單片機(jī)課程的“理實(shí)一體化”建設(shè)

摘 要：針對(duì)當(dāng)前高職院校學(xué)生基礎(chǔ)差和輕視學(xué)習(xí)的現(xiàn)狀，提出了一些單片機(jī)教學(xué)改革思路。在教學(xué)過程中解放思想，樹立以職業(yè)能力培養(yǎng)為目標(biāo)，根據(jù)不同的內(nèi)容靈活運(yùn)用項(xiàng)目教學(xué)法、任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)法和興趣驅(qū)動(dòng)法，引入現(xiàn)代化教學(xué)手段，豐富教學(xué)內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)理實(shí)一體化教學(xué)，取得很好的效果。

關(guān)鍵詞：高職教育 理實(shí)一體化 單片機(jī)教學(xué)

中圖分類號(hào)：TP368文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1674-098X（2013）05（a）-0156-02

國家高等職業(yè)教育發(fā)展規(guī)劃（2011-2015年）綱要指出“遵循高職教育規(guī)律，以學(xué)生職業(yè)生涯發(fā)展為目標(biāo)，突出實(shí)踐能力培養(yǎng)，構(gòu)建基于產(chǎn)教一體、工學(xué)結(jié)合、訂單培養(yǎng)的人才培養(yǎng)模式”，我院也在積極探索高職教育教學(xué)模式，組建了電子信息技術(shù)專業(yè)群。《單片機(jī)原理與應(yīng)用技術(shù)》作為電子信息專業(yè)群核心課程，在教學(xué)過程中抓住“突出實(shí)踐能力培養(yǎng)”這一核心問題，突破以往理論與實(shí)踐相脫節(jié)的現(xiàn)象，充分發(fā)揮教師團(tuán)隊(duì)的主觀能動(dòng)性，通過設(shè)定教學(xué)任務(wù)和教學(xué)目標(biāo)，讓師生雙方邊教、邊學(xué)、邊做，全程構(gòu)建素質(zhì)和技能培養(yǎng)框架，豐富課堂教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，提高教學(xué)質(zhì)量[1][2]。在整個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)中，理論和實(shí)踐交替進(jìn)行，直觀和抽象交錯(cuò)出現(xiàn)，沒有固定的先實(shí)后理或先理后實(shí)，而理中有實(shí)，實(shí)中有理。突出學(xué)生動(dòng)手能力和專業(yè)技能的培養(yǎng)，充分調(diào)動(dòng)和激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。

1 課程內(nèi)容建設(shè)

為實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)踐交替進(jìn)行，直觀與抽象交錯(cuò)出現(xiàn)，就要對(duì)單片機(jī)課程內(nèi)容本身進(jìn)行重構(gòu)，精心組織每一堂課的內(nèi)容，根據(jù)不同內(nèi)容選擇相應(yīng)的教學(xué)方法（如任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)法、項(xiàng)目教學(xué)法和工作過程導(dǎo)向教學(xué)法），同時(shí)與使用到的其它課程內(nèi)容相互聯(lián)系，構(gòu)成一個(gè)統(tǒng)一的整體[4][5][6]。

1.1 單片機(jī)課程內(nèi)容的重構(gòu)

課程內(nèi)容構(gòu)建突出理實(shí)一體化，依據(jù)能力培養(yǎng)需求決定教什么、學(xué)什么、訓(xùn)練什么。在教學(xué)內(nèi)容的構(gòu)建中，將整個(gè)單片機(jī)課程按項(xiàng)目教學(xué)法設(shè)計(jì)為五大模塊（如圖1所示）。

每個(gè)模塊分解為若干個(gè)子項(xiàng)目，其中模塊一主要包含兩個(gè)子項(xiàng)目，知識(shí)點(diǎn)包括單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)和引腳、C語言程序設(shè)計(jì)和開發(fā)仿真應(yīng)用軟件；模塊二包含四個(gè)子項(xiàng)目，知識(shí)點(diǎn)在模塊一的基礎(chǔ)上增加了單片機(jī)接口技術(shù)，如鍵盤和顯示器等；模塊三包含八個(gè)子項(xiàng)目，知識(shí)點(diǎn)增加了單片機(jī)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器系統(tǒng)和中斷系統(tǒng)；模塊四包含四個(gè)子項(xiàng)目，知識(shí)點(diǎn)增加了數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換技術(shù)，單片機(jī)串行通信原理與應(yīng)用；模塊五是一個(gè)綜合性的項(xiàng)目，包含兩個(gè)子項(xiàng)目，知識(shí)點(diǎn)包括單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)、開發(fā)和調(diào)試的思路、方法和技巧，模塊化程序設(shè)計(jì)方法等。將知識(shí)點(diǎn)與技能點(diǎn)分別融入每個(gè)項(xiàng)目中，項(xiàng)目的設(shè)計(jì)由易至難、由簡單到復(fù)雜，項(xiàng)目之間具有獨(dú)立性、實(shí)用性、可擴(kuò)展性、可操作性，項(xiàng)目之間從內(nèi)涵、難度上成遞進(jìn)關(guān)系。

