白曉莉

（惠州城市職業(yè)學(xué)院 廣州·惠州 510091）

0 引言

目前，單片機(jī)課程是各高等院校電子電氣類、計算機(jī)類、控制類等專業(yè)必修的專業(yè)課程。該課程具有很強(qiáng)的實(shí)踐性、應(yīng)用性和綜合性，它強(qiáng)調(diào)軟、硬件技術(shù)的結(jié)合，是一門涉及電子技術(shù)、控制編程、傳感器、驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)等多門課程的綜合性應(yīng)用技術(shù)課程。單片機(jī)課程的特點(diǎn)決定了實(shí)踐教學(xué)對本課程的重要性，實(shí)踐教學(xué)效果的好壞直接關(guān)系到該課程整體的教學(xué)效果。本文從實(shí)踐教學(xué)的目標(biāo)出發(fā)，分析當(dāng)前單片機(jī)課程的實(shí)踐教學(xué)現(xiàn)狀，探索實(shí)踐教學(xué)體系的構(gòu)建思路，為提高本課程的實(shí)踐教學(xué)效果提供一種可行的參考方案。

1 單片機(jī)原理與應(yīng)用課程的教學(xué)特點(diǎn)和教學(xué)現(xiàn)狀

本課程涉及C語言程序設(shè)計、數(shù)字電路、模擬電路、傳感器采集技術(shù)、控制原理等知識的學(xué)習(xí)和應(yīng)用，與其他課程相關(guān)度較高，教學(xué)大綱中要理解記憶的知識點(diǎn)也必不可少。同時，該課程知識點(diǎn)晦澀抽象，難以理解，而傳統(tǒng)的說課教學(xué)方法則缺少直觀的表現(xiàn)方式。經(jīng)過調(diào)研發(fā)現(xiàn)，目前單片機(jī)原理與應(yīng)用課程教學(xué)以課堂授課為主，教師在講臺上不停講解，學(xué)生在講臺下被動接受，聽得暈頭轉(zhuǎn)向，課程枯燥乏味。此外，課程實(shí)驗(yàn)注重對原理正確性的驗(yàn)證，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目在教材中以完整的思路和過程告訴給學(xué)生，無難度系數(shù)，沒有引導(dǎo)學(xué)生對問題進(jìn)行思考，沒有對學(xué)生分析問題和解決問題的能力進(jìn)行培養(yǎng)和訓(xùn)練。單片機(jī)原理與應(yīng)用課程采用這種填鴨子式的教學(xué)方式使得學(xué)生只會“照貓畫虎”，進(jìn)而導(dǎo)致到了畢業(yè)設(shè)計時段，學(xué)生面對一個項(xiàng)目不清楚如何去設(shè)計方案和電路?？傊?，該課程的教學(xué)方式偏重于課程的系統(tǒng)性、完整性教學(xué)，實(shí)踐教學(xué)的重要性被忽視，且教學(xué)內(nèi)容側(cè)重于對知識點(diǎn)的講解，教學(xué)手段簡單，導(dǎo)致學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性不高。另外，開放教育的理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)也是脫節(jié)的。課程考試形式和內(nèi)容以理論為主，僅憑一張試卷定學(xué)生能力，沒能體現(xiàn)考查學(xué)生實(shí)際應(yīng)用知識的動手實(shí)踐能力，如果要求學(xué)生做一個實(shí)際應(yīng)用的設(shè)計，他們往往無從下手或生搬硬套書上的例子。這也就是說，大部分開放教育學(xué)生仍停留在純理論的“開發(fā)”上，把一門應(yīng)用性很強(qiáng)的課程與實(shí)際完全脫離了。

2 實(shí)踐教學(xué)目標(biāo)

