董慧

單片機課程在基于CDIO教育理念的教學(xué)改革初期，筆者想到了日新月異的單片機發(fā)展史：由最初的4位單板機，發(fā)展到現(xiàn)在32位可以移植操作系統(tǒng)的嵌入式ARM內(nèi)核，單片機的運算速度越來越快，功能集成度越來越高，那么對于高校工科專業(yè)而言，如今選擇哪一款單片機作為初學(xué)者最適合入門的機型成為首要問題。大多數(shù)高校在學(xué)生學(xué)習(xí)單片機之前都開設(shè)了“微型計算機原理與接口技術(shù)”這門課程，主要學(xué)習(xí)8086/8088CPU的結(jié)構(gòu)原理與匯編語言程序設(shè)計，這與后來開設(shè)的單片機課程在理論上有很多相似之處，容易造成學(xué)生混淆，增添學(xué)習(xí)負擔(dān)，加之8086/8088現(xiàn)在已經(jīng)沒有太大實用價值，同時以8086/8088作為主講機型的課程存在實踐教學(xué)和實際應(yīng)用脫節(jié)以及教學(xué)效果不理想的問題。因此筆者認為有必要對“微型計算機原理”“微型計算機接口與應(yīng)用”“單片機原理與應(yīng)用”三門課程的內(nèi)容進行整合。

那么該選擇哪一款單片機作為主講機型？它跟8086/8088系列CPU有什么區(qū)別和聯(lián)系？能否讓初學(xué)者快速入門且可以獨立完成屬于自己風(fēng)格的智能產(chǎn)品設(shè)計？綜上問題，筆者最終在對單片機課程教學(xué)改革的首要問題之一單片機機型的選取問題中，還是選擇了51系列單片機。在選取了51系列單片機作為該課程的主講機型后，傳統(tǒng)的該機型的教學(xué)手段不適應(yīng)快速發(fā)展的信息時代對學(xué)生掌握該課程的基本要求，那么單片機課程的教學(xué)手段就必須做出根本性的改變。而選取一本合適的教材也是該課程教學(xué)改革的重要任務(wù)，因此筆者參閱了大量的51系列單片機教材后，選取由高等教育出版社出版，鄭郁正教授編著的《單片微型計算機原理與接口技術(shù)》為“單片機原理與應(yīng)用”的主講教材。

一、課程總體教學(xué)改革

單片機課程的教學(xué)改革是基于CDIO教育理念模式，即構(gòu)思（Conceive）、設(shè)計（Design）、實現(xiàn)（Implement）和運作（Operate），這種模式突破了傳統(tǒng)的以學(xué)科知識傳授為主的人才培養(yǎng)模式，更加適應(yīng)產(chǎn)業(yè)界對工程人才的需求。在該理念的引導(dǎo)下，單片機課程在過去近一年的時間里，已經(jīng)做出了以下幾個方面的教學(xué)改革：

（1） 構(gòu)建“單片機原理與應(yīng)用”課程理論與實踐一體化的教學(xué)體系，吸收世界先進的工程教育理念，以學(xué)生為核心，合理安排理論課程與實踐課程，尤其是增加了實踐課時，讓學(xué)生在更多的實踐過程中對該課程的核心內(nèi)容進行熟練掌握。并反過來在理論教學(xué)中以“單片機開發(fā)板”為教學(xué)工具，實時把理論知識當堂給學(xué)生用實踐的方式展示出來，加深學(xué)生對理論知識的印象。

（2） 突出學(xué)生的主體地位，把課堂還給學(xué)生。教師和學(xué)生處于同等地位，在學(xué)生自主發(fā)現(xiàn)問題的同時，與老師、同學(xué)一起討論后解決問題，讓課堂真正成為“說課”式的教學(xué)模式。

（3） 建立多樣的教學(xué)評價體系。該課程的教改方向、所取得的教改成績以及需要解決的教改問題都已經(jīng)有了一個對照改革目標所進行的評估與反饋的教學(xué)評價模式，以便持續(xù)改進。當然建立教學(xué)評價體系是為了更好地指導(dǎo)改革確保落實、自我提高、持續(xù)改進、方便比較、促進交流、積累經(jīng)驗便于推廣等。

（4） 撰寫具有應(yīng)用實例背景的劇本式教案，針對該課程的特點聯(lián)系生活實際。很多電子產(chǎn)品的設(shè)計都可以利用單片機來完成，包括產(chǎn)品的硬軟件設(shè)計等，因此以電子產(chǎn)品設(shè)計案例為主撰寫劇本式教案與相應(yīng)的PPT，可以大大激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

