《單片機(jī)原理及接口技術(shù)》“教、學(xué)、做”一體化教學(xué)模式的研究與實(shí)踐

張翠英，王洪濤，鄭秀紅，解麗華，溫衛(wèi)中

摘要：本文針對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)中重理論輕實(shí)踐，學(xué)生普遍感覺(jué)抽象難懂，更缺乏單片機(jī)的實(shí)際應(yīng)用能力和系統(tǒng)開(kāi)發(fā)能力等問(wèn)題，提出并嘗試了《單片機(jī)原理及接口技術(shù)》課程“教、學(xué)、做”一體化教學(xué)模式。實(shí)踐證明，一體化教學(xué)極大地激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，促進(jìn)了學(xué)生創(chuàng)新能力的發(fā)展，為學(xué)生實(shí)現(xiàn)零距離就業(yè)打下了良好的基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī);教學(xué)做一體化;實(shí)踐教學(xué)

中圖分類(lèi)號(hào)：G642.0???? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A???? 文章編號(hào)：1674-9324（2014）41-0145-03

《單片機(jī)原理及接口技術(shù)》是高校電氣類(lèi)專(zhuān)業(yè)的一門(mén)專(zhuān)業(yè)必修課，具有很強(qiáng)的實(shí)踐性。該課程的教學(xué)目的不僅要求學(xué)生掌握單片機(jī)的結(jié)構(gòu)原理和匯編語(yǔ)言源程序的編寫(xiě)，更重要的是培養(yǎng)學(xué)生單片機(jī)的實(shí)際應(yīng)用能力和系統(tǒng)綜合開(kāi)發(fā)能力。傳統(tǒng)的教學(xué)模式是以教師為中心，以教科書(shū)為依據(jù)。教學(xué)內(nèi)容上基本都是單片機(jī)的基本概念、硬件結(jié)構(gòu)、指令系統(tǒng)、匯編語(yǔ)言、中斷系統(tǒng)、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、串行口、存儲(chǔ)器的擴(kuò)展、人機(jī)接口以及應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)。學(xué)生在學(xué)習(xí)專(zhuān)業(yè)理論知識(shí)時(shí)，由于對(duì)單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)不了解，缺乏必要的感性認(rèn)識(shí)，對(duì)抽象的理論知識(shí)只能死記硬背。學(xué)生在理論知識(shí)學(xué)習(xí)結(jié)束后仍然不了解單片機(jī)開(kāi)發(fā)的完整過(guò)程，甚至不清楚編程器和仿真器的概念，很難做到對(duì)系統(tǒng)的深入理解和充分掌握。理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)相分離，造成學(xué)生的專(zhuān)業(yè)興趣得不到激發(fā)，學(xué)習(xí)積極性難以調(diào)動(dòng)，結(jié)果是越學(xué)越乏味，從而產(chǎn)生厭學(xué)情緒。為了提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，提升學(xué)生的綜合應(yīng)用及系統(tǒng)開(kāi)發(fā)能力，我院在機(jī)電類(lèi)專(zhuān)業(yè)的《單片機(jī)原理及接口技術(shù)》課程教學(xué)上嘗試了“教、學(xué)、做”一體化教學(xué)模式的研究與實(shí)踐，取得了較好的效果。

一、教、學(xué)、做一體化教學(xué)模式特點(diǎn)

“教、學(xué)、做”一體化教學(xué)是指在同一空間和時(shí)間內(nèi)同步進(jìn)行的教學(xué)，理論和實(shí)踐交替進(jìn)行，直觀和抽象交錯(cuò)出現(xiàn)，沒(méi)有固定的先實(shí)后理或先理后實(shí)順序，而是教師的教和學(xué)生的學(xué)有機(jī)結(jié)合，邊教邊做，邊學(xué)邊做，這就是“教、學(xué)、做”一體化概念。一體化教學(xué)符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，能夠把復(fù)雜的知識(shí)直觀化，項(xiàng)目化。這種教學(xué)模式可使理論知識(shí)的學(xué)習(xí)與實(shí)際操作的訓(xùn)練緊密結(jié)合，使教學(xué)內(nèi)容更具有針對(duì)性，使學(xué)生真正做到知行合一?！敖?、學(xué)、做”一體化教學(xué)模式可以較好地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)學(xué)生的動(dòng)手能力，同時(shí)也使教學(xué)內(nèi)容更具有針對(duì)性，使學(xué)生真正做到知行合一，對(duì)于學(xué)生零距離就業(yè)有極大的好處?！敖?、學(xué)、做”一體化教學(xué)方法具有以下特點(diǎn)：①實(shí)踐性。在真實(shí)或仿真的環(huán)境下利用實(shí)物、模型或仿真視頻，在“做”的過(guò)程中“教”，在“做”的過(guò)程中“學(xué)”，整個(gè)過(guò)程在實(shí)踐中進(jìn)行。②實(shí)用性。教學(xué)做一體化教學(xué)內(nèi)容可根據(jù)職業(yè)崗位能力需求設(shè)定，即學(xué)即用。③自主性。學(xué)生能自主、自由地學(xué)習(xí)，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，促進(jìn)了學(xué)生自主創(chuàng)新能力的發(fā)展。④注重綜合素質(zhì)的培養(yǎng)。在教學(xué)實(shí)施過(guò)程中，可以最大限度地培養(yǎng)學(xué)生的思維能力、觀察能力和動(dòng)手能力，同時(shí)形成良好的職業(yè)素養(yǎng)。

