單片機課程一體化教學模式的研究與實踐

段英宏 劉秀紅

摘 要：單片機課程是一門以培養學生工程實踐能力、技術創新能力、團隊協作能力等為目標的教學課程，它與生產實際緊密相連，在整個電類課程體系中具有非常重要的位置。但當前單片機課程教學往往存在教學形式單一，實踐操作方法、內容滯后于現代企業需求等諸多問題，因此采用了一體化教學模式對單片機教學進行了改革嘗試，使學生邊學邊做，理論緊密聯系于實踐，提高了學生單片機設計和開發應用的能力。

關鍵詞：單片機；一體化；教學改革

中圖分類號：G420文獻標志碼：A文章編號：2095-9214（2016）09-0112-02

單片機是一種常用的嵌入式微控制器，廣泛應于工業生產、日常生活的電子電氣設備中。單片機課程是自動化、電子信息、通信工程、電氣工程及其自動化、測控技術與儀器、機電一體化等多個專業的專業必修課[1]。學好單片機，可以有效提升學生硬件設計能力、軟件編程能力、以及綜合應用能力，為嵌入式微處理器應用打下堅實基礎[2]。

單片機課程是一門以培養學生工程實踐能力、技術創新能力、團隊協作能力等為目標的教學課程，它把理論性和實踐性融合到一起，與生產實際緊密相連，在整個電類課程體系中具有非常重要的位置。目前，單片機課程教學往往不能滿足現代企業對單片機技術人才的要求，存在著諸多問題。

一、存在的問題

1.教學形式單一，理論教學與生產實踐脫離

目前，多數高校單片機課程教學采取的模式仍為按照知識體系講解。這種常規教學模式，雖然能使學生理解單片機結構，了解指令使用方法和運行過程，掌握單片機系統知識，但易使學生感到內容枯燥乏味，缺乏學習興趣，導致很多學生失去主動學習欲望。而在實踐教學上，大多數學校采取先理論教學后實踐訓練的形式，且實踐操作訓練學時較少，導致課程理論多實踐少，理論實踐相脫離。

2.實踐操作方法、內容滯后于現代企業需求

當前單片機實踐教學手段大多以試驗箱為平臺進行。由于實驗教學設備的集成化，使學生忽視了硬件設計能力的學習。且實驗環境與企業實際工作環境差距較大，造成了學生適應性差，動手能力弱的境地。

3.學生學習方式單一

現如今的教學方法，主要靠學生死記硬背知識點，缺少靈活應用。學生軟硬件設計只能模仿他人例程，忽視設計過程，僅注重結果，缺少分析問題、解決問題的能力。

由于以上問題，學生普遍反映單片機概念抽象、知識點瑣碎、編程難，硬件設計無從著手等。因此，研究適應企業發展需求的單片機教學模式，改革單片機課程教學方式迫在眉睫。

為解決上述問題，本文采用一體化教學模式對單片機教學進行了改革嘗試，將理論和實踐緊密結合在一起，以教學計劃為主導，以任務教學法為主要載體，以多種教學方法的結合為途徑，形成“教、學、練”深度融合、互相促進的教學過程，改變了傳統的單片機課程教學模式，使學生邊學邊做，理論緊密聯系于實踐，提高了學生單片機設計和開發應用的能力。

二、一體化教學模式改革思路

單片機課程的一體化教學模式改革是本著以培養學生綜合能力為目標、以任務教學法為主導，輔以其它多種教學手段相結合，以動手實踐為導向的原則進行的。教學中以提升學生設計能力為目標，邊學邊做，通過一些具體任務，突出單片機的“應用性”，提高學生的綜合能力，包括社會能力、創新能力和專業能力[3]。社會能力主要培養學生之間的交流與溝通能力、團隊協作能力、組織能力，提高學生的敬業精神及社會責任心等。創新能力主要培養學生獲取新知識、新信息和新技術的能力，使學生能夠獨立進行任務分析、評價及實施；專業能力主要培養學生單片機的應用開發及設計能力，合理利用和支配資源，擁有較強的職業生涯規劃能力等。

