單片機課程標準化教學改革的探索與實踐

白曉莉

（惠州城市職業學院 廣州·惠州 510091）

0 引言

目前，單片機課程是各高等院校電子電氣類、計算機類、控制類等專業必修的專業課程。該課程具有很強的實踐性、應用性和綜合性，它強調軟、硬件技術的結合，是一門涉及電子技術、控制編程、傳感器、驅動執行機構等多門課程的綜合性應用技術課程。單片機課程的特點決定了實踐教學對本課程的重要性，實踐教學效果的好壞直接關系到該課程整體的教學效果。本文從實踐教學的目標出發，分析當前單片機課程的實踐教學現狀，探索實踐教學體系的構建思路，為提高本課程的實踐教學效果提供一種可行的參考方案。

1 單片機原理與應用課程的教學特點和教學現狀

本課程涉及C語言程序設計、數字電路、模擬電路、傳感器采集技術、控制原理等知識的學習和應用，與其他課程相關度較高，教學大綱中要理解記憶的知識點也必不可少。同時，該課程知識點晦澀抽象，難以理解，而傳統的說課教學方法則缺少直觀的表現方式。經過調研發現，目前單片機原理與應用課程教學以課堂授課為主，教師在講臺上不停講解，學生在講臺下被動接受，聽得暈頭轉向，課程枯燥乏味。此外，課程實驗注重對原理正確性的驗證，實驗項目在教材中以完整的思路和過程告訴給學生，無難度系數，沒有引導學生對問題進行思考，沒有對學生分析問題和解決問題的能力進行培養和訓練。單片機原理與應用課程采用這種填鴨子式的教學方式使得學生只會“照貓畫虎”，進而導致到了畢業設計時段，學生面對一個項目不清楚如何去設計方案和電路。總之，該課程的教學方式偏重于課程的系統性、完整性教學，實踐教學的重要性被忽視，且教學內容側重于對知識點的講解，教學手段簡單，導致學生的學習興趣和積極性不高。另外，開放教育的理論教學與實踐教學也是脫節的。課程考試形式和內容以理論為主，僅憑一張試卷定學生能力，沒能體現考查學生實際應用知識的動手實踐能力，如果要求學生做一個實際應用的設計，他們往往無從下手或生搬硬套書上的例子。這也就是說，大部分開放教育學生仍停留在純理論的“開發”上，把一門應用性很強的課程與實際完全脫離了。

2 實踐教學目標

實踐教學是鞏固理論知識和加深理論認識的有效途徑，是培養具有創新意識的高素質工程技術人員的重要環節，是理論聯系實際、培養學生掌握科學方法和提高動手能力的重要平臺。通過實踐，一方面可使學生對單片機的工作原理及特性形成直觀、完整、系統的認識，加深學生對課程內容的理解，使其更好地掌握單片機結構及應用技術；另一方面通過綜合性的實踐項目訓練，可以培養學生應用多種技能的能力，包括元器件應用能力、電路設計能力、傳感器應用能力、執行機構應用能力、控制編程能力等。

3 單片機課程教學改革方案

3.1 構建基于工作過程的行動體系

解構單片機課程傳統的學科體系，重構基于工作過程的行動體系。將傳統的學科體系里的知識按照單片機產品開發步驟進行序化，針對每一個工作過程環節來傳授相關的課程內容，使得理論知識的總量未發生變化，僅改變其排序的方式，實現實踐技能與理論知識的整合。這種方式下，教師教學結合實際應用例子，指導學生自行根據設計要求，閱讀單片機芯片說明書，從而使學生較為容易地掌握實用技術。最后，再把實際例子進行虛擬仿真，便會更好地鞏固相關的理論知識點。

3.2 采取多形式考核方式以鞏固學生能力

為了切實提升高職院校學生的單片機實踐應用能力，應在明確教學目標的基礎上，完善課程的評價和考核制度。可將學生劃分成小組，分別負責不同的項目，指定一名組長，做好任務分解，根據組員的優勢特長指派不同的任務，最后以組為單位評比成績，這種方式不僅是對學生知識掌握和應用的考查，還能培養學生團隊協作、組織能力，而這也是日后進入工作崗位必不可缺的能力。還有一種方式就是以個人為單位，學生可以根據自身的興趣和特長，選擇一個項目，獨立完成仿真電路、硬件實物制作以及論文撰寫，這對于學生的綜合能力是更高的挑戰，但是能切實體現其學習的效果，方便教師進行針對性的指導。總之，不管考核的方式如何變化，其目的都是為了提升學生的實踐能力和綜合素養。

