淺析技工院校單片機(jī)應(yīng)用教學(xué)改革

曾當(dāng)兵

單片機(jī)以其體積小、功能強(qiáng)、可靠性高、功耗低、價(jià)格低廉的特點(diǎn)，進(jìn)入到我們生活的各個(gè)領(lǐng)域，在工業(yè)控制、家用電器、儀器儀表、通信產(chǎn)品以及專用設(shè)備上得到了廣泛應(yīng)用。單片機(jī)課程是技工院校電類專業(yè)學(xué)生必須掌握的一門專業(yè)課程，在培育學(xué)生技能與創(chuàng)新能力方面具有舉足輕重的作用。筆者根據(jù)多年單片機(jī)課程教學(xué)和輔導(dǎo)學(xué)生參加技能競(jìng)賽的經(jīng)驗(yàn)，提出了對(duì)現(xiàn)有單片機(jī)課程教學(xué)改革的思路，并在教學(xué)中進(jìn)行了實(shí)踐探索。

一、技工院校單片機(jī)應(yīng)用課程教學(xué)存在的問題

1.內(nèi)容抽象難理解

單片機(jī)出現(xiàn)于20世紀(jì)70年代，已有40多年的發(fā)展歷史，從最初的4位機(jī)到現(xiàn)在的32位機(jī)、從低性能探索到現(xiàn)在的單片機(jī)全面發(fā)展階段，單片機(jī)衍生出了眾多系列，例如PIC、AVR、51系列、ARM等。大多學(xué)校的單片機(jī)教學(xué)都是從容易掌握的51系列單片機(jī)入手的。目前技工院校的單片機(jī)教材，模式單一，大多是大學(xué)單片機(jī)教材的簡(jiǎn)寫版；以單片機(jī)結(jié)構(gòu)為主線，從單片機(jī)背景介紹到單片機(jī)內(nèi)外結(jié)構(gòu)，再到單片機(jī)的指令系統(tǒng)以及存儲(chǔ)器擴(kuò)展，知識(shí)講解比較全面、系統(tǒng)化，但是學(xué)習(xí)難度大，內(nèi)容抽象，很難理解，這樣容易使產(chǎn)生厭學(xué)情緒。教師教得辛苦，但是教學(xué)效果卻較差。

2.教學(xué)方法陳舊，教學(xué)效果較差

很多教師還是使用陳舊的單片機(jī)教學(xué)方法，先講單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)，再到單片機(jī)的外部擴(kuò)展，再講定時(shí)器和中斷，最后講串行口，知識(shí)點(diǎn)一個(gè)不落，比較系統(tǒng)化，但是學(xué)生很難把握重難點(diǎn)，知識(shí)點(diǎn)之間的關(guān)系模糊不清；而實(shí)訓(xùn)主要圍繞所學(xué)知識(shí)點(diǎn)展開，效果較差，這樣的教學(xué)模式培養(yǎng)出來的學(xué)生缺少解決實(shí)際的問題能力，綜合應(yīng)用能力不足。

3.實(shí)訓(xùn)產(chǎn)品價(jià)格較高，種類繁多，缺少統(tǒng)一性

目前，市面上出售的單片機(jī)實(shí)訓(xùn)產(chǎn)品五花八門，普遍體積龐大，占用面積驚人，給實(shí)訓(xùn)室的布置帶來諸多不便。實(shí)訓(xùn)產(chǎn)品功能齊全，基本上包括了單片機(jī)的各種功能應(yīng)用，但是學(xué)生學(xué)習(xí)單片機(jī)需要一個(gè)過程，這樣的設(shè)備容易給初學(xué)者帶來恐懼心理，甚至質(zhì)疑自己是否有能力學(xué)好單片機(jī)知識(shí)。單片機(jī)實(shí)訓(xùn)設(shè)備的便攜性較差，也給實(shí)訓(xùn)時(shí)間的安排帶來了不小的困難。

4.實(shí)訓(xùn)時(shí)間不足，學(xué)生水平提升困難

單片機(jī)是一門理論與實(shí)操結(jié)合很緊密的學(xué)科，目前，很多學(xué)校的教學(xué)安排比較緊湊，功能室數(shù)量有限，學(xué)生每周在實(shí)訓(xùn)室的學(xué)習(xí)時(shí)間較短，這導(dǎo)致單片機(jī)教學(xué)出現(xiàn)了很多問題。單片機(jī)實(shí)訓(xùn)和其他科目實(shí)訓(xùn)相比，有其特殊性，即編程時(shí)間比較長，調(diào)試程序要和實(shí)訓(xùn)設(shè)備相結(jié)合。實(shí)訓(xùn)時(shí)間不足極大地限制了學(xué)生單片機(jī)編程水平的提升。

