劉天旺

（北海職業(yè)學院，廣西 北海 536000）

1 高職單片機技術課程教學現狀

單片機技術作為現代電子技術的基礎，已經在各個領域得到了廣泛的應用。高職院校許多工科專業(yè)，如應用電子技術、物聯網技術、工業(yè)機器人技術、電氣自動化技術和機電一體化技術等專業(yè)，一般都開設單片機技術課程，而且是各專業(yè)的核心課程。然而根據調查研究發(fā)現，目前高職單片機技術課程教學存在以下幾個亟需解決的問題。

1.1 學習編程工具選用不合適

目前單片機技術課程教學使用的編程工具是Keil專業(yè)單片機開發(fā)平臺。Keil 專業(yè)單片機開發(fā)平臺，英文本色，使用漢化版本，也只是少數菜單漢化，英文本色不會改變；語言難學，無論是C 語言，還是匯編語言，對高職生來說都不是容易的事情；操作復雜，即使是編制一個很簡單的程序，都要經過一系列復雜操作才能完成。

另外，使用Keil 編寫單片機的控制程序，必須先要“推翻”三座“大山”：理解近百個抽象字符指令的用法、牢記字符指令關鍵字的拼寫和熟悉字符編程的語法規(guī)則。要在短短幾十個課時的時間里“推翻”這三座“大山”，實屬是一件很不容易辦到的事情。

因此，對于高職學生或其他初學者，選擇Keil 作為入門學習的工具，顯然不是很合適的。

1.2 學生學習的興趣普遍不高

目前大多數高職院校的生源90%以上來自中職畢業(yè)生，這部分學生的特點是對感興趣的事情會積極地、主動地去完成，對不感興趣的事情會敷衍應付甚至不聞不問。除此之外就是通過單招考試錄取的高中畢業(yè)生，當然偶爾會有個別是通過參加高考錄取的高中畢業(yè)生?；蛟S因為文科生參加高考被本科院校錄取的難度較大，所以高職院校所錄取的高中畢業(yè)生多數是文科生。無論是高中文科畢業(yè)生，還是非工科類中職畢業(yè)生，當他們學習工科類課程時，都會有比較強烈違和感，從而直接影響學生對課程學習的興趣。

學習興趣對學習效果的影響是有共識的。因此，必須從教學內容設計、教學活動組織和教學評價等多個維度，采取有效的教學策略，才能激發(fā)學生學習的興趣，確保課程教學實現教學目標。

1.3 學生抽象思維能力比較弱

一般來說，職業(yè)院校學生喜歡直觀形象的、簡單模仿操作課程，而不喜歡計算思維和邏輯思維訓練課程。由于學習過程中沒有重視計算思維和邏輯思維訓練，因此職業(yè)院校學生的抽象思維能力普遍比較弱。而單片機技術課程是一門技術技能綜合型課程，不僅課程內容抽象，如CPU、控制器、運算器、數據總線、地址總線等抽象概念，而且編寫控制程序還需要有一定的邏輯思維能力才能完成。

如何化抽象為形象、化復雜為簡潔，幫助學生降低學習難度，突破課程教學難點，是單片機技術課程教學亟須解決的問題之一。否則，課程的教學和學習，不但不能讓學生體驗到學習成功的喜悅，反而讓學生一次次承受學習失敗的痛苦?！笆∧顺晒χ?。”對于意志堅強者來說或許是正確的，但對于意志脆弱者來說就不一定正確啦。

1.4 教學班學生基礎參差不齊

目前高職單片機技術課程教學班的學生組成真可謂“海納百川”，既有已經學習過單片機課程的機電類專業(yè)中職畢業(yè)生，又有連“單片機”名稱都未聽說過的非工科類（如學前教育）中職畢業(yè)生，還有極個別高中文科或理科畢業(yè)生。可見，同一個教學班中不同的學生學習單片機的基礎是不同的，甚至相差比較大。

作為任課教師重新調整教學班學生的組成是不現實的，唯獨能做的是采用行之有效的教學方法和教學策略實施教學，讓不同基礎的學生在相同的教學環(huán)境下都能取得進步，實現課程教學目標。