實(shí)踐教學(xué)是鞏固理論知識和加深理論認(rèn)識的有效途徑，是培養(yǎng)具有創(chuàng)新意識的高素質(zhì)工程技術(shù)人員的重要環(huán)節(jié)，是理論聯(lián)系實(shí)際、培養(yǎng)學(xué)生掌握科學(xué)方法和提高動手能力的重要平臺。通過實(shí)踐，一方面可使學(xué)生對單片機(jī)的工作原理及特性形成直觀、完整、系統(tǒng)的認(rèn)識，加深學(xué)生對課程內(nèi)容的理解，使其更好地掌握單片機(jī)結(jié)構(gòu)及應(yīng)用技術(shù)；另一方面通過綜合性的實(shí)踐項(xiàng)目訓(xùn)練，可以培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用多種技能的能力，包括元器件應(yīng)用能力、電路設(shè)計能力、傳感器應(yīng)用能力、執(zhí)行機(jī)構(gòu)應(yīng)用能力、控制編程能力等。

3 單片機(jī)課程教學(xué)改革方案

3.1 構(gòu)建基于工作過程的行動體系

解構(gòu)單片機(jī)課程傳統(tǒng)的學(xué)科體系，重構(gòu)基于工作過程的行動體系。將傳統(tǒng)的學(xué)科體系里的知識按照單片機(jī)產(chǎn)品開發(fā)步驟進(jìn)行序化，針對每一個工作過程環(huán)節(jié)來傳授相關(guān)的課程內(nèi)容，使得理論知識的總量未發(fā)生變化，僅改變其排序的方式，實(shí)現(xiàn)實(shí)踐技能與理論知識的整合。這種方式下，教師教學(xué)結(jié)合實(shí)際應(yīng)用例子，指導(dǎo)學(xué)生自行根據(jù)設(shè)計要求，閱讀單片機(jī)芯片說明書，從而使學(xué)生較為容易地掌握實(shí)用技術(shù)。最后，再把實(shí)際例子進(jìn)行虛擬仿真，便會更好地鞏固相關(guān)的理論知識點(diǎn)。

3.2 采取多形式考核方式以鞏固學(xué)生能力

為了切實(shí)提升高職院校學(xué)生的單片機(jī)實(shí)踐應(yīng)用能力，應(yīng)在明確教學(xué)目標(biāo)的基礎(chǔ)上，完善課程的評價和考核制度?？蓪W(xué)生劃分成小組，分別負(fù)責(zé)不同的項(xiàng)目，指定一名組長，做好任務(wù)分解，根據(jù)組員的優(yōu)勢特長指派不同的任務(wù)，最后以組為單位評比成績，這種方式不僅是對學(xué)生知識掌握和應(yīng)用的考查，還能培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊協(xié)作、組織能力，而這也是日后進(jìn)入工作崗位必不可缺的能力。還有一種方式就是以個人為單位，學(xué)生可以根據(jù)自身的興趣和特長，選擇一個項(xiàng)目，獨(dú)立完成仿真電路、硬件實(shí)物制作以及論文撰寫，這對于學(xué)生的綜合能力是更高的挑戰(zhàn)，但是能切實(shí)體現(xiàn)其學(xué)習(xí)的效果，方便教師進(jìn)行針對性的指導(dǎo)?？傊还芸己说姆绞饺绾巫兓?，其目的都是為了提升學(xué)生的實(shí)踐能力和綜合素養(yǎng)。

3.3 實(shí)驗(yàn)教學(xué)