在一體化教學改革過程中，改變了傳統教學的章節次序，對知識點進行了重新歸納整理，加入了大量的典型實例，對教學內容進行重新整合。并在教學中給學生布置一定的學習任務，任務的安排由簡單到復雜，從單一到綜合，單個任務可以包含某個章節的內容，也可以涉及整本書的內容。隨著學生逐漸完成學習任務，教師也從知識傳授者轉換成知識學習的引導者，引領學生學習單片機，為他們今后的工作或者繼續學習打下堅實基礎。

三、改革的方法

單片機的一體化教學模式，以培養學生的實踐能力為目標，以提高學用實用技能為導向，強調理論與實踐的緊密結合。讓學生在實在實際操作中，圍繞著即定的任務和目標，一邊學一邊做來完成某一教學任務。針對單片機課程自身的特點，從以下幾方面進行改革。

1.改革教學環境

沒有健全的基礎設施和單片機教學環境，一體化教學模式就無法實現。傳統的單片機實驗室受資金和場地的限制，一般都采用硬件仿真，這限制了配置的靈活性和完整性[4]。本項目在傳統硬件實驗的基礎上，采用了基于個人PC和軟件的單片機虛擬實驗。這種虛擬實驗硬件投入少，實驗內容全面，學生可在個人電腦上自行實驗，具有直觀、節約成本、不受實驗室條件限制等特點。

2.用多種方式結合的教學方法改革

教學方法很大程度上決定了教學效果如何。如果教學方法不能跟上時代需要，就很難得到令人滿意的教學效果。單片機課程教學應多利用現代化教學手段，采用多種教學手段來輔助多媒體教學，這樣才能明顯提升教學效果[5]。在單片機教學中，若引入以實踐為主的多種教學方法，就可以縮短實踐與理論的差距，發揮靈活性特點，提高學生解決實際問題的能力。本項目在對目前單片機教學過程中所存在的主要問題進行分析的基礎上，尋求幾種有效的教學方法與模式，力爭克服單片機傳統教學的弊端，探索出一條既有利于學生入門，又能有效提高學習效率的途徑。

3.教學改革實施方法

考慮到單片機課程比較抽象、難于理解，因此在教學模式上改變了傳統的教學方式，采用了邊教邊做邊學，注重啟法式實踐教學，激發學生學習的主動性，培養學生獨立思考、嚴謹創新的科學態度，同時還對教學模式進行了改革，具體采取的方法如下：

（1）任務導向教學法

我們在教學中布置多個任務，要求學生在規定的時間段內完成，記入課程成績。通過任務制作，激發學生的學習積極性，使學生主動去掌握相關知識。學生通過了解任務背景、分析任務要求，提出解決方法，然后設計電路、編寫程序，電路安裝、產品調試，最后進行項目總結，通過這一系列過程培養了學生的各種能力，如硬件設計能力、編程能力、問題分析能力、團隊協作能力等。

例如，在《智能交通燈設計》項目，問題的提出：在一個十字路口要安裝一個交通燈，可以采用什么方法可以解決這一問題，進一步提出，當遇到救護車通過時該如何設計，再進一步提出，若在交通繁忙時，某路口堵車時，該如何更改交通燈。通過問題的一步步深入，學生思考的也越深入，所了解的知識也就越多，越與實際相關聯。

為達到教學目的，把即將講授的理論知識和實踐技能按照由淺入深、現學現用的原則安排到一個個任務中，讓學生在規定時間內完成這些具有明確應用目標的任務，引導學生在解決任務的同時學習理論知識和提升實踐技能，從而把單片機的教學內容分解到一個個具體任務之中。通過這些任務的實施，經過了解任務背景、實地實物查看、分析問題、討論方案、制定方案、制定實施方案，即設計電路、估算參數、設計印制電路板、采購元器件、程序編寫、電路安裝調試、成果展示、項目總結等教學環節，綜合提高了學生的關鍵能力。

