汽車專業(yè)“教學做”合一單片機教學實踐研究

陳新芬++王林艷

摘 要：該文以該院14級汽車專業(yè)學生為教學研究對象，對單片機課程如何展開具體教學實踐進行了初步探索。教學內(nèi)容以51單片機作為學習芯片，基本采用C51語言進行編程開發(fā)。該文中研究了教學內(nèi)容的處理方法。在教學過程中突出強調(diào)“教學做”合一實踐教學模式，理論教學與實踐教學有機融合。該文在教學實踐環(huán)節(jié)的具體展開過程中，就6個方面進行了細致探討。該文對汽車專業(yè)的單片機教學實踐研究也只是進行了非常淺顯的探索，希望能夠為讀者提供參考價值。

關(guān)鍵詞：51單片機 “教學做”合一 汽車專業(yè) 實踐

中圖分類號：TP368.1-4；G712 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）10（c）-0126-03

隨著單片機技術(shù)在汽車領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，汽車技術(shù)與微機系統(tǒng)的融合給汽車的結(jié)構(gòu)和性能帶來了革命性的變化。從汽車發(fā)動機的燃油噴射、點火裝置、進氣與怠速控制、尾氣排放、故障自診斷到汽車底盤的傳動與行駛、轉(zhuǎn)向與制動等，普遍都采用了單片機控制系統(tǒng)。車載智能控制系統(tǒng)的大量應(yīng)用，使汽車的動力性、安全性、舒適性、經(jīng)濟性都得到了顯著的提高。單片機技術(shù)在汽車工程領(lǐng)域的地位越來越重要，未來的汽車競爭，趨向于單片機技術(shù)的競爭。因此，汽車相關(guān)專業(yè)的畢業(yè)生了解和掌握一定的單片機基礎(chǔ)知識及編程技能成為一種必要。

1 學情分析

1.1 有利情況

該院汽車專業(yè)的學生偏向于汽車運用與維修方向，2013年開始招生，目前只有一屆畢業(yè)生。課程《單片機原理與應(yīng)用》在2014級汽車運用與維修專業(yè)的第四個學期首次開展教學，總共60學時。研究2014級汽車專業(yè)的學生在前面三個學期以及包括本課程學期在內(nèi)所學課程可以看出，學生有一定的電工電子技術(shù)基礎(chǔ)以及汽車電子電器控制技術(shù)基礎(chǔ)。所以，汽車專業(yè)的學生在學習單片機應(yīng)用課程時，對單片機外圍電路中的模數(shù)電及電器控制，部分電路驅(qū)動芯片工作原理等有關(guān)知識應(yīng)該是有所了解的。

1.2 存在困難

我院汽車專業(yè)的學生在學習單片機之前，沒有學習過程序設(shè)計類的語言課程，學生的編程是零基礎(chǔ)。要想在60學時這么短暫的時間里，讓完全沒有語言基礎(chǔ)的學生學習單片機，對任課教師順利展開教學是一個挑戰(zhàn)。

2 教改總體思路

教學內(nèi)容以51單片機作為學習芯片，因為現(xiàn)在用的較多的是51單片機，它的資料比較全，用的人也很多，市場也很大，車載智能控制中的主芯片里有不少用的都是51型號的單片機。編程語言基本采用C51進行講解。從我院汽車專業(yè)的學生編程是零基礎(chǔ)的情況下，在有限的教學時間內(nèi)，采用C51進行編程，可以有效降低C51的進入門檻。編程軟件采用目前比較通用的Keil C51編程軟件。

課程內(nèi)容進行單元化、項目化處理，以單片機內(nèi)部資源的功能應(yīng)用為核心，以項目案例為載體，以接口電路和軟件編程為主線，以應(yīng)用開發(fā)能力培養(yǎng)為目標，構(gòu)建教學內(nèi)容體系。在教學過程中實現(xiàn)“教學做”合一實踐教學模式，理論教學與實踐教學有機融合。在教學內(nèi)容處理上，打破教材章節(jié)界限，以實驗開發(fā)板上各個項目內(nèi)容為載體，合理分配知識點，考慮學習能力的循序漸進，在具體的項目任務(wù)中體現(xiàn)理論知識和重點內(nèi)容，增強感性認識，培養(yǎng)應(yīng)用開發(fā)思維。在時間安排上理論教學與實踐教學穿插進行。學生將開發(fā)板帶到機房進行上課，空間上實現(xiàn)教室與實驗室合為一體，做到邊教邊學邊做。教學過程始終體現(xiàn)“教學做”合一的教學實踐模式，充分發(fā)揮學生實踐動手能力強的優(yōu)勢，在實踐中掌握關(guān)鍵理論知識。在教學實踐展開過程中，多種教學手段靈活結(jié)合，教師引導學生在課堂學習實踐過程中，遇到問題及時查閱相關(guān)資料，培養(yǎng)學生自主解決問題的行為習慣。

