“單片機應用技術”課堂教學改革探索與實踐

摘要：針對目前高職“單片機應用技術”教學中教學方法、教學內容、教學手段等存在的問題，進行詳細而深刻的分析，采用“以項目為載體，任務引領式，以開發實際產品為導向，以技能培養為主線，采用探究式教學方法”對單片機教學進行改革，并指出改革思路、改革措施及具體的實施過程和取得的教學改革成效。

關鍵詞：單片機；任務引領；探究式教學；教學改革

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）35-0129-02

單片機誕生于上個世紀70 年代，如今單片機技術已成為計算機技術的一個重要分支，廣泛應用到工業控制、儀器儀表、消費產品、汽車、辦公自動化和通信等領域。

單片機應用技術是一門實踐性和綜合性都很強的課程。它是應用電子技術、電氣自動化、計算機控制等專業的一門必修專業核心課程，前導課程有“電工基礎”、“模擬電路”、“數字電路”、“C語言程序設計”、“電子CAD及PCB板制作”以及“電子設備裝接工”課程。后續課程有“嵌入式程序設計”等。幾乎涵蓋了人才培養方案的8大課程，在專業人才培養方案中具有重要的地位。同時也是電子設計大賽和機器人大賽的必不可少的。近幾年來，從學生的就業情況來看，單片機課程的教學效果并不盡如人意。存在許多不足。主要體現在如教學內容陳舊與實踐脫節；實驗設備陳舊；傳統教學模式、教學方法不適合高職學生特點等。考核方式不合理；教學理念不能及時更新等。

一、高職“單片機應用技術”課程教學存在的問題

1.教學內容陳舊

（1）編程語言不統一。經調查統計表明，浙江省開設單片機課程的高校里，大約有20%的學校仍舊在用匯編語言開發單片機程序，而80%的高等院校采用C語言進行程序開發。比如該學院的電氣自動化專業就是采用匯編語言開發程序。如今企業的開發一般都以C 語言開發為主，在一些精確控制的地方用匯編語言，然而，教師還在一成不變的進行匯編語言的講解，對C語言的單片機編程根本不作涉及。當然匯編語言編程也有其優點：如代碼緊湊、運行效率高、可直接對硬件內部進行控制等，但它也有一個最大的缺點就是語句抽象、編程效率低。這造成的結果就是：我們的學生對程序的每個語句都能看懂，但整個程序的語句結合到一起就變的不知所云了。等到自己結合硬件進行編程時，就更加無從下手。就這樣越學不會，不懂的地方就越多，而越不懂就越不想學，甚至最后就放棄了學習。最后，一門課學下來，腦子里剩下的只有一個個指令和表面的理論知識。

（2）教學內容設計不合理。經調查統計，浙江省大約有10%的高職院校仍然講授單片機內部電路工作原理、工作時序、指令系統等，這些內容要刪掉，原因是高職院校的大部分學生理論基礎薄弱，數學基礎差，模擬電路和數字電路等基礎知識掌握不牢。 甚至聽不懂這些內容，越聽越糊涂，起到適得其反的作用。

由于單片機的發展趨勢是片上系統或用于完成特定功能的任務的最小系統，所以在教學中，應將重點放在單片機最小系統上，同時要考慮外圍接口串行化趨勢，對并行擴展部分內容進行壓縮，同時增加串行總線的內容。而這些在很多高職院校根本就沒有做到。

（3）知識點單一。為了培養高素質技術技能人才，實現學校和企業的零對接。學校教師不斷鼓勵學生參加基于單片機的各類競賽，競賽中除了要用到單片機技術知識外，還要用到其他方面的知識，如傳感器、通信、機械、電機等技術，由于高職院校開設的課程有限，這些知識點可以放在第二課堂講授，但是很多高職院校沒有開設第二課堂。這在某種程度上削弱了學生學習的積極性，不利于實現人才培養目標。

2.實驗類型單一

以往都是在單片機實驗箱上或開發板上進行驗證性實驗，開放性實驗和設計性實驗很少。學生實驗時只要簡單地連接幾條信號線即可進行程序的調試，很少涉及硬件電路的檢查和調試，一些學生在學完這門課程后甚至連一些常用的器件都不認識。不能系統地掌握元器件檢測、安裝、焊接、故障維修以及編程器、示波器等儀器儀表使用等技能。