（5）教師可以以團隊項目制為主增加設(shè)計任務(wù)，布置一些基于單片機的電子線路設(shè)計任務(wù)以及電子產(chǎn)品設(shè)計任務(wù)作為該課程的實訓(xùn)內(nèi)容，讓學(xué)生實現(xiàn)實訓(xùn)內(nèi)容的基本要求，這不僅增加了學(xué)生對單片機課程學(xué)習(xí)的成就感，而且也帶動了他們的其他相關(guān)課程的學(xué)習(xí)和掌握。

以上單片機課程的教學(xué)改革措施在具體的實施過程中一開始是很困難的，但是隨著教學(xué)改革的深入，學(xué)生對這門原本很枯燥難懂的課程會很快入門，因為教學(xué)改革的初期學(xué)生在面對一種全新的教學(xué)模式以及了解到該課程與生活相關(guān)的電子產(chǎn)品設(shè)計緊密相連時，都會表現(xiàn)出一種濃厚的學(xué)習(xí)興趣和高漲的學(xué)習(xí)熱情。另外，筆者在理論課堂上利用“單片機開發(fā)板”為教輔工具，巧妙地把單片機難懂的學(xué)習(xí)技巧簡化，直接引出課程重難點讓學(xué)生舉一反三，融會貫通，因此學(xué)生在“說課”式的課堂教學(xué)模式下，輕松地掌握了單片機諸多理論知識。

二、課程實踐與實訓(xùn)教學(xué)改革

1.實踐環(huán)節(jié)的教學(xué)改革

單片機課程教學(xué)改革的主要手段之一就是單片機理論教學(xué)采用了“單片機開發(fā)板”等教輔工具，而單片機課程的實踐教學(xué)便是基于這個教輔工具展開，這相當于把在實驗室才能教學(xué)的內(nèi)容搬到了理論課堂上，即：提出單片機課程的某個知識點，圍繞這個知識點衍生出的硬軟件知識都可以一并在課堂講授。例如：在講授單片機某個接口電路原理及其C51語言（匯編語言）的編程方法時，都可以事先在理論課堂上結(jié)合多媒體啟發(fā)式地給學(xué)生進行講解，而后在實驗室里讓學(xué)生復(fù)現(xiàn)其課堂內(nèi)容，并要求加入自己的軟硬件設(shè)計思路，這樣使得學(xué)生對這個知識點的印象更加深刻，理解更加透徹，從而不再感到枯燥難懂。

2.實訓(xùn)環(huán)節(jié)的教學(xué)改革

當學(xué)生逐步掌握了單片機課程理論知識及實踐方法后，就可以逐漸形成屬于自己的基于51系列單片機的電子產(chǎn)品設(shè)計風(fēng)格，因此在單片機課程的實訓(xùn)教學(xué)中提出若干電子產(chǎn)品設(shè)計題目及其設(shè)計要求，讓學(xué)生以團隊合作的形式完成，這樣既可以鍛煉學(xué)生的團隊合作能力，又可以鍛煉學(xué)生實際的動手能力，尤其是在設(shè)計制作產(chǎn)品的過程中，學(xué)生需要針對產(chǎn)品設(shè)計要求，進行產(chǎn)品的市場調(diào)研、產(chǎn)品的設(shè)計方案論證、產(chǎn)品電路的器件選型等，按照公司研發(fā)生產(chǎn)一條龍的模式親歷實踐一遍，最后再編寫技術(shù)文檔或者實訓(xùn)報告。

由于學(xué)生專業(yè)課程的基礎(chǔ)不同，對專業(yè)知識的理解力不夠，不同學(xué)生所表現(xiàn)出來的設(shè)計水平一開始是參差不齊的，但是隨著單片機實訓(xùn)教學(xué)的深入，學(xué)生在產(chǎn)品調(diào)試的過程中會發(fā)現(xiàn)越來越多的問題，且這些問題環(huán)環(huán)緊扣，所涉及的知識面也越來越廣，已經(jīng)不單單只局限于單片機本身的范疇，而是更加靈活地只把單片機作為產(chǎn)品開發(fā)工具，設(shè)計出不同功能要求的電子產(chǎn)品，這使得學(xué)生的設(shè)計思維達到了實質(zhì)訓(xùn)練，更是體現(xiàn)了各學(xué)科的專業(yè)知識綜合應(yīng)用的優(yōu)勢，單片機課程基于CDIO教學(xué)理念的教學(xué)改革的目的之一也就在于此。

