以中職技能大賽為載體的單片機教學(xué)探索

羅燕華

摘 要：本文根據(jù)中職單片機教學(xué)及指導(dǎo)技能大賽的經(jīng)驗，探討如何科學(xué)地進(jìn)行單片機教學(xué)，即在知識傳授上，如何激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣；在學(xué)習(xí)過程中，如何引導(dǎo)學(xué)生喜歡及鉆研單片機；在學(xué)習(xí)成果上，如何增強學(xué)生自信。在吸引學(xué)生學(xué)習(xí)單片機、喜歡單片機、鉆研單片機的整個過程中，培養(yǎng)學(xué)生勤于思考、善于研究的好品質(zhì)和嚴(yán)謹(jǐn)科學(xué)、一絲不茍、精益求精的科學(xué)態(tài)度。

關(guān)鍵詞：學(xué)習(xí)興趣 單片機 策略

課 題：本文系2014年福建省中青年教師教育科研項目B類社科課題（職業(yè)教育專項）《項目實踐驅(qū)動“雙師型”教師專業(yè)成長的行動研究——以電工電子專業(yè)教師為研究范例》（課題編號：JBS14544）研究成果。

筆者一直承擔(dān)中職學(xué)生的單片機教學(xué)及指導(dǎo)單片機技能大賽的工作。近幾年來，中職技能大賽崛起，給職業(yè)教育的發(fā)展帶來了機遇與挑戰(zhàn)。根據(jù)筆者多年的指導(dǎo)及教學(xué)經(jīng)驗，簡單地談?wù)勅绾慰茖W(xué)地進(jìn)行單片機教學(xué)。

一、學(xué)科特點

單片機是一門實踐性、應(yīng)用性都很強的學(xué)科，知識專業(yè)化，所涵蓋的內(nèi)容廣而多。學(xué)好單片機，除了單片機本身的知識外，還要用到電子技術(shù)和C語言的相關(guān)知識，要讓學(xué)生在短時間內(nèi)掌握這些知識難度很大。

二、教學(xué)對象

眾所周知，中職學(xué)生是中學(xué)分流出來的一群弱勢群體。大部分學(xué)生不愛學(xué)習(xí)，不思進(jìn)取，學(xué)習(xí)意志薄弱，對學(xué)習(xí)缺乏興趣，再加上中職學(xué)習(xí)無壓力，導(dǎo)致他們學(xué)習(xí)更加不努力，學(xué)習(xí)和生活自由散漫，學(xué)習(xí)自制力很差。

三、教學(xué)探索

1.授課表述通俗化，學(xué)生上手快，激發(fā)其興趣

眾所周知，要讓學(xué)生愿意學(xué)習(xí)單片機，必須首先讓他對其產(chǎn)生興趣。那么如何讓學(xué)生在第一堂課就對單片機有興趣呢？關(guān)鍵的一步就是要讓學(xué)生知道單片機是什么東西，也就是說，教師的講課內(nèi)容學(xué)生必須聽得懂；其二，教學(xué)內(nèi)容必須有吸引學(xué)生的閃光點，引起學(xué)生的好奇心。只要做到以上兩點，學(xué)生就會有學(xué)習(xí)這門課的欲望。面對單片機這樣專業(yè)性強的學(xué)科，如何做到以上兩點呢？對于教師來講，語言必須是最通俗的，教學(xué)內(nèi)容必須是最容易的。如果老師按照傳統(tǒng)的教學(xué)方法，一上來就是滿篇的專業(yè)術(shù)語，就會讓學(xué)生暈頭轉(zhuǎn)向，打擊了單片機初學(xué)者的信心，這就違背了科學(xué)教育理念。學(xué)習(xí)單片機，并不是簡單地學(xué)習(xí)單片機這塊芯片，簡單地說，就是控制單片機那些引腳的電平什么時候輸出高、什么時候輸出低，由這些高、低變化的電平來控制外圍電路，實現(xiàn)我們需要的各種功能。至于教學(xué)內(nèi)容，掌握二進(jìn)制與十六進(jìn)制的轉(zhuǎn)換就好了。根據(jù)8421碼的運算規(guī)律，第0位對應(yīng)的是1，第1位對應(yīng)的是2，第2位對應(yīng)的是4，第3位對應(yīng)的是8，因此1011B=8+0+2+1=11=BH，11對應(yīng)的十六進(jìn)制為B。接下來出幾道習(xí)題讓學(xué)生到黑板上練習(xí)一下就知道他們有沒有聽懂。實踐證明，學(xué)生還是能夠很好地接受老師傳授的內(nèi)容。一旦學(xué)生成功地解答了老師的習(xí)題，必然從中得到了成就感，極大地鼓舞了學(xué)生，激發(fā)了學(xué)習(xí)興趣。這個時候老師要抓住時機，來個趁熱打鐵，利用單片機弄個花樣出來，比如說做個跑馬燈讓學(xué)生看看，機械手抓個球給學(xué)生看看。有了這個過程，學(xué)生就有興趣學(xué)單片機了。