3 教學實踐設(shè)計

3.1 教學目標設(shè)計

經(jīng)過教改實踐，使得汽車專業(yè)單片機課程教學形式更加符合我院學生實際。學生掌握基本的51單片機內(nèi)部資源工作原理與開發(fā)應(yīng)用，掌握一種編程開發(fā)語言和對應(yīng)的編程開發(fā)軟件工具的使用，能夠?qū)崿F(xiàn)簡單的Proteus仿真設(shè)計與調(diào)試。經(jīng)過“教學做”合一教學實踐鍛煉，充分激發(fā)汽車專業(yè)學生對單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計開發(fā)的興趣，養(yǎng)成學生自主分析問題、資料查找、解決問題、通力合作的能力。

3.2 教學項目設(shè)置

根據(jù)學生學情和專業(yè)特點，實施教學做一體化項目式教學，促進理論教學與實踐教學的融合。以項目的學習展開過程為主線，合理分配課程的知識點，將課程需要講解的理論知識和重點內(nèi)容融合到具體的項目設(shè)計中?？紤]到學習過程是一個由易到難，知識點的掌握是一個循序漸進的過程，時間上合理安排各個項目內(nèi)容的教學順序。實施的部分項目見表1。

3.3 “教學做”合一教學實踐

課程的教學地點選擇在專業(yè)機房，里面已經(jīng)安裝了Keil C51編程開發(fā)軟件、Proteus仿真軟件以及PC機與單片機的串口通信驅(qū)動軟件。上課機房有專業(yè)的極域教師機軟件，可以實現(xiàn)教師的屏幕廣播，教師在具體進行屏幕操作的時候，學生電腦屏幕端可以看到教師的屏幕，同時也可以實現(xiàn)學生的演示操作，演示給教師一個人看，或者是演示給全班同學觀看。學期初，教師將學生兩人一組分組，讓學生按組領(lǐng)取單片機實驗開發(fā)板。隨著開發(fā)板下發(fā)的還有整個學期的教學項目中部分基礎(chǔ)C51程序，以及實驗開發(fā)板硬件電路的電路圖連線資料、單片機硬件系統(tǒng)介紹資料以及C51語言開發(fā)資料。每次學生上課，都是帶著實驗開發(fā)板和相關(guān)的電子資料來專業(yè)機房上課，下課時將開發(fā)板隨身帶走自行保管好，實驗開發(fā)板將跟隨學生一個學期，到期末課程結(jié)束時，交還給教師。

學生在沒有編程語言基礎(chǔ)的情況下，任課教師從預備的教學項目中，選擇最基本的單片機應(yīng)用開發(fā)入門的項目來開始課程的教學：點亮一個LED燈。教師在課堂上帶領(lǐng)學生完成實驗開發(fā)板軟、硬件連線以及與電腦的連接，將第一個項目的軟件編寫操作過程實時廣播到學生屏幕上。通過實時編程軟件的操作過程，學生對編程軟件的操作有了一個大概的宏觀印象：如何建立工程文件，如何編寫程序代碼以及對工程文件進行參數(shù)設(shè)置，最后完成調(diào)試生成單片機可執(zhí)行代碼。

教師完成操作演示之后，讓學生自行在開發(fā)板上依照教師的操作步驟，完成第一個項目的第一個子任務(wù)的全部操作。學生在完成基本程序錄入，看到開發(fā)板上相關(guān)的實驗現(xiàn)象后，立刻對課程產(chǎn)生了一定的興趣。在有一定興趣的基礎(chǔ)上，教師對程序代碼展開詳細的知識點介紹，讓學生了解一個簡單的單片機應(yīng)用是軟硬件的結(jié)合，在了解硬件電路結(jié)構(gòu)特點以及單片機相關(guān)資源的硬件結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，進一步了解軟件的編程。單片機應(yīng)用系統(tǒng)的軟硬件知識點的介紹，需要參看一部分資料，教師提醒學生查看手中相關(guān)電子資料。

在學期前期，教師帶領(lǐng)學生閱讀研究項目代碼，熟悉項目硬件結(jié)構(gòu)及接線，訓練學生軟硬件結(jié)合開發(fā)項目、熟悉C51編程和資料查找的行為能力。在項目的展開過程中，對部分子任務(wù)，教師在已有功能的基礎(chǔ)上稍作要求修改，讓學生作為學習的主體，邊學變做，完成程序改編、硬件連線、調(diào)試與下載，在開發(fā)板上完成項目內(nèi)容，實現(xiàn)相關(guān)實驗效果。教師在課堂上來回走動，分組指導教學，在指導的過程中，教師對學生普遍出現(xiàn)的問題進行課堂集中廣播講解，針對個別問題，進行個別指導。教師在教學的過程中，把握好知識點的宏觀主線，揀主要的知識點講解，其余比較瑣碎的知識點，讓學生自行查找資料閱讀理解，并進行動手實踐分析，加深理解。隨著教學進度的深入，要求學生自行完成的設(shè)計部分內(nèi)容越來越多。學生變被動學習為積極主動探索和思考，教師不用再為有限的課時安排和講不完眾多的知識點而發(fā)愁，教學效果非常明顯。