（2）現場演示法

在單片機教學過程中，就學生在任務實施過程中遇到的常見問題，開展現場演示方法，介紹編程技巧，介紹相關軟件使用方法以及程序調試技巧，然后讓學生修改程序，觀察調試結果。這樣在教學過程中把理論和實踐結合到一起，提高了學生實際動手能力，提升教學效果。

（3）小組討論啟發法

在單片機教學過程中，讓學生分成若干個小組，以自己感興趣的項目為題，設計單片機外圍電路和編制程序，并進行小組討論，要求每個學生說出自己的意見和見解。該方法提高了學生主動學習的積極性，總結了自己的學習成果，并用語言表達出來。有利于學生掌握單片機知識及素質教育的實施，培養學生的自信心、語言表達能力、團隊協作能力等綜合職業能力。

（4）教師啟發法

單片機設計與實踐過程中，為引入新的概念和知識，采用教師啟發法，讓學生從工程實際角度尋求解決問題的方法或，培養學生獨立思考、嚴謹創新的科學態度。同時加強綜合設計性及開放性實驗環節，鼓勵和引導學生積極提出原創性設計。

（5）依托電子類競賽，提高學生創新能力

組織學生參加全國和學校的各類電子類設計競賽，如全國大學生電子設計競賽、飛思卡爾杯智能車大賽、全國機器人大賽等。通過各種電子設計競賽，激發學生學習單片機的積極性和主動性，理解也更為透徹。依托各種電子類競賽，再與單片機教學結合，構造出全新的教學內容體系，在課堂中穿插些一些電子類競賽的相關知識及注意事項，使學生更愿意參加這些比賽，而學生在比賽中，把所學的單片機知識和實踐相融合，相互促進，極大的提高了學生的創新能力。

（6）加大實踐能力在課程考核中的比重

為全面考核學生單片機應用能力的掌握情況，將實踐能力加大入到課程考核。將任務制作結果加入到考核當中。任務制作完成后，要求學生說出單片機系統的設計思想、硬件電路原理、程序設計思想、調試中遇到的問題、系統性能測試結果，注重實踐過程考查和學生的反饋。對完成的制作實物進行實際測試，采取現場實測和口試兩種形式，對任務制作的過程和質量給予綜合評分，考察學生技能熟練程度，測試學生分析處理實際問題能力，并將該成績計入課程總成績。

實際教學過程中，上述教學方法不是僅孤立使用某一種教學方法，經常是多種方法的有機結合，從而有效提高了教學效果。

四、結論

重理論輕實踐是過去單片機教學中的弊端。教學方法單一，實踐、教學內容跟不上時代發展是單片機教學中存在的主要問題。而采用一體化教學方法，同時將任務導向教學法、小組討論法，教師啟發法，現場演示法等應于課程改革之中，更加注重了研究實踐性教學，可以根據教學目標需要，采用和變換多種教學方法結合，如實物展示，仿真演示，多媒體講解，實戰操作等?？梢允箤W生邊學邊練，對單片機教學內容快速融會貫通、舉一反三的教學效果。通過一體化教學模式改革，打破實踐與理論教學脫節的現狀，使各個教學環節銜接緊密；提高了學生動手能力，提升了學生綜合素質，培養了應用型本科人才；將當今先進技術充實到各實踐教學環節中，使教學內容與時俱進，同步更新，培養了學生的創新精神，為本科畢業設計和就業打下堅實的基礎。

（作者單位：天津科技大學電子信息與自動化學院）

參考文獻：

[1]馮洋.基于實踐創新能力培養的單片機原理及應用課程改革與實踐研究[J].高教學刊，2015（15）：87—88

[2]賈紅賓.基于工作過程的單片機課程一體化教學改革與實踐[J].電子世界，2013（20）：1003-0522

[3]朱慶波.一體化教學在單片機應用技術教學中的應用[J].計算機光盤軟件與應用，2012（6）：1007-9599

[4]吳思平.單片機一體化教學探析[J].中國科教創新導刊，2012（11）：1673-9795

[5]徐崇麗.單片機一體化教學中的幾點感悟[J].山東青年，2015（3）：22—25