2.知識邊做邊學(xué)，學(xué)生的成功感、喜悅感油然而生，學(xué)習(xí)態(tài)度由被動變主動

由于單片機跟學(xué)生已有的知識結(jié)構(gòu)沒有任何關(guān)系，加上單片機要用到電子技術(shù)和C語言的知識，要讓學(xué)生在短時間上掌握這些知識是不可能的。因此筆者采用用到哪個知識點就介紹哪個知識點的方法，這樣既節(jié)省了時間，學(xué)的知識又有針對性。一個簡單的發(fā)光二極管閃爍程序涉及很多的知識點，C語言中函數(shù)的格式包括主函數(shù)和子函數(shù)，變量的類型，for 循環(huán)語句和while循環(huán)語句的使用以及電子技術(shù)中發(fā)光二極管的工作原理，電平的概念等。比如發(fā)光二極管的工作原理，在授課中教師最好不講陰、陽極，要表述為正極和負(fù)極，因為在學(xué)生的知識結(jié)構(gòu)中沒有陰、陽極的概念，只有正負(fù)極之分。這里涉及單片機I/O口的概念，趁此機會，教師可以簡單介紹一下單片機40個引腳。為了方便學(xué)生理解，字母I對應(yīng)英文in，可理解為進(jìn)入；字母O對應(yīng)英文out，可理解為出去。因此教師可以這樣解釋，信號可以從這個I/O口進(jìn)去，也可以出來，簡稱輸入/輸出接口，這樣學(xué)生很容易就掌握了I/O口的使用。單片機有40個引腳，學(xué)生可以很容易地掌握35個腳。分析如下：接電源的正負(fù)極需要兩個腳；單片機有4組I/O口（P0、P1、P2、P3），每組有8位，如P0口分為P1.0、P1.1、P1.2、P1.3、P1.4、P1.5、P1.6、P1.7，其他三組以此類推，共計32個引腳；還有一個復(fù)位腳。這樣學(xué)生很容易就掌握35個引腳，其他的引腳以后用到再介紹。介紹到這里，大約用到5個課時，學(xué)生已經(jīng)對單片機有一個感性的認(rèn)識了，他們已經(jīng)急切地想自己編個程序動手試試了，如果他們自己能完成點亮一個燈的實驗，那種喜悅感可想而知。如果他們能完成流水燈的設(shè)計，他們就徹底地愛上單片機了，接下來的教學(xué)就勢如破竹，一片大好形勢。

3.模塊教學(xué)，勤于思考，善于研究，團(tuán)結(jié)協(xié)作

單片機操作用到的是亞龍公司生產(chǎn)的單片機控制安裝與調(diào)試設(shè)備，主要包括顯示、矩陣按鍵、指令、繼電器、AD數(shù)模轉(zhuǎn)換、交直流電動機、步進(jìn)電動機和傳感器等十多個模塊。每個模塊都有各自的功能及技術(shù)。單獨使用某個模塊比較簡單，但要想完成綜合的控制任務(wù)，需要深入的剖析各個模塊的工作原理。只有自己親自動手在平常的訓(xùn)練中發(fā)現(xiàn)問題，認(rèn)真思考，同學(xué)間相互交流溝通，團(tuán)結(jié)協(xié)作，深入研究，查找資料，從細(xì)節(jié)入手，才能找到解決問題的最佳方案。只有熟練掌握了各個模塊的功能，才能完成綜合起來的控制任務(wù)。