二、“教、學(xué)、做”一體化教學(xué)模式實(shí)施方案

1.以項(xiàng)目為載體，以實(shí)訓(xùn)為手段，融“教、學(xué)、做”為一體。將項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)法引入單片機(jī)教學(xué)，就是要結(jié)合具體項(xiàng)目，把所要講授的各項(xiàng)理論知識(shí)和實(shí)踐技能按由淺入深、現(xiàn)學(xué)現(xiàn)用的原則分解到一個(gè)個(gè)具有明確應(yīng)用目標(biāo)的任務(wù)中。讓學(xué)生在理論知識(shí)的學(xué)習(xí)中，時(shí)刻聯(lián)系自己的項(xiàng)目所需要的知識(shí)點(diǎn)，學(xué)習(xí)的目的性更加明確，學(xué)習(xí)更加積極主動(dòng)。教師選擇項(xiàng)目要以理論知識(shí)為依據(jù)，注重實(shí)用性、創(chuàng)新性和前瞻性，既能進(jìn)一步鞏固理論知識(shí)，又能訓(xùn)練學(xué)生的實(shí)踐操作，增強(qiáng)學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力。引導(dǎo)學(xué)生掌握提出問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的方法，最終讓學(xué)生通過(guò)自己的努力和教師的指導(dǎo)，完成任務(wù)。在傳統(tǒng)的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)室即可進(jìn)行單片機(jī)項(xiàng)目教學(xué)，還可以構(gòu)建基于Proteus和Keil軟件的虛擬單片機(jī)實(shí)驗(yàn)室，不需額外增加大量的硬件設(shè)備。項(xiàng)目教學(xué)可分以下幾個(gè)環(huán)節(jié)：①分配任務(wù)，收集資料階段。在學(xué)期初始，將項(xiàng)目的難易等級(jí)分為A、B、C三級(jí)，保證每個(gè)學(xué)生都能真正參與到項(xiàng)目中，并有所收獲，如銀行自動(dòng)取款機(jī)、交通燈、電子萬(wàn)年等。學(xué)生可根據(jù)自己的能力差異和興趣愛(ài)好，加入不同等級(jí)的項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)，并到任課老師處填寫(xiě)項(xiàng)目任務(wù)書(shū)，領(lǐng)取項(xiàng)目。學(xué)生根據(jù)領(lǐng)取的項(xiàng)目查閱相關(guān)資料，選取合適的單片機(jī)型號(hào)和相關(guān)外圍部件。如智能交通燈，硬件包括單片機(jī)、發(fā)光二極管、數(shù)碼管或液晶顯示器等，選擇硬件材料考慮的諸多因素由學(xué)生自行解決。②硬件電路搭建。整個(gè)項(xiàng)目進(jìn)程要求學(xué)生本著“先硬后軟”的思想，先搭建硬件電路圖。根據(jù)普通教材的教學(xué)內(nèi)容安排，第二章將講授單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、外部引腳以及構(gòu)成小型控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。這一時(shí)期引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行硬件電路搭建。③軟件編程。當(dāng)教材內(nèi)容進(jìn)入?yún)R編語(yǔ)言指令和編程階段，具體的軟件指令被學(xué)生熟知并應(yīng)用。項(xiàng)目組應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)的主功能程序設(shè)計(jì)。之后是中斷、定時(shí)計(jì)數(shù)等內(nèi)容，再進(jìn)行相應(yīng)的輔助功能程序設(shè)計(jì)。隨后進(jìn)入軟件編程。④完成設(shè)計(jì)進(jìn)行虛擬仿真。虛擬仿真階段要利用Proteus和Keil兩個(gè)仿真軟件。在硬件與軟件設(shè)計(jì)過(guò)程結(jié)束后，先用Proteus軟件畫(huà)出項(xiàng)目原理圖，再用Keil C51編寫(xiě)項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)源程序并進(jìn)行編譯，產(chǎn)生一個(gè)擴(kuò)展名為.hex的可執(zhí)行文件。最后把該可執(zhí)行文件嵌入Proteus軟件中的虛擬單片機(jī)中去，學(xué)生就可以進(jìn)行仿真調(diào)試，從而形成一個(gè)基于Proteus和Keil的虛擬單片機(jī)實(shí)驗(yàn)室。⑤實(shí)驗(yàn)室軟硬件調(diào)試驗(yàn)證。最后重要環(huán)節(jié)是在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行軟硬件調(diào)試驗(yàn)證。根據(jù)Proteus軟件仿真通過(guò)的項(xiàng)目電路，在單片機(jī)實(shí)驗(yàn)箱或?qū)嶒?yàn)平臺(tái)上進(jìn)行實(shí)物連接，并利用下載器或仿真器驗(yàn)證器件功能。若出現(xiàn)故障，小組討論、查找并排除。實(shí)際操作使學(xué)生熟悉各種器件的規(guī)格、型號(hào)及性能，并提高了學(xué)生的動(dòng)手能力。

