曹利云

摘 要：針對技工院校單片機(jī)課程教學(xué)存在的問題，依據(jù)單片機(jī)技術(shù)應(yīng)用課程本身的特點及筆者學(xué)校學(xué)生的上課狀態(tài)，遵循學(xué)生可持續(xù)發(fā)展的理念，就四元教學(xué)法在單片機(jī)教學(xué)中的應(yīng)用進(jìn)行探索與實踐。即以四元教學(xué)方法為載體，重新設(shè)計單片機(jī)課程的教學(xué)方案，將原來教學(xué)過程的學(xué)習(xí)任務(wù)利用簡化條件法分解成為學(xué)習(xí)任務(wù)序列，讓學(xué)生由易到難、由簡到繁、由淺入深、循序漸進(jìn)地學(xué)習(xí)與工作，收到了很好的教學(xué)效果，培養(yǎng)了學(xué)生的綜合職業(yè)能力，提高了學(xué)生的整體素質(zhì)。

關(guān)鍵詞：四元教學(xué)法 教學(xué)設(shè)計 單片機(jī)

四元教學(xué)法是技工院校采用的一種新型的教學(xué)方法，是指運用學(xué)生已經(jīng)積累的知識與經(jīng)驗，讓學(xué)生快速進(jìn)入教師所設(shè)置的學(xué)習(xí)情境中，在課堂中能自主思考，積極探究，使課堂更加活潑而高效的教學(xué)方法。筆者學(xué)校教師經(jīng)過企業(yè)調(diào)研、實踐專家訪談會、提取典型工作任務(wù)等一系列活動研發(fā)的學(xué)習(xí)任務(wù)，在教學(xué)過程中由于種種原因卻難以實施，為了解決這一難題，本文對比分析“四元教學(xué)”實施前后單片機(jī)技術(shù)應(yīng)用課程的教學(xué)效果，基于實踐分析研究的成果，說明四元教學(xué)法在單片機(jī)課程中對于教學(xué)設(shè)計的重要性。

一、課程簡介

單片機(jī)技術(shù)應(yīng)用課程是技工院校自動化專業(yè)實踐性很強(qiáng)的一門專業(yè)拓展課，與其他專業(yè)課程聯(lián)系緊密。學(xué)習(xí)該課程之前，學(xué)生需要掌握電工基礎(chǔ)、電子產(chǎn)品的安裝與調(diào)試等方面的基礎(chǔ)知識。學(xué)好該課程為世界技能大賽電子技術(shù)項目競賽夯實基礎(chǔ)，更為學(xué)生畢業(yè)后能找到電子信息類相關(guān)工作起著不可替代的作用。筆者學(xué)校在教學(xué)計劃中已把單片機(jī)技術(shù)應(yīng)用課程定位為工學(xué)結(jié)合項目教學(xué)課程。該課程涵蓋了流水燈控制系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)、電動機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)、送料小車控制系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)、數(shù)字鐘控制系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)、數(shù)字溫度計控制系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)等五個學(xué)習(xí)任務(wù)的教學(xué)內(nèi)容，承載了該門課程最主要的基礎(chǔ)知識點與技能點。

二、課程現(xiàn)狀

筆者學(xué)校單片機(jī)技術(shù)應(yīng)用課程上課的現(xiàn)狀是，老師以講解理論知識和演示技能為主，學(xué)生在被動接受知識，被動看教師演示技能，甚至有的教師滿堂灌，導(dǎo)致很多學(xué)生不能主動積極地參與到課堂中，教學(xué)效果非常不理想。因此，結(jié)合當(dāng)前學(xué)校學(xué)生上課的現(xiàn)狀，在進(jìn)行該課程教學(xué)改革與實踐時，運用四元教學(xué)法重新設(shè)計課程，讓全體學(xué)生都能主動積極參與到課堂中。同時，爭取把該課程的重點與難點化整為零，使學(xué)生學(xué)習(xí)起來得心應(yīng)手，提高學(xué)生學(xué)習(xí)積極性。下文以單片機(jī)技術(shù)應(yīng)用課程中“流水燈控制系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)”這一學(xué)習(xí)任務(wù)為例，分析運用四元教學(xué)法設(shè)計前后課堂得到的不同教學(xué)效果。

三、改革前教學(xué)設(shè)計

流水燈控制系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)主要涵蓋了七個方面的知識與技能點。第一，單片機(jī)最小系統(tǒng)的硬件設(shè)計；第二，單片機(jī)硬件仿真軟件Protues的使用方法；第三，單片機(jī)匯編語言編譯軟件Keil的使用方法；第四，LED流水燈控制系統(tǒng)的電路設(shè)計；第五，單片機(jī)LED燈亮與滅的匯編語言程序設(shè)計；第六，單片機(jī)控制系統(tǒng)的延時程序設(shè)計；第七，系統(tǒng)聯(lián)調(diào)。