4.故障排查，嚴(yán)謹(jǐn)科學(xué)，一絲不茍，準(zhǔn)確到位

這里筆者簡單介紹一下如何進(jìn)行故障排除。一般情況下軟件出問題，在編譯和調(diào)試的過程中會有提示。如果是程序出了問題，哪里運行不了就找哪里，只要把其他的程序屏蔽，單獨運行那個運行不了的地方就可以找出程序錯在哪里。如果是儀器出了問題，相對來說比較復(fù)雜，有可能是模塊出問題，有可能是導(dǎo)線出問題，也有可能是仿真器出了問題。對于模塊出問題只要運用萬用表檢測就可以，比如共陽極的led燈不亮，把它的端口接地，如果亮，就說明模塊沒有問題；比如判斷獨立按鍵是否有問題，沒有按下去，電壓為0，一旦按下去，電壓約為5v；如果導(dǎo)線出問題，換一個導(dǎo)線，或者用萬用表檢測一下兩端是否通就可以；如果模塊、軟件、導(dǎo)線都沒有問題，就說明仿真器有問題了。

5.工藝要求，合理設(shè)計，精益求精，整齊美觀

完成一個綜合的控制任務(wù)需要許多模塊，好幾十條導(dǎo)線，這些導(dǎo)線長短不一、顏色不同，需要按照電路設(shè)計將各個模塊連接起來，這么多的模塊若不加以規(guī)整是很凌亂的。教師要求學(xué)生在完成單片機的控制功能后，能夠動手把各個模塊之間的導(dǎo)線進(jìn)行合理布局，使導(dǎo)線的連接符合電子工藝的要求。也就是說，兩個模塊相差太遠(yuǎn)時，防止導(dǎo)線不夠長，在捆扎每束導(dǎo)線時，要注意與模塊平行或者垂直，不要出現(xiàn)導(dǎo)線交叉，影響美觀。

6.賽場策略，沉著冷靜，認(rèn)真思考，先易后難

從2012年開始，單片機技能大賽的競賽時間由原來的4小時改為4個半小時，要求學(xué)生在4個半小時完成任務(wù)書上的控制要求，任務(wù)書的內(nèi)容有五六張之多，學(xué)生要在最短的時間內(nèi)讀懂任務(wù)書，理解題目的意圖，需要消耗大量的體力和腦力勞動，使得考場氣氛相當(dāng)緊張。一旦學(xué)生心理素質(zhì)不好，很有可能發(fā)揮失常。絕大多數(shù)學(xué)生都是第一次參加比賽，沒有經(jīng)驗，緊張是必然的，因此老師要在比賽前給學(xué)生這方面的指導(dǎo)。為了克服學(xué)生的緊張心理，老師盡量不給學(xué)生壓力，不給學(xué)生過高的期望，要求學(xué)生以平常心對待。單片機技能大賽肯定會有一兩個難點，學(xué)生要靜下心來認(rèn)真思考，如果沒有十足的把握，最好先放棄這部分內(nèi)容，把容易實現(xiàn)的先做，先把基本分拿到。如果一味追求速度和高分，只要有一個地方出了問題，有可能所有功能都實現(xiàn)不了，不但高分的功能沒有實現(xiàn)，就連基本分也拿不到，導(dǎo)致發(fā)揮失常。根據(jù)大賽的評分標(biāo)準(zhǔn)，哪個功能實現(xiàn)了就給分，因此學(xué)生一定要先把容易實現(xiàn)的功能先做，如果有時間再把難實現(xiàn)的功能慢慢編寫進(jìn)去。當(dāng)然加入了新的程序，有可能一不小心導(dǎo)致原來容易實現(xiàn)的功能也不能實現(xiàn)了，因為多個模塊綜合起來很容易出問題。如果出現(xiàn)這樣的情況，只要考試時間足夠，學(xué)生就能靜下心來慢慢查找錯誤所在，如果考試時間不足，學(xué)生應(yīng)該馬上將程序改為原來的程序運行一遍，保證能夠?qū)崿F(xiàn)基本的功能。由于賽場氣氛緊張，學(xué)生心里一著急，手腳一亂，有可能不能正確地修改到原來的程序。為了防止這類情況的發(fā)生，學(xué)生可以把能夠?qū)崿F(xiàn)基本功能的程序備份一份，以備應(yīng)急。

四、不足與改進(jìn)

首先，本文內(nèi)容講得比較基礎(chǔ)、不夠全面，需要更加深入地剖析研究。其次，可以借助科技創(chuàng)新大賽增強學(xué)生競爭意識、創(chuàng)新意識，增強就業(yè)能力。再次，單片機屬于電子與信息技術(shù)專業(yè)課，知識日新月異，需要加強學(xué)習(xí)、溝通，才能趕上技術(shù)的變化。最后，需要加強技能訓(xùn)練，除了訓(xùn)練學(xué)生的編程能力，也應(yīng)該需要技能訓(xùn)練，使得電路設(shè)計、模塊擺放、導(dǎo)線連接符合電子工藝要求。

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