)課程教學(xué)改革思路

1.開發(fā)汽車相關(guān)的案例

單片機(jī)的教學(xué)離不開案例的支撐，設(shè)計與專業(yè)領(lǐng)域相關(guān)的案例能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，同時能體現(xiàn)汽車專業(yè)的特點。教師可以在每個重點教學(xué)內(nèi)容中都設(shè)計相應(yīng)的案例，從易到難，案例不僅包含Proteus仿真案例，還包含實驗儀所支持的案例。

案例設(shè)計可以分為兩種：基礎(chǔ)案例和專業(yè)案例?；A(chǔ)案例重點與理論知識點相結(jié)合，讓學(xué)生掌握理論概念。專業(yè)案例與專業(yè)知識相結(jié)合，通過專業(yè)案例的講解與演示，學(xué)生可以進(jìn)一步熟悉單片機(jī)在汽車上的具體應(yīng)用，發(fā)掘興趣所在，為今后進(jìn)一步學(xué)習(xí)打下良好的基礎(chǔ)。

以并行I/O口應(yīng)用為例，流水燈是基礎(chǔ)案例，原理簡單易懂，學(xué)生容易接受。但是流水燈的閃爍形式可以千變?nèi)f化，取決于軟件的控制。流水燈不同的閃爍方式就是不同的案例，簡單的案例可以在課堂上詳細(xì)講解，復(fù)雜的只講解控制流程，提供參考流程圖和程序，讓學(xué)生課下思考完成。

汽車轉(zhuǎn)向燈是專業(yè)案例，教師通過講解轉(zhuǎn)向燈的控制原理，將單片機(jī)的I/O控制與轉(zhuǎn)向燈結(jié)合起來，學(xué)生能將單片機(jī)和汽車上的電器裝置聯(lián)系起來，從而理解單片機(jī)在汽車上的應(yīng)用。

學(xué)生還可以將汽車轉(zhuǎn)向燈案例進(jìn)行擴(kuò)展，模擬控制汽車大燈、剎車、警示燈等，學(xué)生通過該案例了解汽車燈光控制系統(tǒng)的基本原理，為以后走向工作崗位打下良好的基礎(chǔ)。

2.采用混合式教學(xué)模式，并將理論講授和實驗操作相融合

由于學(xué)時的限制，為了保證學(xué)生在更少的學(xué)時內(nèi)更多地掌握單片機(jī)的知識，縮小現(xiàn)有教學(xué)中理論和實踐之間的差距，可以采取以下兩種方式。

（1）在線學(xué)習(xí)和課堂講授相結(jié)合。如下圖所示，使用網(wǎng)絡(luò)課程平臺，鼓勵學(xué)生課下進(jìn)行在線學(xué)習(xí)。教學(xué)流程如下：教師首先進(jìn)行線上線下一體化的教學(xué)設(shè)計，并制作單片機(jī)關(guān)鍵知識點的教學(xué)視頻；視頻長度控制在10分鐘以內(nèi)，將視頻、PPT、案例發(fā)布網(wǎng)絡(luò)課程平臺中，作為學(xué)習(xí)資源；每次上課前發(fā)布一個簡短的預(yù)習(xí)提綱（即導(dǎo)學(xué)信息及學(xué)習(xí)任務(wù)與活動），學(xué)生根據(jù)提綱先自主進(jìn)行在線學(xué)習(xí)；課堂上教師著重結(jié)合相應(yīng)的案例對重點、難點進(jìn)行講解，解決學(xué)生在線學(xué)習(xí)中遇到的問題，學(xué)生在課堂上完成要求的案例；每個章節(jié)結(jié)束后，教師布置作業(yè)供學(xué)生復(fù)習(xí)，以鞏固所學(xué)的知識；課后教師可以對該次課進(jìn)行總結(jié)，并整理擴(kuò)展資源及案例發(fā)布到網(wǎng)絡(luò)課程中，學(xué)生可以在課下完成作業(yè)并有選擇的學(xué)習(xí)擴(kuò)展資源中的內(nèi)容，培養(yǎng)自主學(xué)習(xí)的習(xí)慣。

（2）將授課地點安排在計算機(jī)房。將單片機(jī)的授課地點安排在計算機(jī)房，學(xué)生可以在聽完本次課的重點、難點講解后，馬上對案例進(jìn)行驗證和拓展，實現(xiàn)理論講解和實驗相融合。如果機(jī)房資源有限，也可以讓學(xué)生自帶筆記本電腦在教室進(jìn)行實驗。

實驗可以通過Proteus仿真軟件或便攜式實驗儀兩種方式進(jìn)行。使用Proteus仿真軟件，學(xué)生可以完成案例中芯片選取、電路設(shè)計、程序編寫、加載、運行的整個過程；使用便攜式實驗儀，學(xué)生可以通過簡單的接線，將Proteus中驗證的程序加載到實物單片機(jī)系統(tǒng)中進(jìn)行驗證。實驗儀可以讓學(xué)生課后繼續(xù)使用，以增加練習(xí)和實驗的時間。

