李顯圣

（廣西職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣西 南寧，530226）

引言

具有強(qiáng)大控制和運(yùn)算能力的單片機(jī)是汽車(chē)控制系統(tǒng)的“大腦”，對(duì)車(chē)輛電子系統(tǒng)故障的診斷，其實(shí)就是與單片機(jī)“對(duì)話(huà)”的過(guò)程。以培養(yǎng)學(xué)生理解單片機(jī)工作原理、掌握單片機(jī)系統(tǒng)軟硬件開(kāi)發(fā)技術(shù)、提高車(chē)輛檢測(cè)水平為目的的單片機(jī)技術(shù)應(yīng)用課程是汽車(chē)專(zhuān)業(yè)的核心課程之一。由于這門(mén)課程涉及多種基礎(chǔ)知識(shí)，對(duì)邏輯思維的要求較高，實(shí)踐性較強(qiáng)，加上學(xué)生基礎(chǔ)較為薄弱等原因?qū)е抡n程教學(xué)效果不夠理想[1]。筆者引入Arduino 單片機(jī)，對(duì)相關(guān)教學(xué)內(nèi)容和環(huán)節(jié)進(jìn)行了改革，取得較好教學(xué)效果。

1 教情分析

1.1 教材分析

目前，市面上主流的汽車(chē)單片機(jī)技術(shù)應(yīng)用教材雖然都能以項(xiàng)目的形式編寫(xiě)，且項(xiàng)目名稱(chēng)都關(guān)聯(lián)到了汽車(chē)，但主要還是圍繞MCS-51 單片機(jī)硬件系統(tǒng)、指令系統(tǒng)、匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)、定時(shí)/計(jì)數(shù)器與中斷系統(tǒng)以及單片機(jī)接口技術(shù)等[2]內(nèi)容展開(kāi)，與電子類(lèi)專(zhuān)業(yè)教材沒(méi)有太大區(qū)別，沒(méi)有突出汽車(chē)專(zhuān)業(yè)的特點(diǎn)。這些內(nèi)容對(duì)學(xué)生的電子基礎(chǔ)知識(shí)、理解和記憶能力要求都很高，學(xué)習(xí)難度比較大。

1.2 學(xué)情分析

高職院校汽車(chē)專(zhuān)業(yè)學(xué)生的電子基礎(chǔ)知識(shí)普遍比較薄弱，學(xué)習(xí)積極性較差，自主學(xué)習(xí)能力欠缺，很多學(xué)生在學(xué)習(xí)單片機(jī)硬件過(guò)程中被各種寄存器的名稱(chēng)和功能搞得暈頭轉(zhuǎn)向，幾乎失去繼續(xù)學(xué)習(xí)下去的勇氣。MCS-51 單片機(jī)的匯編語(yǔ)言指令系統(tǒng)有111條指令，有的指令是一個(gè)英語(yǔ)單詞的縮寫(xiě)，有的則是幾個(gè)單詞的縮寫(xiě)，面對(duì)數(shù)量如此龐大卻又難以理解的指令，許多學(xué)生往往會(huì)望而卻步[3]。

1.3 教學(xué)方法分析

傳統(tǒng)的教學(xué)方法是理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)分開(kāi)，一個(gè)老師負(fù)責(zé)上理論課，另一個(gè)老師負(fù)責(zé)帶著學(xué)生完成教材上的實(shí)驗(yàn)，涉及多個(gè)班級(jí)時(shí)則安排合班上理論課。這種理論和實(shí)踐分開(kāi)的教學(xué)模式不適合單片機(jī)課程實(shí)踐性強(qiáng)的特點(diǎn)。

2 教學(xué)改革

結(jié)合以上分析，這門(mén)課程的教學(xué)不能按常規(guī)套路出牌，必須進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法上的改革。

2.1 教學(xué)內(nèi)容改革

結(jié)合學(xué)生的實(shí)際情況，根據(jù)與專(zhuān)業(yè)相關(guān)和零基礎(chǔ)編程的原則，重置教學(xué)內(nèi)容。筆者基于Ardunio單片機(jī)，設(shè)計(jì)了單個(gè)LED 閃爍、溫度計(jì)、轉(zhuǎn)速/里程表、倒車(chē)?yán)走_(dá)系統(tǒng)、循跡小車(chē)等既包含單片機(jī)程序基本控制結(jié)構(gòu)又貼近專(zhuān)業(yè)特點(diǎn)的教學(xué)項(xiàng)目（如圖1 所示）。教學(xué)項(xiàng)目的設(shè)置具有由淺入深、循序漸進(jìn)的特點(diǎn)。項(xiàng)目1 讓學(xué)生學(xué)習(xí)端口配置方法和順序程序結(jié)構(gòu)，感受單片機(jī)的神奇，初嘗成功的喜悅；項(xiàng)目2 讓學(xué)生結(jié)合他們熟悉的傳感器學(xué)習(xí)單片機(jī)的A/D 功能、顯示元件的使用以及循環(huán)程序結(jié)構(gòu)；項(xiàng)目3 讓學(xué)生在之前項(xiàng)目的基礎(chǔ)上學(xué)習(xí)使用單片機(jī)進(jìn)行簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)處理并學(xué)會(huì)使用定時(shí)器；項(xiàng)目4 是項(xiàng)目2 和項(xiàng)目3 的進(jìn)階；項(xiàng)目5 引入分支程序結(jié)構(gòu)，以玩具小車(chē)實(shí)現(xiàn)“自動(dòng)駕駛”的演示案例，增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。Ardunio 單片機(jī)平臺(tái)的顯著優(yōu)勢(shì)之一就是初學(xué)者完全不需要了解其內(nèi)部的硬件結(jié)構(gòu)和寄存器設(shè)置，也無(wú)需具備太多的單片機(jī)知識(shí)和編程基礎(chǔ)，通過(guò)簡(jiǎn)單學(xué)習(xí)之后，就可以利用該平臺(tái)開(kāi)發(fā)程序。