2 編程圖形化、內容興趣化、知識遷移化、研學實踐化和教學層次化有效教學策略

2.1 降低門檻，便捷入門

能否挑選到一款適合初學者入門學習的編程工具（軟件），直接決定了高職單片機技術課程教學和學習的成敗。天問BLOCK 是國內公司研發(fā)出來的一款單片機編程工具（軟件）。天問BLOCK，中文本色，不會給國內學生帶來語言障礙；直觀易學，它將生澀難懂的字符指令圖形化為指令圖塊，而且沒有復雜的語法規(guī)則；操作簡單，編程時只需要將一個個直觀的指令圖塊，拖拽到編程區(qū)中并且按照一定的控制邏輯“搭”起來，就能編制出具有一定控制功能的程序塊。天問BLOCK，讓復雜的、枯燥的編程作業(yè)變得簡單而且有趣。

因此，選擇天問BLOCK 作為初學時的編程工具（軟件），不僅可以降低入門門檻，讓學生輕松邁入單片機的“神秘世界”，而且將枯燥、抽象的編程作業(yè)轉變成象“搭”積木一樣的游戲，適合習慣“玩中學，學中玩”[1]的職業(yè)院校學生。

2.2 多措并舉，激發(fā)興趣

愛因斯坦曾說：“興趣是最好的老師?！标P注并挖掘職業(yè)院校學生的興趣和愛好，對于做好當前的職業(yè)教育工作尤其顯得重要。因此，開展單片機技術課程教學，要多措并舉，激發(fā)學生學習的興趣。

（1）學以致用，激發(fā)興趣。充分利用課程認知活動環(huán)節(jié)，組織學生實地參觀校內、校外單片機應用工程實例，如絢麗多彩的廣告顯示牌、忙而有序的十里路口交通信號燈，以及城市各種美化亮化工程。學以致用、用以促學、學用相長[2]，當然可以激發(fā)學生的學習興趣。

（2）內容精彩，激發(fā)興趣。精心設計每一次課的授課內容，將枯燥、抽象的課程內容以生動、形象的形式呈現，不僅可以降低學習的難度，而且可以提高學生學習興趣。例如，將“單片機的內部結構”課程內容設計成為一個“和諧大家庭”[3]，如表1 所示，并由學生角色扮演在課堂上展示；又如，把“I/O 口結構和原理”設計成：點亮愛“?”或控制愛“?”閃爍，并將仿真運行結果制作成GIF 動圖，發(fā)送給自己的知“?”朋友。

表1 單片機“和諧大家庭”

（3）成果前置，激發(fā)興趣。將每一次課的學習成果提前在課堂中展示，能夠提高學生的學習興趣和意志。例如，在學習“16×16 點陣移動顯示廣告牌”項目時，教師可以先將學習成果展示出來：一個16×16 的點陣屏廣告牌，從左至右移動、循環(huán)顯示“★無奮斗不青春無磨練不精彩★”勵志語。

（4）師生互評，激發(fā)興趣。在傳統(tǒng)的課堂教學活動中，學生總是處于被人評價的“尷尬”位置，當然對課堂教學活動索然寡味。要提高學生參與課堂教學活動的積極性和興趣，就必須創(chuàng)新課堂教學評價方式，不僅注重教師對學生學習情況和學習效果的評價，而且重視學生對教師教學情況和教學效果的評價。教學實踐表明：平等和諧的師生互評，有利于促進學生提高學習的興趣。

2.3 遷移認知，領會新知

在單片機技術課程學習過程中，對抽象概念的理解成為培養(yǎng)學生創(chuàng)新應用知識解決問題的一大障礙。在教學課時有限的情況下，讓學生更深刻地理解單片機控制技術的相關知識，需要教師深度挖掘學生已有的知識和經驗，引導學生進行經驗鏈接，完成認知的遷移。

美國著名認知教育心里學家戴維·奧蘇貝爾認為，一切有意義的學習都是在原有認知結構的基礎上產生的，不受原有認知結構影響的有意義學習是不存在的。例如，定時/計數器是單片機內部的一個重要資源，利用它可以得到一個精度比較高的定時時間。但如何編寫程序才能充分發(fā)揮它的效能？對于這個問題，學生往往百思不得其解。此時，教師應該及時引導學生，將日常鬧鐘使用方法（經驗）遷移到編寫定時/計數器控制程序（新知），如圖1 所示。這種遷移認知的教學策略，會收獲到意想不到的教學效果。

圖1 從鬧鐘使用方法遷移到定時/計數器編程

學習的過程，就是運用已知去探究未知的過程。遷移認知的學習策略，可以促進學生對新知識的理解和記憶，同時還可以讓學生明白事物之間相互關聯的道理，從而引導學生主動構建、拓展認知體系和知識體系。

