高職機械專業(yè)單片機課程教學改革的研究

摘要：在分析高職機械專業(yè)學生單片機教學難點的基礎上，針對傳統(tǒng)教學模式的弊端，從教學內容、教學方法、教學手段、考核方式等方面，詳細闡述了單片機教學的具體改進措施。實踐教學結果表明，改進后的教學模式要優(yōu)于過去傳統(tǒng)教學模式的教學效果，達到了單片機課程教學改革的預期目標。

關鍵詞：單片機 教學改革 單片機開發(fā)板 單片機課程設計

0 引言

單片機因體積小、功能強、可靠性高和價格低廉等一系列優(yōu)點，已滲入到人們工作和生活的各個角落，應用前景廣闊[1]。目前多數高職院校的機械專業(yè)都開設了單片機課程，但大多院校的教學思路仍然借鑒本科先基礎后應用的常規(guī)教學模式，理論教學與實際應用結合較少。對于高職學生，課程入門比較困難，知識不易掌握，實際應用較少，學習興趣不高，該課程的實際教學效果并不理想。因此，單片機的教學模式亟需改革，改變原來以知識傳授為目標的教學方式，要理論與實踐并重，以實踐入門來吸引學生學習的興趣，提高教學質量。

1 高職機械專業(yè)單片機教學現存的難點

單片機是一門理論性很強的專業(yè)基礎課程，同時也是一門實踐性和技術性很強的學科。要求學生掌握一定的電子電路知識，還要熟練掌握計算機的相關知識，掌握編程的思維和方法。高職學生的基礎知識相對薄弱，對于單片機的學習有一定的困難。

1.1 對于單片機中的專業(yè)術語和電路很難理解

學習單片機要以電路原理、模擬電子技術、數字電子技術、計算機基礎知識等相關課程的理論知識為基礎。與電子專業(yè)學生不同的是，我校機械專業(yè)學生只開設一門電工電子課程，所有的電路、模電和數電的相關知識都集中在一門課程中講授，知識點多且課時量偏少，知識點講授較為粗淺，不能深入展開。因此，學生對于單片機中遇到的一些專業(yè)術語和電路，如集電極開路、上拉電阻、存儲器地址、D觸發(fā)器、555振蕩電路等，很難理解。這些知識都需要重新講授，且講授效果不佳。學生往往在學到單片機的硬件電路部分時，突然間覺得很難，學習的積極性下降，甚至有了厭學的情緒。

1.2 對于匯編指令不易理解

像所有其他的指令一樣，匯編指令也是英文的，我校機械專業(yè)大部分學生的英語能力比較差，遇到有英文的地方，本能地會回避，更不要說進行深入的研究。單片機中要求他們短時間記憶和理解數十條甚至上百條指令的格式和功能，他們覺得比較有壓力，很多學生達不到這個目標。

匯編語言是一種低級語言，每一條匯編指令都與機器的硬件結構密切相關，

如果學生對于硬件結構沒有掌握好，那么對于匯編語言的指令也很難完全理解。即使學生勉強知道每條指令的大概意思，但由于沒有充分理解其內涵，不能做到融會貫通，常常錯誤地運用指令，即使在一個程序里運用正確，可能題型改變，就做不出來了。

1.3 對于單片機的應用比較陌生

我們在學校的教學中，受制于課時量的不足和傳統(tǒng)教學思維和方法的限制，通常都以傳授理論知識為主，實際應用提到的比較少。因此，出現一些學生直到學完這門課程，都不知道單片機能干什么。有些學生告訴老師，以前我們學過的課程，如機械制圖，很有實用性，單片機講的這么多、這么復雜，到底有什么用，我們機械專業(yè)為什么要學這一門課程。學生不能深入理解該門課程的實際應用，認為學了無用知識。

2 高職機械專業(yè)單片機教學改革的具體措施

學習單片機的最終目標是能運用單片機進行一些項目的開發(fā)，解決生產和生活中遇到的實際問題。人才市場需要的不是只懂理論、不懂實踐的研究型人才，而是既懂理論，又能實踐的應用型人才。因此，單片機的改革也要以就業(yè)市場為導向，結合高職機械類學生的特點，做一些針對性的調整，使學生既能學好，又能快速地適應社會的需求。本文針對單片機課程在教學方面現有的種種弊端，提出了單片機課程教學改革實施的一些具體措施。

2.1 實施“項目任務驅動法”，理論教學緊扣實踐應用

單片機教學應該采用工程實際應用課題或實踐案例進行教學的方法，實施“項目任務驅動法”，即課程教學以單片機應用技術的典型實用案例進行分析講授的一種教學方法。授課時以單片機技術“案例”演示作為引入，以實現“案例”為主線講述各相關理論知識。為鞏固理論知識的學習和培養(yǎng)學生實際動手的能力，理論教學應與實際“案例”實驗教學穿插進行，以實驗教學充實理論內容，使兩者融會貫通。整個教學過程的思路設計如下：

例如，在第一次上單片機的課時，就應該給學生演示單片機的用途，如單片機驅動流水燈、驅動數碼管顯示數字，驅動16×16點陣顯示漢字，驅動蜂鳴器演奏一段鈴聲等，讓學生了解單片機的應用，領略單片機的妙處，激發(fā)學生學習的興趣。興趣對一個學生學習一門課程很重要，如果學生對某門課程失去興趣，即使再好的老師也教不好。第二次上課可以選擇一個簡單的應用，如單片機驅動一個LED的亮滅，通過仿真軟件，當堂給學生畫電路圖，編寫軟件，使學生感到單片機并不是很難，自己也可以學會，打消他學不好的顧慮。后面每次課都以項目任務為導向，每次課時可以先將我們要實現的功能給學生演示一遍，然后告訴學生我們實現這個功能的思路是什么，我們要實現這個功能，需要學習哪些基礎知識，讓學生有一個清晰的概況和熱切學習的期盼。下表為四個常用的典型項目的實驗任務設置：

