《單片機原理及接口技術》“教、學、做”一體化教學模式的研究與實踐

張翠英，王洪濤，鄭秀紅，解麗華，溫衛(wèi)中

摘要：本文針對傳統(tǒng)教學中重理論輕實踐，學生普遍感覺抽象難懂，更缺乏單片機的實際應用能力和系統(tǒng)開發(fā)能力等問題，提出并嘗試了《單片機原理及接口技術》課程“教、學、做”一體化教學模式。實踐證明，一體化教學極大地激發(fā)了學生的學習興趣，促進了學生創(chuàng)新能力的發(fā)展，為學生實現(xiàn)零距離就業(yè)打下了良好的基礎。

關鍵詞：單片機;教學做一體化;實踐教學

中圖分類號：G642.0???? 文獻標志碼：A???? 文章編號：1674-9324（2014）41-0145-03

《單片機原理及接口技術》是高校電氣類專業(yè)的一門專業(yè)必修課，具有很強的實踐性。該課程的教學目的不僅要求學生掌握單片機的結構原理和匯編語言源程序的編寫，更重要的是培養(yǎng)學生單片機的實際應用能力和系統(tǒng)綜合開發(fā)能力。傳統(tǒng)的教學模式是以教師為中心，以教科書為依據(jù)。教學內(nèi)容上基本都是單片機的基本概念、硬件結構、指令系統(tǒng)、匯編語言、中斷系統(tǒng)、定時/計數(shù)器、串行口、存儲器的擴展、人機接口以及應用系統(tǒng)設計。學生在學習專業(yè)理論知識時，由于對單片機內(nèi)部結構不了解，缺乏必要的感性認識，對抽象的理論知識只能死記硬背。學生在理論知識學習結束后仍然不了解單片機開發(fā)的完整過程，甚至不清楚編程器和仿真器的概念，很難做到對系統(tǒng)的深入理解和充分掌握。理論教學與實踐教學相分離，造成學生的專業(yè)興趣得不到激發(fā)，學習積極性難以調(diào)動，結果是越學越乏味，從而產(chǎn)生厭學情緒。為了提高學生的學習積極性，提升學生的綜合應用及系統(tǒng)開發(fā)能力，我院在機電類專業(yè)的《單片機原理及接口技術》課程教學上嘗試了“教、學、做”一體化教學模式的研究與實踐，取得了較好的效果。

一、教、學、做一體化教學模式特點

“教、學、做”一體化教學是指在同一空間和時間內(nèi)同步進行的教學，理論和實踐交替進行，直觀和抽象交錯出現(xiàn)，沒有固定的先實后理或先理后實順序，而是教師的教和學生的學有機結合，邊教邊做，邊學邊做，這就是“教、學、做”一體化概念。一體化教學符合學生的認知規(guī)律，能夠把復雜的知識直觀化，項目化。這種教學模式可使理論知識的學習與實際操作的訓練緊密結合，使教學內(nèi)容更具有針對性，使學生真正做到知行合一。“教、學、做”一體化教學模式可以較好地激發(fā)學生的學習興趣，增強學生的動手能力，同時也使教學內(nèi)容更具有針對性，使學生真正做到知行合一，對于學生零距離就業(yè)有極大的好處。“教、學、做”一體化教學方法具有以下特點：①實踐性。在真實或仿真的環(huán)境下利用實物、模型或仿真視頻，在“做”的過程中“教”，在“做”的過程中“學”，整個過程在實踐中進行。②實用性。教學做一體化教學內(nèi)容可根據(jù)職業(yè)崗位能力需求設定，即學即用。③自主性。學生能自主、自由地學習，激發(fā)了學生的學習興趣，促進了學生自主創(chuàng)新能力的發(fā)展。④注重綜合素質(zhì)的培養(yǎng)。在教學實施過程中，可以最大限度地培養(yǎng)學生的思維能力、觀察能力和動手能力，同時形成良好的職業(yè)素養(yǎng)。