三、課程考核體系改革

1.課程的理論考核改革

單片機課程教學(xué)改革對學(xué)生的期末成績評定打破了傳統(tǒng)的成績評定方法，把該課程的理論考試由原來的閉卷考試只考單一的基礎(chǔ)知識，改成了現(xiàn)在的開卷考試，考核單片機的應(yīng)用和設(shè)計。例如：在試卷考核內(nèi)容的編排上，除了少量基礎(chǔ)知識外，大部分考核內(nèi)容是基于單片機的電子產(chǎn)品設(shè)計題或者是基于單片機的接口線路設(shè)計題，需要學(xué)生完成其硬件設(shè)計和軟件編程。在考試過程中，學(xué)生不僅可以查閱所帶教材而不必死記單片機枯燥的理論知識，而且還可以訓(xùn)練自己查閱相關(guān)資料的技能。這部分考核成績占期末總成績的50%。

2.課程的實驗考核改革

單片機課程的實驗考核成績占期末總成績的30%，以實驗室“單片機開發(fā)板”為主要考核工具，在開發(fā)板上編寫軟件程序，實現(xiàn)板上某個電路模塊的功能，根據(jù)該功能的達成度給出成績。學(xué)生同樣可以查閱相關(guān)資料，完成單片機課程的實驗考核。

結(jié)合平時對學(xué)生出勤率的考核以及課后作業(yè)的批改，促使學(xué)生慢慢養(yǎng)成一個良好的單片機課程學(xué)習(xí)習(xí)慣。根據(jù)該課程的綜合問卷調(diào)查顯示，絕大部分學(xué)生都非常認可這種理論和實驗考核方式，這樣會給他們帶來輕松愉快的學(xué)習(xí)氛圍。他們一致認為單片機課程的教學(xué)改革更能注重能力的培養(yǎng)，而不再是傳統(tǒng)的一張試卷定“生死”的模式。因此，單片機課程考核體系也是單片機課程教學(xué)改革的目的之一。

四、課程教學(xué)改革的影響

1.課程教學(xué)改革對其他學(xué)科的影響

單片機課程的教學(xué)改革會帶動學(xué)生學(xué)習(xí)其他學(xué)科的學(xué)習(xí)熱情，掌握其他學(xué)科的基礎(chǔ)知識，因為單片機課程教學(xué)注重的是實踐，而實踐以產(chǎn)品設(shè)計和接口電路設(shè)計為主，這樣必然會涉及其他學(xué)科知識的綜合應(yīng)用，例如：“模擬電子技術(shù)”“數(shù)字電子技術(shù)”“計算機控制原理”“自動控制原理”“電路分析”“C語言程序設(shè)計”“匯編語言程序設(shè)計”以及相關(guān)EDA軟件工具等學(xué)科知識的綜合應(yīng)用。一項好的課程教學(xué)改革舉措，不僅要看它本身的教學(xué)改革手段與教學(xué)改革成效，而且更要看重它與其他學(xué)科的交叉融合點，看重它能否促進其他學(xué)科一起探索學(xué)生容易接受的教學(xué)方法，看重它能否一起培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)能力以及學(xué)生的思維方式，如果能滿足以上這幾點，筆者認為這才是一項好的課程教學(xué)改革。

2.課程教學(xué)改革對學(xué)生學(xué)科競賽的影響

有了單片機課程的教學(xué)改革經(jīng)驗，學(xué)生在較全面地掌握51系列單片機的理論知識和應(yīng)用實踐之后可以自主學(xué)習(xí)更高級別的單片機，其學(xué)習(xí)方法和實踐方法跟學(xué)習(xí)51系列單片機是一樣的。有了單片機的實踐經(jīng)驗，學(xué)生在參加學(xué)科競賽時就會加入基于單片機的控制方法，其中包括控制電路的設(shè)計和控制算法的設(shè)計，這樣大大簡化了競賽方案的論證和選取，提高了系統(tǒng)設(shè)計效率。例如，學(xué)生在參加全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽、物聯(lián)網(wǎng)競賽、機器人競賽、信息技術(shù)應(yīng)用大賽等學(xué)科競賽時，幾乎都是以單片機為核心控制器件展開系統(tǒng)設(shè)計。因此學(xué)生的學(xué)科競賽是檢驗單片機課程教學(xué)改革成效的試驗田，且取得了不錯的成績。

當然單片機課程的教學(xué)改革步伐肯定不是一蹴而就的，也不會是一帆風(fēng)順的，打破傳統(tǒng)的教學(xué)模式需要慢慢進行，腳踏實地地慢慢探索，步伐不能邁得太大，欲速則不達。通過該課程教學(xué)改革項目的實施，筆者在遇到教學(xué)改革問題時，也在不斷地改進改革的方法和手段，采取不同的措施，積極吸取同事們的寶貴意見和建議，這些都可以作為以后單片機課程的教學(xué)改革經(jīng)驗傳承下去。

參考文獻：

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