虛實結合在單片機項目教學中的應用

【摘 要】本文在分析單片機項目教學現狀的基礎上，針對單片機技術工程性和實踐性強的特點，從項目選取、內容構建、教學實施和過程評價等方面探索了虛實一體化課程開發的實施策略。

【關鍵詞】虛實結合 單片機 項目教學

【中圖分類號】G712 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674—4810（2012）18—0042—02

單片機課程屬于一門多基礎重應用的實踐性學科，在高校通常作為電子信息、電氣和機電一體化等專業的主干課程開設。從實際教學效果看，學生普遍感到難學，主要表現在課程內容抽象、匯編語言難以掌握、與其他課程的關聯度大等方面，教學過程極易陷入難教難學的境地并形成惡性循環，各高校也一直在為解決該問題進行著積極探索。

一 單片機課程項目教學現狀

目前，用于單片機課程的項目教學法主要有以下兩種模式。一種是計算機配合實驗箱完成一定數量的實驗訓練，所用的元器件、線路板均已事先備好，學生所做的工作只是接線和編程下載觀察運行效果，項目主要以驗證性實驗為主。由于硬件設備的局限性，學生所得到的訓練是片面和局部的，沒有體現單片機技術的工程應用特點，不利于調動學生學習積極性和解決實際問題的能力，難以發揮學生的創造力，以至于許多學生學完該課程后仍不會自行編寫程序，更不會擴展實驗或設計一個新的內容。另一種是采用以純虛擬仿真代替真實項目的教學模式，仿真技術可以提高教學效率、改善教學效果，使項目的設計和實施變得靈活多樣，學生也可以完全自主地做一些擴展設計，不受硬件條件的制約，有助于培養學生的設計能力和多學科綜合應用能力。但純虛擬仿真不讓學生接觸實物，不利于培養學生的動手能力和實踐技能水平，實操能力很難得到有效鍛煉。

二 虛實結合的教學設計

單片機課程的學習過程實質上是一個以單片機為工具進行嵌入式系統開發的過程，圍繞單片機技術應用這一核心，將一個個知識點按照學生的認知規律由易到難地融合到教學項目，每一個項目又分解為若干任務。項目教學的目的是提高學生單片機技術綜合應用能力，項目在實施過程中采取虛實結合的實踐方式。實物操作環節利用硬件資源實訓完成，根據學校教學設備的情況，可安排在萬能實驗板上焊接制作完成或在實驗箱上完成。編程和虛擬仿真利用計算機實現，利用虛擬技術強大的資源優勢，彌補硬件不足、實驗設備有限的缺陷，使學生有了設計想法能立即轉化成實踐，提高學習效率。通過虛實結合的項目實例教學，讓學生體會到單片機系統的設計、編程、仿真和調試的整體工作過程，提高綜合技能水平。

1.虛實結合項目的選取原則

項目教學的關鍵在于項目內容的選取，要以單片機技術應用為主線，分層次精心編寫項目內容。項目所涉及的知識和技能應符合人才培養方案的要求，既要包含基本的教學知識點，又要與生產實際相關，實用性強。項目與項目之間既是以相互獨立的完整工作過程體現，又滿足知識由簡單到復雜、逐步遞進的認知規律。項目內容難度不應過大，否則會影響學生的積極性和自信心。注意虛擬仿真項目與實物操作項目之間的關聯，實物制作項目應是學生比較熟悉，容易上手的小系統應用項目，在此基礎上設計虛擬仿真項目，可以讓學生熟悉虛實結合的特點，掌握基本的操作方法，又可在原有基礎上做一些擴展應用設計，以此激發學生的創新思維。