每個項目的設計都要以實踐應用為導向，讓學生感覺到能學以致用。任務的設計應遵循由淺到深、循序漸進的手法，與理論章節(jié)知識的進度遙相呼應，使學生能夠逐步接受并加深理解。同一個知識點，可以舉不同項目中的相近任務反復講解，使學生對所學知識點理解透徹，達到舉一反三的目的。

2.2 以C語言為主，匯編語言為輔，講授單片機的指令系統(tǒng)

目前單片機的實際項目開發(fā)多采用C語言程序編寫，傳統(tǒng)的單片機教材和教學，大多采用匯編語言講授單片機的指令系統(tǒng)[2]。為了改變傳統(tǒng)所學與實際所用的差別，單片機指令系統(tǒng)的教學，應在匯編語言的基礎上，增加單片機C語言程序設計內容，采用以C語言為主，匯編語言為輔的編程方式。這樣可以使學生盡快與實踐接軌，提高單片機的開發(fā)效率，使學生畢業(yè)后更快更好地適應工作環(huán)境。例如：在采用案例教學過程中，同一程序分別用匯編語言和C語言編寫，通過比較二者的優(yōu)缺點，可以真正理解兩種語言在實際應用中的效果。Keil C51程序編譯工具，既可以實現匯編語言的編程，又可以實現C語言的編程。因此，在我們實際教學工作中，完全可以用Keil C51軟件實現了單片機軟件開發(fā)和應用案例的日常教學，簡化理論課學習的內容，降低學習難度，使學生能盡快上手單片機，這樣就提高了同學們學習單片機的熱情，同時也非常適合實踐應用的需求，為將來工作中單片機的開發(fā)應用奠定了良好的軟件基礎。

2.3 單片機仿真軟件和實驗開發(fā)板并重的雙重實驗教學模式

實驗教學中應實施單片機仿真軟件和實驗開發(fā)板并重的雙重實驗教學模式。開發(fā)板是在一塊電路板上集成了單片機常用功能模塊，雖然體積小，但涵蓋了絕大多數單片機常用的實驗，并可以根據教學需求，開發(fā)擴展相關功能模塊[3]。課堂教學結束后，學生可將開發(fā)板帶回宿舍，只需要一臺電腦、一根USB下載線，就可在開發(fā)板上自學單片機或是做一些小項目鍛煉實際動手能力，充分調動學生學習單片機的積極性。開發(fā)板價格便宜，現在市面上簡單通用的單片機開發(fā)板（適用入門者學習），每套均價不到200元，完全滿足初學者做一些常用的開發(fā)應用。實驗教學中，可先讓學生在Keil C51和Proteus軟件中編寫和仿真單片機案例程序，程序仿真正確無誤后，將程序下載到單片機開發(fā)板中，在開發(fā)板上實現實際電路功能的運行，強化對實際電路的認識和理解。

2.4 增添單片機課程設計專項實訓，實施理論與實踐并重的考核方案

在單片機課程結束前，可在臨近期末設置3周的單片機課程設計專項實訓，一周調研選題，一周設計軟硬件、一周焊接電路板，完成作品。具體實施的方法是讓學生獨立在單片機開發(fā)板上完成自選項目的設計與實現，如“數字鐘”、“LED顯示器”、“數字溫度顯示計”等智能化小產品。3-4人一組，查閱資料，自選題目，自行設計電路圖、編輯程序，然后選擇并購買相應的元器件，親自焊接并完成電路，提交課題設計報告。該課程設計的開展，可以使學生了解市場行情，培養(yǎng)學生開發(fā)項目的能力，團隊合作能力等，同時也可以作為學生期末考試實踐環(huán)節(jié)的考核成績。

為防止學生原搬照抄網上和有關資料的單片機實驗設計，達不到課程考核的初衷，單片機的考核還應保留原有的理論考試。應將傳統(tǒng)的以理論考核為主的期末閉卷考試與以實踐開發(fā)應用為主的單片機課程設計考核相結合，將二者的成績共同作為單片機課程的最終考核成績。這樣，能同時對學生的理論基礎知識和實踐動手開發(fā)能力做出合理的考核評價。

3 結語

單片機是高職機械專業(yè)學生的重要基礎課程，目前教學效果普遍不佳。在分析高職機械專業(yè)學生單片機教學難點的基礎上，針對傳統(tǒng)教學模式的弊端，提出了該課程教學改革的具體實施措施。在教學方法上，實施了“項目任務驅動法”，較好地融合了理論與實踐教學；在教學內容上，緊貼能實際運用的教學理論與技術，如以C語言為主，匯編語言為輔的單片機編程語言；在教學手段上，實行單片機仿真軟件和實驗開發(fā)板并重的雙重實驗教學模式；在考核方式上，采用理論與實踐并重的考核方案。實踐教學結果表明，改進后的教學模式要優(yōu)于過去傳統(tǒng)教學模式的教學效果，達到了單片機課程教學改革的預期目標。

參考文獻：

[1]王效華，張詠梅.單片機原理與應用[M].北京：北京交通大學出版社，2007：5.

[2]謝維成.單片機原理及應用C51程序設計[M].北京：清華大學出版社，2008.

[3]周潤景，張麗娜.基于Proteus的電路及單片機系統(tǒng)的設計與仿真[M].北京：北京航空航天大學出版社，2006.

作者簡介：

馮學敏（1985-），男，山西忻州人，碩士研究生，助教，主要研究方向為電子信息與智能控制。