2.利用課程設(shè)計(jì)，進(jìn)一步提高學(xué)生的系統(tǒng)開(kāi)發(fā)能力和綜合應(yīng)用能力。課程設(shè)計(jì)是一種課程形式，也是一種教學(xué)方法，其基本教學(xué)目的是加深學(xué)生對(duì)課程基礎(chǔ)理論和基本知識(shí)的理解與掌握，培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用基礎(chǔ)理論和技能分析與解決實(shí)際問(wèn)題的實(shí)踐能力以及勇于探索的創(chuàng)新精神。課程設(shè)計(jì)內(nèi)容的設(shè)立應(yīng)與時(shí)俱進(jìn)，注重先進(jìn)性和開(kāi)放性，并與學(xué)科的前沿技術(shù)相結(jié)合。突出學(xué)生的自主性、主動(dòng)性，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，注重學(xué)生設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)和工程能力的訓(xùn)練。在課程設(shè)計(jì)的綜合性、設(shè)計(jì)性環(huán)節(jié)給予學(xué)生更多的選擇。選題沒(méi)有固定的要求，只是給出一些提示，學(xué)生可以根據(jù)自己的設(shè)想進(jìn)行硬件選擇、軟件設(shè)計(jì)，達(dá)到自己的設(shè)計(jì)目標(biāo)。極大地發(fā)揮了學(xué)生的主觀能動(dòng)性和創(chuàng)新性。

3.以電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽為契機(jī)開(kāi)設(shè)第二課堂。為了培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立工作能力和實(shí)踐能力，在人力、物力上積極支持學(xué)生開(kāi)展課外科技活動(dòng)。實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放是開(kāi)設(shè)第二課堂的前提條件。將學(xué)校現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)室在管理制度上開(kāi)放，為學(xué)生自主實(shí)驗(yàn)提供場(chǎng)所及設(shè)備。第二課堂的開(kāi)設(shè)以學(xué)生的興趣為出發(fā)點(diǎn)，以電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽為目標(biāo)，將第二課堂分為日?；顒?dòng)及競(jìng)賽準(zhǔn)備兩種。日?；顒?dòng)鼓勵(lì)學(xué)生自主設(shè)計(jì)一些小發(fā)明小制作，自行制作印刷電路板。引導(dǎo)學(xué)生申請(qǐng)大學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目（UIT）立項(xiàng)，自己找方向、寫(xiě)材料、定方案、開(kāi)展項(xiàng)目研究。鼓勵(lì)學(xué)生積極參與各種電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽，提高創(chuàng)新能力。電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽準(zhǔn)備階段要專(zhuān)門(mén)抽調(diào)教師進(jìn)行專(zhuān)業(yè)指導(dǎo)，以減少學(xué)生的盲目性，提高學(xué)生的體系化、目標(biāo)化及競(jìng)賽能力，在賽前還組織了參賽隊(duì)員的集訓(xùn)。