傳統(tǒng)的單片機(jī)課程實(shí)驗(yàn)依照理論教學(xué)內(nèi)容和進(jìn)度進(jìn)行安排，且往往有實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(或?qū)嶒?yàn)教材)給出實(shí)驗(yàn)步驟、電路原理圖及參考程序，學(xué)生只要按部就班進(jìn)行操作即可。在這種實(shí)驗(yàn)方式下，學(xué)生對單片機(jī)技術(shù)往往知其然不知其所以然，即對單片機(jī)的部分功能停留在驗(yàn)證性的認(rèn)識層面，而沒有掌握對該功能的應(yīng)用方法。有效的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式應(yīng)該將學(xué)生被動的訓(xùn)練轉(zhuǎn)化為主動的思考，除少量的演示驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)之外，更多開設(shè)針對某項(xiàng)特定功能的設(shè)計性實(shí)驗(yàn)，并在必修實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上增加擴(kuò)展性實(shí)驗(yàn)，適當(dāng)提高實(shí)驗(yàn)難度，開拓學(xué)生思維。同時，教師進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，只需提前介紹實(shí)驗(yàn)的目的和功能要求，對實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵部分適當(dāng)給予提示，無需大包大攬給出軟硬件全部設(shè)計，這樣可以為學(xué)生主動思考留下足夠的空間和時間。實(shí)驗(yàn)成績根據(jù)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)表現(xiàn)、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及完成的實(shí)驗(yàn)報告核定，并按比例計入該課程的總成績中。

3.4 采用項(xiàng)目載體、任務(wù)驅(qū)動的教學(xué)模式

課程教學(xué)過程中采取以應(yīng)用為主線，把原有的理論內(nèi)容分解成若干典型的項(xiàng)目與任務(wù)，將教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行整合，建立“邊做邊學(xué)、邊做邊教”的教學(xué)模式；以項(xiàng)目為載體進(jìn)行教學(xué)設(shè)計，采用任務(wù)驅(qū)動模式，依照“確定產(chǎn)品功能、準(zhǔn)備技術(shù)資料、設(shè)計硬件電路、設(shè)計軟件程序、產(chǎn)品仿真制作、軟硬件聯(lián)調(diào)、產(chǎn)品測試”的工作過程重構(gòu)課程內(nèi)容。每個項(xiàng)目均設(shè)計了四個任務(wù)；并應(yīng)用Proteus仿真軟件、KeilC軟件對項(xiàng)目進(jìn)行分析講解，并讓學(xué)生能夠自行利用Proteus軟件進(jìn)行項(xiàng)目任務(wù)的設(shè)計練習(xí)。

3.5 教學(xué)方式重動手

針對傳統(tǒng)教學(xué)中動手方式——在實(shí)驗(yàn)室使用廠家生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的弊端，對于實(shí)踐教學(xué)要采用在電子工藝實(shí)驗(yàn)室焊接單片機(jī)系統(tǒng)板和擴(kuò)展板的方式，自行設(shè)計實(shí)驗(yàn)裝置。在自制教具過程中，教師要根據(jù)學(xué)生水平的不同，對教學(xué)教具進(jìn)行調(diào)整，選擇適合學(xué)生學(xué)習(xí)的軟硬件配置，并有針對性地編寫指導(dǎo)材料。通過單片機(jī)系統(tǒng)電路圖的繪制，理解整個系統(tǒng)電路的工作原理；通過焊接單片機(jī)系統(tǒng)板，學(xué)會系統(tǒng)硬件的構(gòu)建過程。學(xué)生在焊接系統(tǒng)板的同時，不僅對PCB（印制電路版）焊接技能和方法的掌握有了進(jìn)一步的提高，還對常用的電子電路器件加深了認(rèn)識，也對單片機(jī)系統(tǒng)電路的布局加深了記憶。焊好單片機(jī)系統(tǒng)板后，可以讓學(xué)生進(jìn)行交叉檢查，檢查是否有漏焊、脫焊現(xiàn)象，檢查無誤后插上單片機(jī)進(jìn)行系統(tǒng)整體檢測，測試無誤后再投入使用。對于沒有通過檢測的系統(tǒng)板讓學(xué)生進(jìn)行初步檢查修復(fù)。通過幾次的檢測和檢查修復(fù)，單片機(jī)系統(tǒng)板的原理圖深深嵌在學(xué)生腦海中，使得學(xué)生能夠熟練掌握單片機(jī)系統(tǒng)板的基本原理。自制教具使學(xué)生對系統(tǒng)板的原理、器件結(jié)構(gòu)布局的熟悉程度遠(yuǎn)大于外購實(shí)驗(yàn)設(shè)備。同時，實(shí)驗(yàn)教具的維護(hù)工作在課余就已經(jīng)完成，保證了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的順利進(jìn)行。