學(xué)生在學(xué)習(xí)流水燈控制系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)之前，對單片機(jī)的基本知識點與技能點，有了初步的認(rèn)識。如單片機(jī)最小系統(tǒng)組成、Protues軟件的使用方法、Keil軟件的使用方法、匯編語言及電路的簡單控制方式等。這些基礎(chǔ)知識在講解學(xué)習(xí)任務(wù)之前都進(jìn)行簡單的介紹。流水燈控制系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)教學(xué)設(shè)計如下。

1.教學(xué)活動

流水燈控制系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)由四個教學(xué)活動組成，即教學(xué)活動一“接受任務(wù)，查詢資料，制訂計劃”，教學(xué)活動二“裝調(diào)前的各項準(zhǔn)備工作”，教學(xué)活動三“系統(tǒng)的裝配、編程與調(diào)試”，教學(xué)活動四“工作總結(jié)與產(chǎn)品展示”。

2.教學(xué)環(huán)節(jié)

就教學(xué)活動三來說，課堂教學(xué)共分為四個教學(xué)環(huán)節(jié)，分別是：教學(xué)環(huán)節(jié)一“流水燈電路的安裝”，教學(xué)環(huán)節(jié)二“運用Keil軟件對流水燈電路進(jìn)行程序設(shè)計”，教學(xué)環(huán)節(jié)三“運用Protues軟件進(jìn)行軟件模擬”，教學(xué)環(huán)節(jié)四“流水燈控制系統(tǒng)軟、硬件聯(lián)調(diào)”。

3.教師活動

（1）指導(dǎo)學(xué)生安裝流水燈電路；（2）指導(dǎo)學(xué)生運用Keil軟件對流水燈電路進(jìn)行程序設(shè)計；（3）指導(dǎo)學(xué)生利用Protues軟件對流水燈電路進(jìn)行模擬仿真；（4）指導(dǎo)學(xué)生調(diào)試流水燈控制系統(tǒng)。

4.學(xué)生活動

（1）安裝流水燈電路；（2）在Keil軟件中使用匯編語言編寫流水燈程序：（3）運用Protues軟件模擬仿真流水燈電路；（4）下載程序到流水燈硬件電路板，實現(xiàn)系統(tǒng)聯(lián)調(diào)，完成學(xué)習(xí)任務(wù)。

由以上教學(xué)設(shè)計細(xì)節(jié)可知，雖然已經(jīng)是當(dāng)前流行的任務(wù)引領(lǐng)式教學(xué)，但教學(xué)設(shè)計過程大多數(shù)還是以教師的經(jīng)驗為主，設(shè)計欠缺條理性，導(dǎo)致教師在上課的過程中出現(xiàn)一系列問題，比如，教師在講臺上唱獨角戲，學(xué)生只聽講不主動積極思考；或者有的學(xué)生聽得云里霧里，根本融入不到課堂中去。筆者在實施教學(xué)的過程中，偶爾也有學(xué)生動手實踐環(huán)節(jié)，如安裝流水燈電路、編寫程序，但由于學(xué)生沒有從根本上理解關(guān)鍵知識點、技能點，只能在教師的指導(dǎo)下完成任務(wù)，沒有自主學(xué)習(xí)的能力，甚至在編寫程序的過程中無所適從。大部分學(xué)生是在教師編寫好程序上，他們直接輸入到軟件中，遇到問題不能通過自己或小組解決，分析問題、解決問題的能力欠缺。另外，從教師層面來說，經(jīng)驗不同的教師按照這份教學(xué)設(shè)計進(jìn)行教學(xué)，上課的效果可能完全不同，或生動有趣，或呆板乏味，導(dǎo)致工學(xué)結(jié)合課成為單一的理論課或者技能課，沒有達(dá)到預(yù)期的教學(xué)效果。

四、改革后教學(xué)設(shè)計

對于以上達(dá)不到理想教學(xué)效果的問題，經(jīng)過學(xué)校自動化專業(yè)教研組討論研究，形成了按照四元教學(xué)法重新進(jìn)行教學(xué)設(shè)計，把流水燈控制系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)學(xué)習(xí)任務(wù)分解為任務(wù)難度與學(xué)生基礎(chǔ)、能力相匹配的，由易到難、由簡到繁、由淺入深的三個學(xué)習(xí)任務(wù)序列的意見。即：任務(wù)序列一“單個LED燈閃爍”，任務(wù)序列二“8個LED燈間隔亮并閃爍的控制系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)”，任務(wù)序列三“8個LED燈循環(huán)亮1s并閃爍的控制系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)”。下文以任務(wù)序列一“單個LED燈閃爍”為例進(jìn)行如下教學(xué)設(shè)計。