3.采用C語言與匯編語言融合教學(xué)

在單片機(jī)課程教學(xué)中使用C語言與匯編語言融合的方式，可以強(qiáng)化學(xué)生對單片機(jī)工作原理及過程的理解。掌握單片機(jī)的匯編指令系統(tǒng)能幫助學(xué)生進(jìn)一步熟悉單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)，有助于學(xué)生提高設(shè)計和實現(xiàn)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的能力，能編寫出效率更高、更可靠的C語言程序。

在單片機(jī)的教學(xué)案例中，教師可以使用C語言和匯編語言兩種形式進(jìn)行程序編寫和講解，讓學(xué)生體會使用C語言和使用匯編語言實現(xiàn)單片機(jī)應(yīng)用的優(yōu)勢與劣勢，在以后的工作中可以更好地選擇合適的語言進(jìn)行單片機(jī)項目開發(fā)。endprint

三、改革的實施及問題

1.具體實施

筆者將上述教學(xué)改革思路應(yīng)用在汽車學(xué)院14級單片機(jī)原理與應(yīng)用課程的教學(xué)中，取得了較為明顯的效果。

（1）設(shè)計了若干基礎(chǔ)案例和專業(yè)案例。共設(shè)計了5個基礎(chǔ)案例（LED流水燈、秒表、計數(shù)器、串行口通信、4*4矩陣鍵盤檢測）和4個專業(yè)案例（汽車轉(zhuǎn)向燈、倒車?yán)走_(dá)報警、溫度控制、小型CAN總線）。由淺入深，學(xué)生學(xué)習(xí)興趣提高明顯。

（2）采用混合式教學(xué)模式，使用網(wǎng)絡(luò)課程平臺建立網(wǎng)絡(luò)課程，按教學(xué)進(jìn)度制作微視頻、PPT、案例、試題、擴(kuò)展資料等資源，布置學(xué)生課下在線學(xué)習(xí)任務(wù)。教師在課堂上著重結(jié)合案例講解重點、難點，學(xué)生在課堂上完成基礎(chǔ)案例的制作，教師演示專業(yè)案例，講解設(shè)計思路。布置課后作業(yè)，學(xué)生課下在線完成。

（3）將實驗與教學(xué)進(jìn)行一體化安排，增加實驗時間。雖然受到學(xué)校資源限制，授課地點不能安排在計算機(jī)機(jī)房，但是可以鼓勵學(xué)生攜帶筆記本電腦到課堂，教師在講課過程中講解演示案例。學(xué)生每2～3人分成小組進(jìn)行練習(xí)，每組配備一套便攜單片機(jī)實驗儀，由學(xué)生自行保管，課程結(jié)束再回收。在課堂上，學(xué)生不僅可以通過Proteus仿真軟件對單片機(jī)案例進(jìn)行訓(xùn)練，還可以直觀地對實驗儀中的單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行操作，將仿真系統(tǒng)與試驗儀中實物系統(tǒng)進(jìn)行對照，掌握各案例的電路原理及制作過程，掌握單片機(jī)的程序編寫，編譯和下載步驟，從而更深入地理解單片機(jī)系統(tǒng)開發(fā)過程。

（4）采用C語言與匯編語言融合教學(xué)。案例中加強(qiáng)匯編程序和C程序的對比。學(xué)生進(jìn)一步熟悉C語言的語法及使用。多數(shù)學(xué)生反映匯編語言讓他們對單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)有了較詳細(xì)的了解，C語言使用起來更為方便、靈活。

2.存在的問題

混合式教學(xué)模式對教師提出更高的要求。教師既要完成線下現(xiàn)場教學(xué)，還要完成線上教學(xué)視頻的設(shè)計與錄制，制作相應(yīng)的教學(xué)資源發(fā)布到網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺，將線上線下作為一體設(shè)計課程。另外，任課教師需要同時具備汽車專業(yè)知識和單片機(jī)系統(tǒng)開發(fā)能力。理論課程與實踐課程相融合，課程實驗與汽車專業(yè)課程的有機(jī)結(jié)合，都需要教師利用較多的課外時間來準(zhǔn)備。如何分配和控制課堂上的時間也是需要進(jìn)一步解決的問題。因此，任課教師需要不斷學(xué)習(xí)，經(jīng)常對教學(xué)計劃進(jìn)行反思、總結(jié)、修改，完善教學(xué)內(nèi)容，提高汽車專業(yè)單片機(jī)課程的教學(xué)能力。

針對汽車專業(yè)單片機(jī)教學(xué)的改革是個長期且不斷探索完善的過程。 為了能獲得更好的教學(xué)效果，需要在教學(xué)內(nèi)容上不斷調(diào)整，充分結(jié)合專業(yè)需求，進(jìn)一步探討提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)新能力、培養(yǎng)符合社會需要人才的方法。

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（作者單位：廣東技術(shù)師范學(xué)院）endprint