2.4 研學實踐，突破難點

使用天問BLOCK 圖形化編程軟件，讓編程就如玩積木一樣容易上手，但編程的難點依然沒有突破。例如，點陣顯示廣告牌是如何實現橫向移動、循環(huán)顯示漢字或其他字符信息？其底層的控制邏輯是什么？諸多問題未解，當然無從下手編寫系統(tǒng)控制程序。毛澤東在《實踐論》中指出：“認識從實踐始，經過實踐得到的理論的認識，還須再回到實踐去[4]?！?/p>

認識既然從實踐開始，當問題百思不得其解時，不如直接參加實踐，在實踐中尋求問題的答案。因此，組織學生來到校園內點陣顯示廣告牌現場研學。經過學生現場觀摩、教師實時引導和師生共同討論，取得以下3 個方面的收獲。

（1）點陣屏逐列掃描、顯示每一列的信息，人眼看到的也應該是一列信息而不是一幀完整的圖像，為什么我們實際看到的是一幅完整的、絢麗的圖像？原來這是人眼視覺暫留特性綜合作用的結果，只要保證依次掃描一遍點陣屏的所有列，所消耗的時間足夠短（一般要求小于200ms），那么在人眼中就會綜合呈現一幀完整的圖像。掌握了點陣屏掃描顯示工作原理后，及時引導學生自主繪制控制流程圖。

（2）如果第i 幀圖像僅僅掃描、顯示一遍，那么這幀圖像在人眼中呈現的時間僅有幾十毫秒時間。如此之短的時間，或許人的大腦還來不及反應，圖像就消失了。因此為了能夠看清楚圖像，必須將它重復多次掃描、顯示（如20 次）。這個環(huán)節(jié)的控制邏輯比較簡單，只需要循環(huán)20 次調用“第i 幀圖像掃描、顯示一遍的函數”就可以達到目的。雖然簡單，但依然要求學生把控制流程圖畫出來。

（3）要產生移動顯示的效果，必須先將要顯示漢字拆分成若干幀圖像，拆分出來后再從第1 幀圖像開始依次掃描顯示各幀圖像，就可以實現移動顯示的效果。這個環(huán)節(jié)的控制邏輯也不復雜，循環(huán)若干次（=幀數）調用“第i 幀圖像掃描顯示20 次函數”就可以實現控制功能。例如，從左至右移動顯示“★無奮斗不青春無磨練不精彩★”，可以拆分出16×14=224 幀圖像，則必須循環(huán)224 次調用“第i 幀圖像掃描顯示20 次函數”。

研學實踐，不僅可以突破教學的難點，而且還能引導學生樹立科學探究精神，培養(yǎng)學生創(chuàng)新應用知識解決問題的能力。

2.5 分層教學，共同進步

教學班學生基礎參差不齊，是目前單片機技術課程教學存在的主要問題之一。為切實做到“各取所需”和“各盡所能”，實現課程學習的共同進步，有效的教學策略是分層教學。因為無論對哪一門學科，分層教學都是較為理想的教學模式[5]。

高職單片機技術課程能夠順利開展分層教學關鍵是：選則一款合適的編程工具（軟件）。天問BLOCK 工具（軟件），具有入門級別功能（圖形化編程）、進階級別功能（圖形化程序自動轉為C 語言字符程序）和專業(yè)級別功能（C 語言字符編程），完全可以滿足不同學生的不同需求：對于初學者或暫時不具備編程基礎的學生，可以運用入門級別功能進行圖形化編程學習和練習；對于略有基礎但不熟練的學生，可以使用進階級別功能，先進行圖形化編程，然后對照分析自動生成的字符程序，促進編程能力進階；對于編程基礎比較好的學生，可以使用字符編程功能進行編程學習和練習。

因此，選用天問BLOCK 工具（軟件）可以滿足高職單片機技術課程分層教學的要求。教學實踐表明：如果不考慮分析系統(tǒng)控制邏輯障礙的影響（如事先制定系統(tǒng)控制流程），那么一個教學班的絕大部分學生都能夠把系統(tǒng)的控制程序編寫出來，實現了課程學習共同進步的愿景。只可惜系統(tǒng)控制邏輯的分析是無法避免的，因為它既是編程的重點，更是編程的難點。

3 結語

在高職單片機技術課程教學中，教師要特別關注教學內容和教學活動的設計是否有助于學生的抽象思維活動，培養(yǎng)學生編程的素養(yǎng)；充分考慮單片機技術學科的特點以及教學班的學情，結合具體的教學目標以及職業(yè)（崗位）目標，靈活運用有效的教學策略，改善學生對單片機技術課程的情感態(tài)度，在兼顧趣味性的同時，使學生創(chuàng)新應用知識解決問題的能力得到提升。