3.實踐教學手段陳舊

據調查統計，現在依然有很多高校，如溫職院、溫州科技職業技術學院等在上實驗課的時候，不外乎兩種情況，一種是依賴于試驗箱或開發板，做驗證性實驗，屬于硬件仿真，另外一種就是采用KeilC51和Proteus軟件虛擬仿真。仿真可以直觀、形象的觀察結果，提高學生的認知。設備投入少，和理論結合較緊密。減少原材料的損耗。但它不能系統地讓學生掌握元器件檢測、安裝、焊接、故障檢測與調試以及示波器、萬用表等常用儀器儀表使用技能。然而，在實際開發電子產品的過程中，要有裝配、焊接、調試、檢測和故障維護等。尤其是在硬件調試過程中，干擾問題尤為重要。干擾會影響整個系統的穩定性。而這些恰恰在仿真教學方法中是缺失的。和生產實踐相脫節。不能很好實現學校和企業的對接。最關鍵的是仿真教學不能引起學生十足的興趣。

二、改革思路

以實際產品開發項目為導向，以技能培養為主線；采用探究式教學。提出問題、引入相關知識、訓練相關技能、培養職業習慣；逐級深化、層層包含，構成一個由淺入深的技能訓練與知識學習有機融合的課程內容體系。

三、高職“單片機應用技術”課程教學改革措施

基于以上幾點，近幾年來，該校的單片機課程建設與教學團隊進行了教學研究與改革系列活動，極大地促進了課程的發展，提高了課程的教學質量。具體表現如下：

1.課程標準的修定

經過聘請該行業企業的專家進行人才培養方案的剖析論證，結合該校學生的學情，修改人才培養方案，經過多年教學的探索與研究，依據高職教學特點“必須、夠用”的原則編制教學標準、調整理論與實訓的比例，理論課為64學時，實踐課為136學時，制訂授課計劃。其中，第一學期 “單片機基礎”課程。學時96。理論：實踐=64：32。第二學期開設“單片機應用技術”課程，學時80，以實踐為主，開發單片機應用系統。

2.進行了教學方法和手段改革的初步探索

在傳統教學模式中，是按照單片機的結構體系來授課，采用仿真教學方法，存在很多問題。如單片機系統結構抽象，指令功能多，程序編寫困難等，甚至學生學完單片機，不知道單片機是用在什么地方，有什么用處。為解決這些問題，改進傳統仿真教學方法，引入項目教學法、實物演示法等教學方法，激發學生學習興趣，收到良好的教學效果。

（1）采用以“項目教學”貫穿全課程的課程模式。把教學內容分成若干個小項目，詳細分析每個項目應具備的理論知識和實踐技能，并制定出詳細的教學方案。教師在講完理論知識后，引導學生動手制作電子作品，讓他們在實踐中加深對理論知識的理解。學生每完成一步制作，便感到距離成功更近了一點，因而會有一種成就感。激發了他們的學習興趣，增強學習信心，變被動的接受知識為主動的獲取知識。當完成了所有項目后，該課程的基本知識點也就全部掌握了。

（2）教學方法的改革。采用多媒體、動畫和仿真教學方法進行教學，已成為單片機教學的基本條件。

使用KEIL C51和PROTEUS軟件進行虛擬仿真和采用開發板進行硬件仿真，可以形象、直觀地觀察結果，提高學生的認知能力。而且還具有設備投入少、和理論結合較緊密以及減少原材料的損耗等優點。但是不能系統地使學生掌握元器件檢測、安裝、焊接、故障維修以及編程器、示波器等儀器儀表使用等技能。和生產實踐相脫節。不能很好實現學校和企業的對接。最關鍵的是仿真教學不能引起學生十足的興趣。因此提出以項目為載體，任務引領式，采用探究式教學方法，開發實際電子產品，如通信設備類、儀器儀表類、家用電器類、報警器等，能彌補傳統仿真教學方法帶來的不足。培養學生自主學習能力，開發其創造潛能。