3.6 課外實(shí)踐活動

實(shí)驗(yàn)和實(shí)訓(xùn)是必修的課內(nèi)實(shí)踐環(huán)節(jié)，其內(nèi)容和難度需考慮學(xué)生的整體水平來設(shè)置。但學(xué)生對知識的掌握和應(yīng)用程度參差不齊，一些成績較好的學(xué)生有意愿也有精力通過課外實(shí)踐進(jìn)一步提高自己的動手能力。開展課外實(shí)踐活動可采用兩種形式，其一由學(xué)生自行組成研究小組獨(dú)立立項(xiàng)，在規(guī)定的時間內(nèi)(一般不超過一年)完成項(xiàng)目；其二吸引學(xué)生參加教師的科研項(xiàng)目。前者由學(xué)生為主導(dǎo)，自己提出設(shè)計思路和解決方案，自己把握研究進(jìn)度，指導(dǎo)教師只提供技術(shù)支持和參考建議。后者由項(xiàng)目中的老師指導(dǎo)，引導(dǎo)學(xué)生參與團(tuán)隊的交流討論，或直接從事課題中的某一方面工作，使學(xué)生接觸到本行業(yè)的新技術(shù)、新技能，鍛煉其處理生產(chǎn)現(xiàn)場實(shí)際問題的能力。為了提升學(xué)生課外實(shí)踐的積極性，可為此項(xiàng)環(huán)節(jié)設(shè)置學(xué)分，充抵選修課學(xué)分，該項(xiàng)成績由指導(dǎo)教師根據(jù)學(xué)生的項(xiàng)目表現(xiàn)評定。

3.7 教學(xué)內(nèi)容重交叉

在單片機(jī)原理與應(yīng)用課程的教學(xué)環(huán)節(jié)中，第一個實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目就是點(diǎn)亮一個LED小燈：要求學(xué)生先掌握針對I/O接口的操作，再和C語言的延時函數(shù)結(jié)合起來，利用延時函數(shù)使LED小燈閃爍起來，再向后延續(xù)到講解兩個定時器的原理和使用。除了使用延時函數(shù)，還可以采用定時器中斷的方式，使得LED小燈閃爍，從而把主控單片機(jī)的運(yùn)行效率進(jìn)行提高，加深學(xué)生對所學(xué)知識點(diǎn)的理解和記憶。在完成前面的學(xué)習(xí)后，可安排學(xué)生進(jìn)一步模擬設(shè)計路口交通信號燈、籃球比賽用的多功能LED數(shù)字倒計時器等。采用步步深入的教學(xué)方式，讓學(xué)生在由簡至繁的實(shí)踐操作中，深入了解并掌握單片機(jī)硬件結(jié)構(gòu)、I/O接口使用、C語言程序設(shè)計方法、定時器中斷的應(yīng)用等知識與能力。在逐步完成這些步驟后，學(xué)生看到自己完成的成果，會感到十分滿足，并由此激發(fā)對單片機(jī)學(xué)習(xí)的興趣與積極性，從而提升教學(xué)效果與質(zhì)量。

4 結(jié)束語

綜上所述，通過標(biāo)準(zhǔn)化教學(xué)，開放教育中的單片機(jī)課程通過項(xiàng)目驅(qū)動的方式，并增加教師在線直播演示的教學(xué)模式，以學(xué)生作為學(xué)習(xí)中心，教材內(nèi)容不再是知識獲取的唯一途徑，信息化教學(xué)手段及軟件成為主動學(xué)習(xí)、創(chuàng)作學(xué)習(xí)的認(rèn)知工具。相比于原有的教學(xué)來說，這種新型的教學(xué)模式更大的激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，實(shí)現(xiàn)自主學(xué)習(xí)，大大提高了學(xué)生的思維和動手能力。