單片機課程標準化教學改革的探索與實踐

【摘要】 本文闡述了在開放教育中單片機課程教學的現狀，提出了標準化教學改革方案的探索，為提高單片機課程的教學質量提供了新的實踐方法。

【關鍵詞】 單片機;標準化;教學改革

【DOI編碼】 10.3969/j.issn.1674-4977.2021.03.018

Exploration and Practice of Standardization Teaching Reform of MCU Course in Open Education

MA Jun

（Liaoning Equipment Manufacturing Vocational and Technical College，Shenyang 110161，China）

Abstract： This paper expounds the present situation of MCU course teaching in open education，it proposes the standardization teaching reform program exploration. It provides a new practical method for improving the teaching quality of MCU course.

Key words：MCU;standardization;educational reform

自動化、數字化、智能化、信息化均離不開單片機的應用，開放教育的電類專業普遍開設了《單片機技術》課程。《單片機技術》是一門實踐性、工程性很強的技術課程，實施標準化教學直接影響教學效果，同時也影響學生的就業及未來發展。

1 開放教育中單片機技術課程現狀

1.1 教學現狀

目前，開放教育的單片機技術課程多數仍采用傳統的知識體系教學，而這種模式更加注重的是課程本身的體系結構和前后的邏輯關系，教學順序多以89C51單片機的結構為主線，過于重視知識體系的前后關聯性，具有很高的抽象性，對學生思辨能力和思維靈活性的要求相對較高。教材第一部分是單片機引腳結構，一開始就提出地址、總線等概念，理解起來非常困難。第二部分是單片機匯編指令，111條指令，不分重點，都需要記住。第三部分是單片機程序編寫，短時間內大多數學生都很難掌握程序編寫的相關知識和技巧。最后還有一些人機接口擴展、單片機應用系統開發方法等內容。然而，在單片機的應用中，這種內容組織方式卻嚴重與實際脫節。

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。

1.2 學習現狀

單片機課程具有涉及學科多、內容多、概念多、邏輯性強、關聯性強、抽象等特點，對于一個開放教育的單片機課程學生，除要掌握單片機的專業知識外，還應具備較扎實的電路硬件設計能力和動手操作能力，此外，還需熟悉計算機操作與一般的編程方法。除此之外，由于不同功能單片機系統的外部結構不同，所以這些芯片的技術路線和電路結構等也不近相同，沒有固定的模式，這就使得初次接觸的學生覺得它既神秘又摸不著邊。據了解，多數的開放學生都覺得這門課程難學，難入門，能夠應用更是一個難以逾越的“門坎”。

因此，解決開放教育單片機課程教與學都難的問題是十分必要的。所以，在教學過程中，打破原有的知識體系，重構項目驅動的行動體系，實施可復制、可推廣過的標準化教學，圍繞特定項目的需求來引入知識點，組織并實施教學，有利于提高教學的針對性和實效性。

2 開放教育單片機課程教學改革方案

2.1 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。

2.2 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4個任務;并應用 Proteus 仿真軟件、Keil C 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 開放教育單片機課程教學改革實踐

下面以筆者參加的《單片機技術》課程“基于工作過程系統化”教學改革為例，具體介紹項目教學法在單片機課程教學中的實踐情況。筆者針對《單片機技術》課程采用項目式標準化教學，基于工作過程，并依據系統的復雜程度，共設計了六個項目，分別是彩燈控制、汽車信號燈控制、交通燈控制、數字鐘設計、步進電機控制鍵盤設計、秒表計設計。授課時，打破原有順序，以任務為單元，每一次教學均以一個具體任務為教學內容，圍繞該任務目標組織各教學環節，進行相關知識點和技能點的講解。任務中用到什么知識點和技能點就講解什么知識點和技能點，用到多少就講多少，在哪里用就在哪里講。以教師為主導，以學生為中心，邊講邊學，邊學邊練。此外，開放教育中，教師通過雨課堂直播開展教學，教師先對項目、任務進行分析，然后對該任務所涉及的單片機必要知識點進行講解，最后通過子任務讓學生在遠端利用Proteus軟件，自己動手進行相關的設計與仿真。

例如，項目一為彩燈控制，項目要求是單片機控制8個LED，使其先由右向左，再由左向右亮，每次只有一個LED 燈亮，如此往復循環。硬件原理如圖1所示。

這個項目是本門課程的入門，這是一個大項目，因此將它分解成了4個任務，對應4個知識點，分別是：任務1 彩燈控制項目分析（知識點：單片機功能）、任務2彩燈控制硬件電路設計（知識點：單片機引腳結構及LED的驅動）、任務3 彩燈控制軟件程序開發（知識點：如何實現跑馬燈式循環控制）和任務4 彩燈控制項目制作及調試（知識點：Keil及Proteus軟件功能）。接下來，再從軟硬件方面進行分析。

硬件方面分析：要完成此項目，首先需要搭建單片機最小系統，再加上外圍的LED燈，因此，需要學習單片機的功能，引腳結構以及LED的驅動方法，通過讓學生閱讀89C51單片機芯片說明書、觀看LED介紹視頻，一點點引導學生找到解決這些問題的答案。

軟件方面分析：通過移位指令，循環轉移指令的講解，結合對硬件電路的分析，引導學生繪制軟件流程圖，并補充完整源程序。

單片機課程具有很強的實踐性，但由于開放教育的特點，使得學生無法親自到實驗室動手操作，因此，在本研究中，通過利用“雨課堂”教學平臺和Proteus仿真軟件結合的方式開展遠程直播教學，解決了這一難題，使得學生對于課上老師演示的每一任務，都能在課后自行利用Proteus軟件進行訓練并修改相關參數，對于不清楚的地方還可以隨時利用“雨課堂”的回放功能進行復習鞏固，這樣不但加強了學生對課堂教學內容的吸收，同時也激發了學生的學習興趣。通過這種混合式教學方式，使得單片機技術課程的開放教育教學效果得到了很大的提升。

4 結論

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。

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【作者簡介】

馬駿（1981-），女，講師，碩士，研究方向為電氣自動化技術、檢

測技術的教學和研究。