二、“教、學、做”一體化教學模式實施方案

1.以項目為載體，以實訓為手段，融“教、學、做”為一體。將項目驅動法引入單片機教學，就是要結合具體項目，把所要講授的各項理論知識和實踐技能按由淺入深、現(xiàn)學現(xiàn)用的原則分解到一個個具有明確應用目標的任務中。讓學生在理論知識的學習中，時刻聯(lián)系自己的項目所需要的知識點，學習的目的性更加明確，學習更加積極主動。教師選擇項目要以理論知識為依據(jù)，注重實用性、創(chuàng)新性和前瞻性，既能進一步鞏固理論知識，又能訓練學生的實踐操作，增強學生解決實際問題的能力。引導學生掌握提出問題、分析問題和解決問題的方法，最終讓學生通過自己的努力和教師的指導，完成任務。在傳統(tǒng)的單片機實驗室即可進行單片機項目教學，還可以構建基于Proteus和Keil軟件的虛擬單片機實驗室，不需額外增加大量的硬件設備。項目教學可分以下幾個環(huán)節(jié)：①分配任務，收集資料階段。在學期初始，將項目的難易等級分為A、B、C三級，保證每個學生都能真正參與到項目中，并有所收獲，如銀行自動取款機、交通燈、電子萬年等。學生可根據(jù)自己的能力差異和興趣愛好，加入不同等級的項目團隊，并到任課老師處填寫項目任務書，領取項目。學生根據(jù)領取的項目查閱相關資料，選取合適的單片機型號和相關外圍部件。如智能交通燈，硬件包括單片機、發(fā)光二極管、數(shù)碼管或液晶顯示器等，選擇硬件材料考慮的諸多因素由學生自行解決。②硬件電路搭建。整個項目進程要求學生本著“先硬后軟”的思想，先搭建硬件電路圖。根據(jù)普通教材的教學內(nèi)容安排，第二章將講授單片機的內(nèi)部結構、外部引腳以及構成小型控制系統(tǒng)的設計方法。這一時期引導學生進行硬件電路搭建。③軟件編程。當教材內(nèi)容進入?yún)R編語言指令和編程階段，具體的軟件指令被學生熟知并應用。項目組應進行相應的主功能程序設計。之后是中斷、定時計數(shù)等內(nèi)容，再進行相應的輔助功能程序設計。隨后進入軟件編程。④完成設計進行虛擬仿真。虛擬仿真階段要利用Proteus和Keil兩個仿真軟件。在硬件與軟件設計過程結束后，先用Proteus軟件畫出項目原理圖，再用Keil C51編寫項目驅動源程序并進行編譯，產(chǎn)生一個擴展名為.hex的可執(zhí)行文件。最后把該可執(zhí)行文件嵌入Proteus軟件中的虛擬單片機中去，學生就可以進行仿真調(diào)試，從而形成一個基于Proteus和Keil的虛擬單片機實驗室。⑤實驗室軟硬件調(diào)試驗證。最后重要環(huán)節(jié)是在實驗室進行軟硬件調(diào)試驗證。根據(jù)Proteus軟件仿真通過的項目電路，在單片機實驗箱或實驗平臺上進行實物連接，并利用下載器或仿真器驗證器件功能。若出現(xiàn)故障，小組討論、查找并排除。實際操作使學生熟悉各種器件的規(guī)格、型號及性能，并提高了學生的動手能力。

2.利用課程設計，進一步提高學生的系統(tǒng)開發(fā)能力和綜合應用能力。課程設計是一種課程形式，也是一種教學方法，其基本教學目的是加深學生對課程基礎理論和基本知識的理解與掌握，培養(yǎng)學生綜合運用基礎理論和技能分析與解決實際問題的實踐能力以及勇于探索的創(chuàng)新精神。課程設計內(nèi)容的設立應與時俱進，注重先進性和開放性，并與學科的前沿技術相結合。突出學生的自主性、主動性，激發(fā)學生的創(chuàng)新意識，注重學生設計能力的培養(yǎng)和工程能力的訓練。在課程設計的綜合性、設計性環(huán)節(jié)給予學生更多的選擇。選題沒有固定的要求，只是給出一些提示，學生可以根據(jù)自己的設想進行硬件選擇、軟件設計，達到自己的設計目標。極大地發(fā)揮了學生的主觀能動性和創(chuàng)新性。

3.以電子設計競賽為契機開設第二課堂。為了培養(yǎng)學生獨立工作能力和實踐能力，在人力、物力上積極支持學生開展課外科技活動。實驗室開放是開設第二課堂的前提條件。將學校現(xiàn)有的實驗室在管理制度上開放，為學生自主實驗提供場所及設備。第二課堂的開設以學生的興趣為出發(fā)點，以電子設計競賽為目標，將第二課堂分為日常活動及競賽準備兩種。日常活動鼓勵學生自主設計一些小發(fā)明小制作，自行制作印刷電路板。引導學生申請大學生創(chuàng)新項目（UIT）立項，自己找方向、寫材料、定方案、開展項目研究。鼓勵學生積極參與各種電子設計競賽，提高創(chuàng)新能力。電子設計競賽準備階段要專門抽調(diào)教師進行專業(yè)指導，以減少學生的盲目性，提高學生的體系化、目標化及競賽能力，在賽前還組織了參賽隊員的集訓。