3.3 實驗教學

傳統的單片機課程實驗依照理論教學內容和進度進行安排，且往往有實驗指導書(或實驗教材)給出實驗步驟、電路原理圖及參考程序，學生只要按部就班進行操作即可。在這種實驗方式下，學生對單片機技術往往知其然不知其所以然，即對單片機的部分功能停留在驗證性的認識層面，而沒有掌握對該功能的應用方法。有效的實驗教學模式應該將學生被動的訓練轉化為主動的思考，除少量的演示驗證性實驗之外，更多開設針對某項特定功能的設計性實驗，并在必修實驗基礎上增加擴展性實驗，適當提高實驗難度，開拓學生思維。同時，教師進行實驗教學過程中，只需提前介紹實驗的目的和功能要求，對實驗的關鍵部分適當給予提示，無需大包大攬給出軟硬件全部設計，這樣可以為學生主動思考留下足夠的空間和時間。實驗成績根據學生的實驗表現、實驗結果及完成的實驗報告核定，并按比例計入該課程的總成績中。

3.4 采用項目載體、任務驅動的教學模式

課程教學過程中采取以應用為主線，把原有的理論內容分解成若干典型的項目與任務，將教學內容進行整合，建立“邊做邊學、邊做邊教”的教學模式；以項目為載體進行教學設計，采用任務驅動模式，依照“確定產品功能、準備技術資料、設計硬件電路、設計軟件程序、產品仿真制作、軟硬件聯調、產品測試”的工作過程重構課程內容。每個項目均設計了四個任務；并應用Proteus仿真軟件、KeilC軟件對項目進行分析講解，并讓學生能夠自行利用Proteus軟件進行項目任務的設計練習。

3.5 教學方式重動手

針對傳統教學中動手方式——在實驗室使用廠家生產設備進行驗證性實驗的弊端，對于實踐教學要采用在電子工藝實驗室焊接單片機系統板和擴展板的方式，自行設計實驗裝置。在自制教具過程中，教師要根據學生水平的不同，對教學教具進行調整，選擇適合學生學習的軟硬件配置，并有針對性地編寫指導材料。通過單片機系統電路圖的繪制，理解整個系統電路的工作原理；通過焊接單片機系統板，學會系統硬件的構建過程。學生在焊接系統板的同時，不僅對PCB（印制電路版）焊接技能和方法的掌握有了進一步的提高，還對常用的電子電路器件加深了認識，也對單片機系統電路的布局加深了記憶。焊好單片機系統板后，可以讓學生進行交叉檢查，檢查是否有漏焊、脫焊現象，檢查無誤后插上單片機進行系統整體檢測，測試無誤后再投入使用。對于沒有通過檢測的系統板讓學生進行初步檢查修復。通過幾次的檢測和檢查修復，單片機系統板的原理圖深深嵌在學生腦海中，使得學生能夠熟練掌握單片機系統板的基本原理。自制教具使學生對系統板的原理、器件結構布局的熟悉程度遠大于外購實驗設備。同時，實驗教具的維護工作在課余就已經完成，保證了實驗教學的順利進行。

3.6 課外實踐活動

實驗和實訓是必修的課內實踐環節，其內容和難度需考慮學生的整體水平來設置。但學生對知識的掌握和應用程度參差不齊，一些成績較好的學生有意愿也有精力通過課外實踐進一步提高自己的動手能力。開展課外實踐活動可采用兩種形式，其一由學生自行組成研究小組獨立立項，在規定的時間內(一般不超過一年)完成項目；其二吸引學生參加教師的科研項目。前者由學生為主導，自己提出設計思路和解決方案，自己把握研究進度，指導教師只提供技術支持和參考建議。后者由項目中的老師指導，引導學生參與團隊的交流討論，或直接從事課題中的某一方面工作，使學生接觸到本行業的新技術、新技能，鍛煉其處理生產現場實際問題的能力。為了提升學生課外實踐的積極性，可為此項環節設置學分，充抵選修課學分，該項成績由指導教師根據學生的項目表現評定。

3.7 教學內容重交叉

在單片機原理與應用課程的教學環節中，第一個實驗項目就是點亮一個LED小燈：要求學生先掌握針對I/O接口的操作，再和C語言的延時函數結合起來，利用延時函數使LED小燈閃爍起來，再向后延續到講解兩個定時器的原理和使用。除了使用延時函數，還可以采用定時器中斷的方式，使得LED小燈閃爍，從而把主控單片機的運行效率進行提高，加深學生對所學知識點的理解和記憶。在完成前面的學習后，可安排學生進一步模擬設計路口交通信號燈、籃球比賽用的多功能LED數字倒計時器等。采用步步深入的教學方式，讓學生在由簡至繁的實踐操作中，深入了解并掌握單片機硬件結構、I/O接口使用、C語言程序設計方法、定時器中斷的應用等知識與能力。在逐步完成這些步驟后，學生看到自己完成的成果，會感到十分滿足，并由此激發對單片機學習的興趣與積極性，從而提升教學效果與質量。

4 結束語

綜上所述，通過標準化教學，開放教育中的單片機課程通過項目驅動的方式，并增加教師在線直播演示的教學模式，以學生作為學習中心，教材內容不再是知識獲取的唯一途徑，信息化教學手段及軟件成為主動學習、創作學習的認知工具。相比于原有的教學來說，這種新型的教學模式更大的激發了學生學習的興趣，實現自主學習，大大提高了學生的思維和動手能力。