3.教學理念的改革

改變傳統的教學理念，采用“做中學、學中做”的教學理念。通過教學實踐證明，“做中學”教學模式能使學生的教學參與度大大提高，既能激發學生的創新性，又能提高學生綜合分析問題和解決實際問題的能力，較好地實現了高素質技術技能人才的培養目標，值得我們進一步研究、探索、實踐和應用。

4.考核方式的改革

本課程是一門綜合性、實踐性很強的課程，必須大力提升實踐教學的地位，加強實踐考核，因此，改變傳統的“理論成績+實驗成績”的考核方法。將實踐成績作為課程成績重要組成部分，形成包括理論成績、實訓成績和平時成績的“理論+實操+平時”三位一體全新考核方式。即：

考核成績=理論成績*30%+項目成績*50%+平時成績*20%

項目成績主要包括：作品的完整性、指標或參數是否達到設計要求，作品的外觀設計、程序設計是否優化等。

四、“單片機應用技術”教學改革的實施過程

以項目為載體，任務引領式，采用探究式教學方法，開發實際電子產品，包括通信設備類、儀器儀表類、家用電器類、報警器類等。彌補傳統仿真教學方法帶來的不足。培養學生的自主學習能力，開發其創造潛能。具體步驟如下：

創設情境，激發動機。首先，通過播放錄像或動畫等手段，要學生了解該產品在企業或實際生活中的應用情況，實現哪些功能。引起學生的注意和思考，激發學生探索的興趣和強烈的求知欲，使學生產生一種最佳的學習心向，吸引學生積極主動地去研究去探索去發現，從而能動地去完成對知識的構建，在自己的頭腦中形成較系統的知識體系。

教師引導，學生探究。這是探究教學的關鍵步驟，首先，教師幫助學生制定合理的開發方案，選擇恰當的方法，提供原材料和實驗設備，由學生自己動手做實驗，驗證方案設計的正確性。并把自己的實驗過程或者查閱的資料進行總結梳理，得出自己的結論和解釋。小組成員也可以探討、交流，提出不同的解決方案或方法。這一環節，學生為主體，教師為輔。教師引導學生自己發現問題，學生不明白時，可適當點撥。

討論交流，合作探究。學生在學習和制作實際產品過程中，鼓勵相互討論、交流經驗和自學成才。然后教師針對交流中普遍存在的、模糊的、不能解決的問題給以詳細的講解。討論形式要靈活多樣，使教師指導和學生自主探究相結合，傳授知識和解決問題相結合，單一性思考和求異性思維相結合。討論過程中，教師要充分調動學生討論的積極性，及時發現優點，特別是善于捕捉學困生的閃光點，及時給予鼓勵、引導學生多角度全方位看問題，讓不同層次的學生都能相互啟發，通過研討還可以解決一些獨立自學所不能解決的問題，有利于培養學生協作精神與集體意識。

4.通過考核、問卷調查、座談會等形式進行教學效果評價。

五、課程改革取得的效果

經過教學改革實踐，改善了教學效果，教學質量得到顯著提高。以項目為載體，任務引領式，采用探究式教學方法，開發實際電子產品，實現了“教、學、做”一體化的有機結合，讓學生帶著任務去學習，培養學生主動思考和創造性思維的能力，提高學生設計電路、調試程序、開發實際產品等各個方面的技能。采用了以實訓操作為主的考核方式改革后，高分低能的現象沒有出現，學生的動手能力明顯提高。其中，學生申請2項浙江省大學生新苗人才計劃科技創新項目。作品是：基于機器視覺的倉庫火災預警機器人的研制（立項號：2012R455001）。和基于機器視覺的無人駕駛智能車（立項號：2013R455001）。學生采用單片機設計的“半自主式多功能尋跡小車”參加全國“第六屆全國信息技術應用水平大賽”電子系統設計團體賽和浙江省第三屆高職高專院校“挑戰杯”大禹·尚格創新創業競賽，分別獲得國家三等獎和省級二等獎。

由于教學內容要隨著新技術的應用和市場需求的不斷變化而不斷更新，因此教學改革還有待于繼續改進和完善，只有這樣，才能使培養的學生更好的滿足社會的需要，實現人才培養目標。

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（責任編輯：劉麗娜）