3.4 資料查找

學生在完成教學實踐項目的過程中，對教師布置的要求有改動過的項目設(shè)計，肯定存在編程基礎(chǔ)知識和單片機內(nèi)部資源應(yīng)用知識不清楚的情況。教師提醒學生帶著問題查閱單片機教材或者是網(wǎng)絡(luò)資源，自學預習相關(guān)理論知識，達到自學能力的訓練目的。學生在進行問題分析和資料查找的過程中，自然養(yǎng)成一定的解決問題能力。

這里以項目2中的第二個子任務(wù)為例，簡單介紹一下如何實現(xiàn)項目改動以及學生動手實踐訓練：子任務(wù)中要求單片機P2口控制的8盞共陽極LED燈實現(xiàn)左循環(huán)輪流依次點亮。

在學生完成子任務(wù)的基礎(chǔ)上，進行適當要求改動，原程序的循環(huán)左移是用運算來實現(xiàn)的，現(xiàn)在要求學生通過調(diào)用Keil C51編譯器里的庫函數(shù)_cror_（ ）來實現(xiàn)LED燈的循環(huán)右移動。學生在完成改動項目的過程中，通過資料查找，自然對單片機的I/O口電平輸出控制、發(fā)光二極管的硬件結(jié)構(gòu)、Keil C51軟件庫函數(shù)調(diào)用以及用戶延時子函數(shù)的編寫更進一步加深理解。

3.5 Proteus仿真教學

實驗開發(fā)板上所有的實驗項目硬件電路的連線是非常清楚的，學生在學習軟件編程的同時，學習硬件電路的結(jié)構(gòu)，但是開發(fā)板上大部分的實踐項目硬件電路部分都是預先做好的，學生在學習的時候，對硬件電路設(shè)計中的元器件選型，硬件電路具體連線訓練程度還是有所欠缺。學生需要了解更多的硬件電路設(shè)計方面的知識，所以在學期的中后期可以適介紹Proteus仿真軟件的使用。教師可以布置一部分訓練項目，以作業(yè)的形式布置給學生，要求學生自行完成仿真訓練內(nèi)容并提交給教師。

3.6 集中實踐項目訓練

教學中學生使用的實驗開發(fā)板具有擴展功能，學生可以另外購買元器件，完成較為綜合性的訓練項目。所以在課程的集中實踐環(huán)節(jié)中，可以選擇一個典型的、難度適中、測量內(nèi)容較全面的一個實踐任務(wù)，圍繞該典型系統(tǒng)設(shè)計鍛煉學生電路設(shè)計知識及測量技術(shù)，并讓學生完成從原理分析、方案設(shè)計、元器件選用、電路設(shè)計、程序編制、組裝、焊接等各個環(huán)節(jié)的訓練。例如，開發(fā)板上可以實現(xiàn)的拓展綜合訓練項目有： 溫感溫控繼電器動作，紅外發(fā)射和接收控制繼電器動作，十字路口帶倒計時功能的交通信號燈系統(tǒng)等訓練項目。讓學生從這些項目中選擇一個自己感興趣的項目作為實踐課題。學生在經(jīng)歷這樣一個系統(tǒng)設(shè)計的全過程后，職業(yè)能力將有一個很大的提高。

4 教學考核設(shè)計

課程考核分兩部分組成：期末試卷+實驗考試。其中期末試卷由試卷庫隨機抽卷，客觀考察學生單片機應(yīng)用開發(fā)的理論知識掌握情況。實驗考試一般安排在期末試卷之前，單獨安排時間，對學生的實踐操作技能進行考核。實驗考試時，教師準備好一定量的實驗考試題目，學生一人一組，分批次進入考場進行考試，每批次考場學生數(shù)控制在15人以內(nèi)比較適宜，進入考場后學生隨機抽簽決定需要完成什么題目。實驗考試環(huán)節(jié)要求學生能夠根據(jù)考題要求，完成實驗原理分析，單片機應(yīng)用系統(tǒng)原理框圖繪制，軟件流程圖繪制，具體程序代碼編寫及調(diào)試錄入。實驗考試分數(shù)中還有一項，學生平時課堂完成的各個項目的一個綜合平時成績的判定。

5 結(jié)語

汽車專業(yè)單片機課程的教學目前來說還沒有非常經(jīng)典的教學模式可循，在教學內(nèi)容的設(shè)計和教學實踐的展開等方面，各個高職院校都在積極探索。筆者認為單片機智能控制在汽車專業(yè)中越來越重要的行業(yè)背景下，任課教師只有不斷學習了解最新的行業(yè)動態(tài)，才能把握教學的宏觀設(shè)計。該文對汽車專業(yè)的單片機教學實踐研究也只是進行了非常淺顯的探索，希望能夠為讀者提供參考價值。

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