二、技工院校單片機(jī)應(yīng)用課程教學(xué)改革探索

1.教學(xué)內(nèi)容改革

單片機(jī)教學(xué)內(nèi)容抽象、難以理解，教師要對(duì)單片機(jī)教學(xué)內(nèi)容重新組合，打亂以前普遍采用的以單片機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)為主線的教學(xué)安排，從簡(jiǎn)單到復(fù)雜、由基礎(chǔ)到綜合；以項(xiàng)目教學(xué)為載體，將所學(xué)知識(shí)運(yùn)用到項(xiàng)目設(shè)計(jì)與制作中，采用以產(chǎn)品實(shí)例為核心的教學(xué)法，將產(chǎn)品設(shè)計(jì)、單片機(jī)理論教學(xué)和單片機(jī)程序設(shè)計(jì)等不同環(huán)節(jié)結(jié)合起來，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和團(tuán)隊(duì)精神，提高學(xué)生獨(dú)立思考和解決問題的能力。

2.項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣

單片機(jī)應(yīng)用是一門集知識(shí)和技能于一體，實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，學(xué)生既要學(xué)好理論知識(shí)，又要掌握實(shí)踐技能。項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)以項(xiàng)目為載體，在完成項(xiàng)目的過程中，穿插理論知識(shí)，使得平時(shí)較難掌握的理論知識(shí)在一個(gè)個(gè)小目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)中逐步得以掌握。例如，要讓學(xué)生掌握單片機(jī)10口的使用，可以將不同顏色的LED組成流水燈，從最初的點(diǎn)亮一只LED到后來多只LED交替變化實(shí)現(xiàn)更多的效果，然后再根據(jù)不同的變化效果修改程序，學(xué)生在由淺入深的學(xué)習(xí)過程中既學(xué)到了單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)知識(shí)，又掌握了如何通過程序設(shè)計(jì)達(dá)到驅(qū)動(dòng)外設(shè)，通過視覺效果極大地激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)單片機(jī)的熱情。

3.改革考核方法，注重培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力

按照以前的考核辦法，通過期中考試和期末考試檢驗(yàn)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。而這兩次考試均是重點(diǎn)考核單片機(jī)理論知識(shí)，學(xué)生的程序編寫能力和創(chuàng)新能力很難得到體現(xiàn)，也使得部分學(xué)生平時(shí)放棄實(shí)操，只要每次考試能及格即可，嚴(yán)重阻礙了單片機(jī)課程的教學(xué)和發(fā)展。解決的途徑就是改革考核方法，考核方法要多元化。單片機(jī)項(xiàng)目教學(xué)過程是學(xué)生綜合能力的有力體現(xiàn)，可以考核學(xué)生的知識(shí)能力、動(dòng)手能力、組織能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力和程序編寫能力等，每種能力就是一門考核科目，每個(gè)學(xué)生都可以在這個(gè)過程中找到自己最擅長的和最不擅長的部分，這對(duì)他們今后的學(xué)習(xí)和工作都是一個(gè)很好的指引。

4.引入單片機(jī)仿真軟件，研發(fā)教學(xué)設(shè)備和教學(xué)工具

引入單片機(jī)仿真軟件，在電腦上就可以實(shí)現(xiàn)單片機(jī)的各種功能，程序調(diào)試也方便了，學(xué)生的實(shí)訓(xùn)更加容易。例如，筆者學(xué)校引進(jìn)了Proteus仿真實(shí)驗(yàn)室，為單片機(jī)教學(xué)帶來了極大的便利。單片機(jī)開發(fā)設(shè)備比較昂貴，學(xué)校可以自己研制適合單片機(jī)學(xué)習(xí)的開發(fā)板，學(xué)生在設(shè)計(jì)與制作開發(fā)板的過程中可以將原理圖的繪制、PCB的設(shè)計(jì)、制板工藝、元器件采購、電路板裝配與調(diào)試等知識(shí)結(jié)合起來，既實(shí)施了項(xiàng)目教學(xué)，也鍛煉了學(xué)生的綜合能力。由于和電子CAD等課程相結(jié)合，入門容易，學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情提高了，為之后的單片機(jī)項(xiàng)目教學(xué)奠定了良好的基礎(chǔ)。