圖1 項(xiàng)目構(gòu)成

為了實(shí)現(xiàn)學(xué)生零基礎(chǔ)編程，引入圖形化編程工具M(jìn)ixly。該程序模塊豐富，采用中文描述，這使得學(xué)習(xí)者幾乎能夠在中文的環(huán)境下實(shí)現(xiàn)編程，極其容易上手。如最基本的輸入輸出語(yǔ)句被模塊化之后就成為圖2 所示的樣式，學(xué)生僅需修改端口數(shù)據(jù)便可完成端口配置。通過(guò)模塊化設(shè)置，即便是較復(fù)雜的液晶顯示程序也可以很容易設(shè)計(jì)出來(lái)（如圖3 所示）。

圖2 Mixly 輸入輸出模塊

圖3 液晶顯示控制模塊

2.2 教學(xué)方法改革

課程教學(xué)打破傳統(tǒng)的理論和實(shí)訓(xùn)分開(kāi)授課、先理論后實(shí)訓(xùn)的模式，將學(xué)生兩人分為一組，采用理實(shí)一體化教學(xué)方式授課：實(shí)訓(xùn)前給學(xué)生講解項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)的方法，講解和演示程序模塊的用法，然后采用“軟件仿真+硬件實(shí)現(xiàn)”的方式開(kāi)展實(shí)訓(xùn)。以倒車(chē)?yán)走_(dá)系統(tǒng)的教學(xué)為例，教學(xué)過(guò)程如下：（1）先給學(xué)生下達(dá)項(xiàng)目任務(wù)，并做簡(jiǎn)要分析，再講解超聲波測(cè)距原理方法。（2）結(jié)合仿真軟件Proteus 講解測(cè)距模塊SRF04（如圖4 所示），重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)單片機(jī)IO 口的選用。（3）講解Mixly 中相關(guān)程序模塊的功能及用法，并分析程序設(shè)計(jì)流程和演示例程。主要涉及的程序模塊包括：測(cè)距模塊、顯示模塊、數(shù)據(jù)類(lèi)型轉(zhuǎn)換模塊，如圖5 所示。程序流程和例程分別如圖6 和圖7 所示。（4）指導(dǎo)學(xué)生使用電路模塊在面包板上搭建測(cè)距電路，并驗(yàn)證和調(diào)試程序。（5）向?qū)W生提出更高要求，如為系統(tǒng)增加“滴、滴”報(bào)警聲，要求距離越短，聲音越急促，通過(guò)引導(dǎo)學(xué)生自主思考，培養(yǎng)學(xué)生的編程思維和編程能力。（6）項(xiàng)目完成情況考核。

圖4 SRF04 模塊

圖5 主要程序模塊

圖6 程序流程

圖7 演示例程

2.3 考核方式改革

課程考核由過(guò)程性考核（占40%）和終結(jié)性考核（占60%）兩部分組成，重在考核學(xué)生的動(dòng)手能力。終結(jié)性考核采用“項(xiàng)目制作+設(shè)計(jì)報(bào)告+答辯”[4]的方式進(jìn)行，具體考核方式是：要求學(xué)生圍繞給定的主題自主設(shè)計(jì)并撰寫(xiě)設(shè)計(jì)報(bào)告，然后制作一件功能完備的作品（如一款單片機(jī)控制的汽車(chē)電子產(chǎn)品），最后結(jié)合自己的作品接受答辯。這三個(gè)項(xiàng)目的權(quán)重比例是4：3：3。

3 改革成效

上述改革舉措經(jīng)過(guò)一屆學(xué)生的教學(xué)實(shí)踐，取得了較為顯著的成效：（1）學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性顯著提高。由于每個(gè)項(xiàng)目都進(jìn)行考核，學(xué)生學(xué)習(xí)上有一定壓力；編程工具易于理解和掌握，降低了學(xué)習(xí)難度；實(shí)訓(xùn)手段可以讓學(xué)生立即見(jiàn)到自己努力的成果，這些因素有效地提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。（2）學(xué)生的學(xué)習(xí)效果顯著改善。在終結(jié)性考核中，每個(gè)小組都能按照要求完成項(xiàng)目任務(wù)，且每個(gè)小組提交的作品沒(méi)有重復(fù)，表現(xiàn)出了較強(qiáng)的動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力。部分學(xué)生參加了新能源汽車(chē)運(yùn)用與維修競(jìng)賽、創(chuàng)新能力大賽、大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽等比賽，獲得了三等獎(jiǎng)及以上的榮譽(yù)。