2.虛實結合項目的內容構建

項目內容構建是項目教學實施的基礎，在項目內容選取上，體現單片機應用產品完整的開發工作過程，積極吸收行業企業新技術、引入新器件，不斷將新的應用融入到實踐教學中，滿足對學生創新能力的培養，提高就業競爭力。例如，棗莊科技職業學校的電氣自動化專業單片機課程虛實結合項目（描述如圖1所示），項目數為六個，按照由淺到深、由簡單到復雜的遞進關系組織，涵蓋了單片機所有的硬件結構，包括內部存儲器、輸入/輸出接口電路、中斷系統、定時/計數器，以及串行通信，最后安排綜合應用設計，讓學生從總體上了解系統級開發流程。所有項目均能在實驗箱和仿真平臺上虛實結合完成。前面的學習項目是后續項目的基礎，后面的項目是前面項目的提升，符合學生認知特點、職業成長規律和教育教學規律。

圖1 單片機應用技術課程項目設置

3.虛實結合的項目實施

每一個學習項目都是一個完整的工作過程，為了項目實施過程的連續性和完整性，根據項目難易程度選定半天或一天時間進行集中教學。上課地點選在一體化計算機機房。利用計算機搭建系統開發與虛擬仿真平臺，結合現有單片機實驗箱組成虛實結合、理實一體的實踐教學平臺。

在教學項目實施過程中，學生是學習的主體，教師則主要負責引導學生主動探究。從實際的單片機開發工作抽象出項目教學實施步驟，以實際工程項目的開發流程為主線開展教學。如圖2所示，整個教學按照資訊、計劃、決策、實施、檢查、評估六個步驟實施。具體地講，資訊即是發揮教師的主導作用，引導學生明確本次學習任務，分解任務目標，進入當前知識點學習。然后由學生分組討論制訂實施方案，經過匯總選出合適的方案進入到實施過程。在這一階段要充分發揮學生的主體作用，注重引導學生獨立思考，對知識點自行理解和消化，最終完成項目展示。

需要注意的是，每一個項目的完成都離不開虛實結合的方法，即軟件仿真與硬件調試（在學生拓展創新設計和綜合應用項目中，由于硬件條件限制使用全仿真完成），所以對

Keil軟件和Proteus仿真軟件的學習將貫穿于整個教學過程，并且隨著項目內容的深入，對軟件工具的學習也將越來越深入，其優勢也將越來越明顯，學生可以做更多的創新設計，有助于培養學生的探索精神和創新能力。

4.學習過程評價

在以往的實踐教學中，多采用期末考核評價的方式，既不利于提高實踐教學的質量，又不利于培養學生的綜合素質。應當更加關注學生完成項目的整個過程，因為學生各種能力的鍛煉和培養是在學習過程中實現的，同時學生的思想和行為在項目活動過程中也會表露出來。

圖2 教學項目的分解與實施

三 虛實結合教學效果分析

采用虛實結合的單片機項目教學，打破了理論教學與實踐的界限，課堂教學從原來的教室搬至單片機實訓中心，結合單片機實驗箱、計算機仿真平臺和網上課程資源優勢，將“教、學、做、評”融為一體，為學生自主學習提供了保障。在具體的工程項目實施過程中，實物操作為學生了解單片機應用系統結構打開了大門，而虛擬仿真具有強大的資源優勢和方便靈活的特點，使學生工程實踐能力和創新能力得到鍛煉。當學生展示自己的作品時，臉上總是洋溢著成功的喜悅和興奮之情，正是這種成就感激發了學生的學習熱情，在提高技能水平的同時，自信心也得到提升，綜合素質得到了提高，拉近了學習與就業的距離。

四 結束語

本文分析了當前單片機課程項目教學中普遍存在的問題，提出了虛實結合的項目教學方法。教學實踐證明，將多種單片機開發工具引入課程教學的全過程，虛實交替、互為補充，既提高了學生的動手實踐能力，又培養了創新能力和解決實際問題的能力，激發了學生的學習興趣和主動性，為學生單片機應用能力的培養提供了一種新思路。

參考文獻

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〔責任編輯：陳晨〕