4.與企業(yè)建立緊密合作關(guān)系，共建實(shí)習(xí)基地。建設(shè)校內(nèi)生產(chǎn)性實(shí)訓(xùn)基地，由學(xué)校提供場(chǎng)地和管理，企業(yè)提供設(shè)備、技術(shù)和師資支持，以企業(yè)為主組織實(shí)訓(xùn)，構(gòu)建校企聯(lián)盟，實(shí)現(xiàn)學(xué)校培養(yǎng)目標(biāo)與企業(yè)需求對(duì)接，全面提高學(xué)生綜合技術(shù)應(yīng)用能力。對(duì)某些小型產(chǎn)品，可以帶到學(xué)校進(jìn)行組裝，既加強(qiáng)學(xué)生應(yīng)用技能的培養(yǎng)，又可為學(xué)生勤工儉學(xué)創(chuàng)造條件。此外，學(xué)院在師資選擇方面，突破傳統(tǒng)的全職教師模式，廣納社會(huì)精英，積極引進(jìn)企業(yè)有經(jīng)驗(yàn)的“雙師型”教師，現(xiàn)任課教師中“雙師型”教師已超過(guò)20%。單片機(jī)原理及應(yīng)用課程就聘請(qǐng)了某研究所的高級(jí)工程師來(lái)承擔(dān)，不僅傳授給學(xué)生許多實(shí)用知識(shí)與實(shí)踐技能，還幫、帶、教出了一批中青年教師，極大地提升了這些專(zhuān)職教師的專(zhuān)業(yè)技術(shù)能力。

5.通過(guò)“預(yù)就業(yè)”，使學(xué)生提前進(jìn)入生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)?！邦A(yù)就業(yè)”培養(yǎng)模式是一種與就業(yè)相結(jié)合，校企聯(lián)合培養(yǎng)的開(kāi)放式教育模式。近年來(lái)，學(xué)院與山西本省及一些外省企業(yè)建立了廣泛的合作關(guān)系。學(xué)生前兩年半在學(xué)校學(xué)習(xí)基礎(chǔ)課、專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課及部分專(zhuān)業(yè)課，從第六學(xué)期以“預(yù)就業(yè)”的形式分批進(jìn)入用人單位，邊學(xué)習(xí)邊實(shí)習(xí)，同時(shí)接受學(xué)校教師的網(wǎng)上授課與考查。學(xué)校的專(zhuān)業(yè)課教師借助網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，給“預(yù)就業(yè)”學(xué)生提供專(zhuān)業(yè)學(xué)習(xí)指導(dǎo)與考核。經(jīng)過(guò)幾年的摸索與實(shí)踐，現(xiàn)已形成一種較為成熟的培養(yǎng)模式，并且與眾多企業(yè)建立了緊密合作關(guān)系。目前，我院畢業(yè)生除了在山西省的企業(yè)廣泛就業(yè)，還有很多學(xué)生進(jìn)人到上海、北京、江蘇、內(nèi)蒙古等多家大型企業(yè)。

三、建立綜合評(píng)價(jià)機(jī)制

在“教、學(xué)、做”一體化教學(xué)模式下，需改變傳統(tǒng)考核方式，建立綜合評(píng)價(jià)機(jī)制，構(gòu)建能力評(píng)價(jià)體系。對(duì)學(xué)生的考核，從注重分?jǐn)?shù)轉(zhuǎn)變成注重能力。期末總成績(jī)由理論考試成績(jī)、實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)成績(jī)、項(xiàng)目設(shè)計(jì)完成情況成績(jī)等幾個(gè)方面共同組成。理論考核仍采用試卷考試形式，但考試內(nèi)容應(yīng)體現(xiàn)以能力為本的理念，題型以靈活的選擇、判斷題為主。不同的實(shí)訓(xùn)內(nèi)容制訂不同的考核評(píng)價(jià)方案。實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)考核在實(shí)訓(xùn)內(nèi)容的基礎(chǔ)之上模仿企業(yè)的真實(shí)情況進(jìn)行模擬情景練習(xí)，注重過(guò)程，按步驟打分。項(xiàng)目設(shè)計(jì)及完成情況重在除考核個(gè)人能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。

四、結(jié)論

“教、學(xué)、做”一體化教學(xué)模式符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，能夠把復(fù)雜的知識(shí)直觀化、項(xiàng)目化。實(shí)踐證明，近幾年在學(xué)校開(kāi)展項(xiàng)目教學(xué)法、第二課堂，改革課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容和形式，融“教、學(xué)、做”三個(gè)環(huán)節(jié)為一體，不僅極大地激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，縮短了理論教學(xué)與實(shí)際應(yīng)用之間的差距，同時(shí)也提高學(xué)生的綜合應(yīng)用能力和單片機(jī)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)能力，為學(xué)生實(shí)現(xiàn)零距離就業(yè)創(chuàng)造了良好的條件。

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基金項(xiàng)目：太原科技大學(xué)教學(xué)研究項(xiàng)目（X2012029）

作者簡(jiǎn)介：張翠英（1971-），女，太原科技大學(xué)化學(xué)與生物工程學(xué)院副教授，碩士。