構(gòu)成能力訓(xùn)練模塊時(shí)，考慮了相鄰模塊間的進(jìn)階關(guān)系，通過逐一模塊的能力訓(xùn)練，學(xué)生可逐步提高單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與調(diào)試能力，再經(jīng)過綜合項(xiàng)目的設(shè)計(jì)、分析與調(diào)試，讓學(xué)生全面了解整個(gè)項(xiàng)目基本技能綜合運(yùn)用的方法，進(jìn)一步提高單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的綜合應(yīng)用能力。知識(shí)學(xué)習(xí)由簡單到復(fù)雜，技能訓(xùn)練由單一到綜合，單片機(jī)技術(shù)應(yīng)用能力逐漸貼近職業(yè)崗位要求。

1.2 單片機(jī)與專業(yè)內(nèi)其他課程融合重構(gòu)

單片機(jī)廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制領(lǐng)域，單片機(jī)控制系統(tǒng)一般包括傳感器、信號(hào)變換、單片機(jī)控制、隔離驅(qū)動(dòng)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)幾個(gè)部分，可見單片機(jī)控制系統(tǒng)集多門應(yīng)用技術(shù)于一體，是電子信息類和控制類專業(yè)的一門核心課程，實(shí)踐性、應(yīng)用性很強(qiáng)。要求教師在理實(shí)一體化教學(xué)中，將已修課程（如數(shù)字電路、低頻電路、傳感器技術(shù)、電子工藝、電子線路CAD等課程）與單片機(jī)原理及應(yīng)用有機(jī)的融合在一起，因此在每一個(gè)單片機(jī)項(xiàng)目內(nèi)容設(shè)計(jì)與開發(fā)過程中，不單考慮單片機(jī)的理論知識(shí)，還兼顧與本項(xiàng)目相關(guān)的其它專業(yè)課知識(shí)，實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與專業(yè)內(nèi)其它課程整合重構(gòu)。例如溫度的測(cè)量控制項(xiàng)目，除單片機(jī)外，還包括溫度傳感器、模數(shù)轉(zhuǎn)換、顯示器和報(bào)警器等，將這些知識(shí)內(nèi)容在單片機(jī)課程的設(shè)計(jì)中有機(jī)的融合在一起。

2 教學(xué)方式和方法改革

2.1 教材的選擇

為更好的實(shí)現(xiàn)理實(shí)一體化教學(xué)，教材選用《單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)（C語言版）》，全書以工作任務(wù)引導(dǎo)，從內(nèi)容與方法、教與學(xué)、做與練等方面體現(xiàn)高職教育的教學(xué)特色。通過22個(gè)工作任務(wù)，主要介紹單片機(jī)硬件系統(tǒng)、單片機(jī)開發(fā)系統(tǒng)、單片機(jī)并行端口應(yīng)用、定時(shí)與中斷系統(tǒng)、顯示與鍵盤接口技術(shù)、A/D與D/A轉(zhuǎn)換接口、串行接口通信技術(shù)、單片機(jī)系統(tǒng)擴(kuò)展，以及單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)等內(nèi)容。注重技能訓(xùn)練，采用工作任務(wù)引導(dǎo)教與學(xué)，內(nèi)容貼近電子行業(yè)的職業(yè)崗位要求，同時(shí)介紹了許多有關(guān)單片機(jī)應(yīng)用的小經(jīng)驗(yàn)、小技巧、小資料等知識(shí)，具有很強(qiáng)的實(shí)用性、可讀性和趣味性。結(jié)合教材，在每一個(gè)項(xiàng)目或模塊的教學(xué)中，首先勾勒出本項(xiàng)目所涉及的理論基礎(chǔ)，以方便教師組織學(xué)生進(jìn)行必要的理論準(zhǔn)備，同時(shí)要給學(xué)生提出基本要求和提高要求，使得學(xué)生在完成基本的教學(xué)任務(wù)的同時(shí)擁有自主學(xué)習(xí)、自主創(chuàng)新的空間，方便學(xué)有余力的學(xué)生進(jìn)一步提高自己。所有的項(xiàng)目教學(xué)秉承由簡入深的原則，通過漸進(jìn)的學(xué)習(xí)逐步的領(lǐng)會(huì)和掌握知識(shí)。