教師：布置任務(wù)——展示單個LED燈閃爍控制系統(tǒng)，并提問此電路的基本組成及怎樣實現(xiàn)單個LED燈閃爍。

學(xué)生：自主思考，積極探索，小組討論，查閱所需資料，并記錄總結(jié)。

教師：將單個LED燈閃爍與生活中廣告牌相比較，引出單片機(jī)最小系統(tǒng)的組成，要求學(xué)生用軟件搭建單片機(jī)最小系統(tǒng)。

學(xué)生：利用Protues軟件搭建單片機(jī)最小系統(tǒng)。

教師：總結(jié)學(xué)生在最小系統(tǒng)搭建過程中遇到的問題，給予統(tǒng)一指導(dǎo)與講解。

學(xué)生：進(jìn)一步完善本組的最小系統(tǒng)設(shè)計。

教師：在最小系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，指導(dǎo)學(xué)生搭建單個LED燈控制電路。

學(xué)生：分組搭建單個LED燈電路。

教師：如何實現(xiàn)單個LED燈亮或者滅？講解LED燈亮與滅的工作原理，及如何編寫亮燈程序，并利用仿真軟件演示單個LED燈閃爍電路。

學(xué)生：自主思考，積極探究，觀察仿真電路，查閱所需資料，編寫單個LED燈的亮燈程序，利用Protues軟件及Keil軟件模擬仿真并總結(jié)記錄。

教師：指出各小組在仿真過程中遇到的問題，及時評價反饋。

學(xué)生：在評價反饋的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步完善本組作品。

教師：LED燈亮與滅的時間如何設(shè)置？講解延時程序的結(jié)構(gòu)。

學(xué)生：根據(jù)教師的講解，各小組設(shè)置不同的延時時間，可以是0.5s或1s，再次對電路進(jìn)行仿真，靈活運用延時程序，完成任務(wù)。

學(xué)生：展示本組成果，進(jìn)行小組自我評價、小組互相評價，小組轉(zhuǎn)圈評價。

教師：總結(jié)各組在展示產(chǎn)品的過程中遇到的問題，給予及時的評價反饋。

學(xué)生：根據(jù)各小組及老師的反饋，進(jìn)一步完善單個LED燈閃爍電路，并寫出總結(jié)記錄。

教師：布置作業(yè)——如何實現(xiàn)8個LED燈間隔亮并閃爍（下個學(xué)習(xí)任務(wù)序列需要準(zhǔn)備的資料）。

從本教學(xué)設(shè)計可以看出，教學(xué)過程中每一個環(huán)節(jié)環(huán)環(huán)相扣。全體學(xué)生都能主動積極地參與到課堂中去，求知欲望極其強(qiáng)烈。教師布置任務(wù)，引領(lǐng)學(xué)生積極思考，積極探索，再通過小組合作共同完成學(xué)習(xí)任務(wù)。通過小組之間互相評價，取長補(bǔ)短，互相學(xué)習(xí)，共同提高，從中鍛煉了學(xué)生解決問題的能力與語言表達(dá)能力，提高了學(xué)生整體素質(zhì)。教師對學(xué)生完成任務(wù)情況及時給予合理評價，并對實施過程中存在的共性問題進(jìn)行解答，如大部分學(xué)生在編寫程序時不會計算延時時間，教師則可以給出延時時間編寫流程圖，提示學(xué)生如何合理設(shè)置程序，讓學(xué)生都能形成良好的編程習(xí)慣，快速有效地完成學(xué)習(xí)任務(wù)，進(jìn)一步提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。本教學(xué)設(shè)計中，教學(xué)過程具有可控性，可執(zhí)行力強(qiáng)，且對于教師的資歷要求不高，只要按照本設(shè)計進(jìn)行教學(xué)，按部就班要求學(xué)生完成每一項工作任務(wù)，學(xué)生和教師都能靈活融入情境，快樂教學(xué)與學(xué)習(xí)，能達(dá)到預(yù)期的教學(xué)效果，能很好地實現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)。當(dāng)然，經(jīng)驗豐富的教師運用起來會更加靈活自如。

五、小結(jié)

本文對比分析了單片機(jī)技術(shù)應(yīng)用課程在教學(xué)設(shè)計改革前后的效果。運用四元教學(xué)法設(shè)計與實施的課堂，通過簡化條件法把原來的學(xué)習(xí)任務(wù)分解為學(xué)習(xí)任務(wù)序列，形成由易到難、由簡到繁的漸進(jìn)學(xué)習(xí)過程，遵循學(xué)生的身心發(fā)展規(guī)律。運用四元教學(xué)法設(shè)計的單片機(jī)技術(shù)應(yīng)用課程，課堂更加生動活潑有趣，更具有可操作性，不僅增強(qiáng)了學(xué)生自主學(xué)習(xí)、積極探索的能力，提高了學(xué)生分析問題、解決問題的能力，還提高了學(xué)生語言表達(dá)能力與溝通能力和綜合職業(yè)能力，達(dá)到了高技能人才的培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)，為國家培養(yǎng)優(yōu)秀的高素質(zhì)技能型人才奠定基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

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（作者單位：邢臺技師學(xué)院）