5.教學(xué)需要課堂，但不要拘泥于課堂

在一個(gè)學(xué)期的項(xiàng)目制作完成后，可在學(xué)校舉辦一次校級(jí)展覽，向全校師生匯報(bào)展示項(xiàng)目制作成果，展覽會(huì)的籌劃、設(shè)計(jì)、流程均由學(xué)生親自完成，教師只需提供活動(dòng)方案即可。在參展過程中，學(xué)生要對(duì)自己的作品進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)介紹和演示。展覽結(jié)束后，舉行現(xiàn)場(chǎng)拍賣，學(xué)生在競(jìng)拍過程中既學(xué)到了拍賣的知識(shí)，也享受到了勞動(dòng)成果的價(jià)值。學(xué)生還可以到企業(yè)去完成自己的項(xiàng)目，目前，筆者學(xué)校與中山力泰電子有限公司開展了合作，企業(yè)提供實(shí)習(xí)場(chǎng)所，學(xué)生在企業(yè)化的制度中完成項(xiàng)目的設(shè)計(jì)與制作。這些都是筆者學(xué)校在學(xué)科教學(xué)一體化改革中的嘗試。可以預(yù)見，未來學(xué)校課堂不會(huì)是唯一的教學(xué)場(chǎng)所，未來的課堂將會(huì)向社會(huì)不斷拓展延伸。

6.依托學(xué)生社團(tuán)，建立學(xué)校單片機(jī)應(yīng)用開發(fā)室

依托學(xué)生社團(tuán)，效仿企業(yè)，成立學(xué)校單片機(jī)應(yīng)用開發(fā)室，引入企業(yè)化的開發(fā)室管理制度。畢業(yè)生的求職夢(mèng)想就是進(jìn)入企業(yè)從事技術(shù)開發(fā)工作，如果在學(xué)校設(shè)立這樣的功能室，學(xué)生既可以提前熟悉企業(yè)開發(fā)的工作環(huán)境，和優(yōu)秀的學(xué)生一起學(xué)習(xí)探討，又有足夠的實(shí)訓(xùn)時(shí)間。在業(yè)余時(shí)間，學(xué)生還可以組成開發(fā)團(tuán)隊(duì)，為部分企業(yè)提供技術(shù)解決方案。目前，筆者學(xué)校的單片機(jī)開發(fā)室成員多達(dá)20多人，是電子專業(yè)學(xué)生參加各級(jí)競(jìng)賽的絕對(duì)主力，多次在各級(jí)競(jìng)賽中斬獲殊榮。學(xué)生組成的開發(fā)團(tuán)隊(duì)已為多個(gè)企業(yè)提供了技術(shù)研發(fā)服務(wù)，也為學(xué)校創(chuàng)新校企合作模式做出了積極貢獻(xiàn)。

7.引入項(xiàng)目答辯環(huán)節(jié)，鍛煉學(xué)生的綜合能力

單片機(jī)項(xiàng)目教學(xué)的驗(yàn)收，可以吸收大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)，將項(xiàng)目答辯引入課堂，學(xué)生制作好項(xiàng)目的PPT，現(xiàn)場(chǎng)講解項(xiàng)目的意義和原理，演示項(xiàng)目作品，回答指導(dǎo)教師提出的問題。這樣不僅提升了學(xué)生的專業(yè)知識(shí)運(yùn)用能力，而且也提高了學(xué)生的語言表達(dá)能力。

總之，通過改革教學(xué)內(nèi)容、項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)實(shí)踐、改革考核方法，以及引入單片機(jī)仿真軟件、研發(fā)教學(xué)設(shè)備和教學(xué)工具、建立單片機(jī)開發(fā)室、引入項(xiàng)目答辯等改革探索，筆者學(xué)校的單片機(jī)應(yīng)用課程教學(xué)取得了長足進(jìn)步，教師教學(xué)輕松了，學(xué)生的學(xué)習(xí)目標(biāo)更加明確，在學(xué)習(xí)中找到了自信。單片機(jī)應(yīng)用教學(xué)形式靈活多樣，方法甚多，筆者總結(jié)的一些做法和體會(huì)，希望能給同行一些啟示，通過交流學(xué)習(xí)，共同提高單片機(jī)應(yīng)用科目的教學(xué)水平，培養(yǎng)更多優(yōu)秀的單片機(jī)開發(fā)人才。