2.2 教學(xué)方法的調(diào)整

改變傳統(tǒng)的教學(xué)模式。以項(xiàng)目教學(xué)法為主，結(jié)合興趣驅(qū)動(dòng)、任務(wù)驅(qū)動(dòng)、案例教學(xué)法等教學(xué)方法，根據(jù)不同內(nèi)容選擇相應(yīng)適合的教學(xué)方法或幾種方法的組合。首先是興趣驅(qū)動(dòng)，興趣是最好的老師，在每一次課的開始階段，展示與授課內(nèi)容相關(guān)的產(chǎn)品或仿真現(xiàn)象，直觀的告訴學(xué)生我們現(xiàn)在做的是什么，例如單片機(jī)驅(qū)動(dòng)一個(gè)LED發(fā)光二極管，同學(xué)直觀的看到發(fā)光二極管在一亮一滅，這樣就創(chuàng)建了一個(gè)形象而且有趣的情景，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。然后根據(jù)現(xiàn)象提出任務(wù)，分析講解實(shí)現(xiàn)任務(wù)的原理。以項(xiàng)目任務(wù)為教學(xué)單元，打破原有界限，包括硬件結(jié)構(gòu)、指令、編程的先后順序，將各部分知識(shí)分解成一個(gè)個(gè)知識(shí)點(diǎn)，為完成一個(gè)項(xiàng)目任務(wù)將不同知識(shí)點(diǎn)加以組合，最終實(shí)現(xiàn)一個(gè)個(gè)項(xiàng)目教學(xué)任務(wù)。完成一個(gè)項(xiàng)目任務(wù)就能清楚單片機(jī)的開發(fā)過程，完成二、三個(gè)項(xiàng)目任務(wù)，就能自己模仿性的編出自己的程序，使得學(xué)習(xí)過程是一個(gè)不斷成功完成任務(wù)的過程。當(dāng)所有項(xiàng)目任務(wù)完成，知識(shí)點(diǎn)就全掌握了。

2.3 實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)改革

Proteus是美國Labcenter Electronics公司出品的單片機(jī)仿真軟件，Proteus除了能仿真模擬電路、數(shù)字電路、數(shù)字模擬混合電路外，其最大的亮點(diǎn)在于能夠?qū)纹瑱C(jī)進(jìn)行虛擬實(shí)物仿真，從硬件原理設(shè)計(jì)、程序編寫、“目標(biāo)板”調(diào)試一應(yīng)俱全，支持匯編語言和C語言程序。

單片機(jī)實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目的實(shí)施，是學(xué)生進(jìn)行硬件電路設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)及綜合調(diào)試的過程，是理實(shí)一體化教學(xué)中非常重要的教學(xué)環(huán)節(jié)。在以往的硬件電路安裝調(diào)試過程中，學(xué)生會(huì)出現(xiàn)各種各樣的錯(cuò)誤，需要不斷的更改和焊接線路及元件，容易造成電路板和元器件的損壞。

因此在實(shí)踐中改變以往的實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)方法，所有的任務(wù)都是先采用Proteus軟件仿真，仿真實(shí)現(xiàn)后再進(jìn)行真實(shí)硬件電路安裝調(diào)試。利用仿真軟件先進(jìn)行仿真，這樣絕大部分的錯(cuò)誤就可以在仿真軟件上修改，減少了元器件的損失，同時(shí)提高實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)效率，達(dá)到事半功倍的效果[3][7]。例如數(shù)字鐘的設(shè)計(jì)，先在Proteus軟件上進(jìn)行硬件電路設(shè)計(jì)，然后進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)，最后在Proteus仿真軟件上進(jìn)行綜合調(diào)試，軟硬件上的修改方便快捷。只有仿真成功后才可以進(jìn)行電路板的焊接與調(diào)試，這樣使絕大部分的硬件錯(cuò)誤在仿真過程中解決，即節(jié)約了時(shí)間，又減少了元件浪費(fèi)[8-10]。

2.4 考核方式的改進(jìn)

高職的學(xué)生普遍存在理論基礎(chǔ)薄弱、學(xué)習(xí)興趣不足的問題，傳統(tǒng)的教學(xué)注重知識(shí)和理論的學(xué)習(xí)，考核以期末理論考核為主。本單片機(jī)教學(xué)中在保證新知識(shí)傳授和理論系統(tǒng)性的同時(shí)特別強(qiáng)調(diào)職業(yè)技能的訓(xùn)練，考核的內(nèi)容包括平時(shí)考核、實(shí)踐考核和知識(shí)性考核三個(gè)方面（如圖2所示）。

其中平時(shí)考核解決學(xué)生的上課出勤率和上好理論課問題，實(shí)踐考核主要考核學(xué)生對(duì)單片機(jī)產(chǎn)品的安裝、調(diào)試和糾錯(cuò)能力，知識(shí)性考核主要考核學(xué)生對(duì)單片機(jī)知識(shí)的綜合理解和運(yùn)用能力，充分體現(xiàn)能力與知識(shí)、操作與理論并重的考核模式。

3 結(jié)語

單片機(jī)課程是一項(xiàng)實(shí)踐性很強(qiáng)的教學(xué)過程，除了單片機(jī)知識(shí)，還涵蓋了數(shù)字電路、模擬電路等知識(shí)，既有硬件設(shè)計(jì)又有軟件編程。既要設(shè)計(jì)涵蓋知識(shí)面豐富的項(xiàng)目，又要精心組織理論授課、實(shí)驗(yàn)授課和單片機(jī)綜合實(shí)訓(xùn)。需要教師不斷的加強(qiáng)科學(xué)研究，并把科研成果在教學(xué)中得到體現(xiàn)，需要教師不斷的改進(jìn)教學(xué)方法，提高教學(xué)效果。

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