4.與企業(yè)建立緊密合作關系，共建實習基地。建設校內(nèi)生產(chǎn)性實訓基地，由學校提供場地和管理，企業(yè)提供設備、技術和師資支持，以企業(yè)為主組織實訓，構建校企聯(lián)盟，實現(xiàn)學校培養(yǎng)目標與企業(yè)需求對接，全面提高學生綜合技術應用能力。對某些小型產(chǎn)品，可以帶到學校進行組裝，既加強學生應用技能的培養(yǎng)，又可為學生勤工儉學創(chuàng)造條件。此外，學院在師資選擇方面，突破傳統(tǒng)的全職教師模式，廣納社會精英，積極引進企業(yè)有經(jīng)驗的“雙師型”教師，現(xiàn)任課教師中“雙師型”教師已超過20%。單片機原理及應用課程就聘請了某研究所的高級工程師來承擔，不僅傳授給學生許多實用知識與實踐技能，還幫、帶、教出了一批中青年教師，極大地提升了這些專職教師的專業(yè)技術能力。

5.通過“預就業(yè)”，使學生提前進入生產(chǎn)現(xiàn)場。“預就業(yè)”培養(yǎng)模式是一種與就業(yè)相結合，校企聯(lián)合培養(yǎng)的開放式教育模式。近年來，學院與山西本省及一些外省企業(yè)建立了廣泛的合作關系。學生前兩年半在學校學習基礎課、專業(yè)基礎課及部分專業(yè)課，從第六學期以“預就業(yè)”的形式分批進入用人單位，邊學習邊實習，同時接受學校教師的網(wǎng)上授課與考查。學校的專業(yè)課教師借助網(wǎng)絡平臺，給“預就業(yè)”學生提供專業(yè)學習指導與考核。經(jīng)過幾年的摸索與實踐，現(xiàn)已形成一種較為成熟的培養(yǎng)模式，并且與眾多企業(yè)建立了緊密合作關系。目前，我院畢業(yè)生除了在山西省的企業(yè)廣泛就業(yè)，還有很多學生進人到上海、北京、江蘇、內(nèi)蒙古等多家大型企業(yè)。

三、建立綜合評價機制

在“教、學、做”一體化教學模式下，需改變傳統(tǒng)考核方式，建立綜合評價機制，構建能力評價體系。對學生的考核，從注重分數(shù)轉變成注重能力。期末總成績由理論考試成績、實驗實訓成績、項目設計完成情況成績等幾個方面共同組成。理論考核仍采用試卷考試形式，但考試內(nèi)容應體現(xiàn)以能力為本的理念，題型以靈活的選擇、判斷題為主。不同的實訓內(nèi)容制訂不同的考核評價方案。實驗實訓考核在實訓內(nèi)容的基礎之上模仿企業(yè)的真實情況進行模擬情景練習，注重過程，按步驟打分。項目設計及完成情況重在除考核個人能力和團隊協(xié)作能力。

四、結論

“教、學、做”一體化教學模式符合學生的認知規(guī)律，能夠把復雜的知識直觀化、項目化。實踐證明，近幾年在學校開展項目教學法、第二課堂，改革課程設計的內(nèi)容和形式，融“教、學、做”三個環(huán)節(jié)為一體，不僅極大地激發(fā)了學生的學習興趣，縮短了理論教學與實際應用之間的差距，同時也提高學生的綜合應用能力和單片機系統(tǒng)開發(fā)能力，為學生實現(xiàn)零距離就業(yè)創(chuàng)造了良好的條件。

參考文獻：

[1]嚴奉蓮，李樹勇.電子技術一體化教學探討[J].職業(yè)與教育，2007，（30）：77-78.

[2]胡敬朋，王聰.單片機項目教學研究及實踐[J].電氣電子教學學報，2009，（10）：82-84.

[3]曾開富，王孫愚.“工程創(chuàng)新人才”培養(yǎng)模式的大膽探索[J].高等工程教育研究，2011，（5）：20-31.

[4]金文，張惠群，陳曦，劉迎澍.微機原理課程設計的改革與實踐[J].中國大學教學，2012，（10）：49-50.

[5]劉艷莉，孫雨耕，葛寶臻，等.符合工程專業(yè)人才培養(yǎng)模式實驗教學體系的構建[J].中國大學教學，2010，（4）：75-77.

[6]張翠英，溫衛(wèi)中.地方院校應用型人才培養(yǎng)模式研究與實踐[J].黑龍江高教研究，2013，（2）：154-156.

基金項目：太原科技大學教學研究項目（X2012029）

作者簡介：張翠英（1971-），女，太原科技大學化學與生物工程學院副教授，碩士。