單片機(jī)課程標(biāo)準(zhǔn)化教學(xué)改革的探索與實(shí)踐

【摘要】 本文闡述了在開放教育中單片機(jī)課程教學(xué)的現(xiàn)狀，提出了標(biāo)準(zhǔn)化教學(xué)改革方案的探索，為提高單片機(jī)課程的教學(xué)質(zhì)量提供了新的實(shí)踐方法。

【關(guān)鍵詞】 單片機(jī);標(biāo)準(zhǔn)化;教學(xué)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(dòng)化、數(shù)字化、智能化、信息化均離不開單片機(jī)的應(yīng)用，開放教育的電類專業(yè)普遍開設(shè)了《單片機(jī)技術(shù)》課程?！秵纹瑱C(jī)技術(shù)》是一門實(shí)踐性、工程性很強(qiáng)的技術(shù)課程，實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)化教學(xué)直接影響教學(xué)效果，同時(shí)也影響學(xué)生的就業(yè)及未來(lái)發(fā)展。

1 開放教育中單片機(jī)技術(shù)課程現(xiàn)狀

1.1 教學(xué)現(xiàn)狀

目前，開放教育的單片機(jī)技術(shù)課程多數(shù)仍采用傳統(tǒng)的知識(shí)體系教學(xué)，而這種模式更加注重的是課程本身的體系結(jié)構(gòu)和前后的邏輯關(guān)系，教學(xué)順序多以89C51單片機(jī)的結(jié)構(gòu)為主線，過(guò)于重視知識(shí)體系的前后關(guān)聯(lián)性，具有很高的抽象性，對(duì)學(xué)生思辨能力和思維靈活性的要求相對(duì)較高。教材第一部分是單片機(jī)引腳結(jié)構(gòu)，一開始就提出地址、總線等概念，理解起來(lái)非常困難。第二部分是單片機(jī)匯編指令，111條指令，不分重點(diǎn)，都需要記住。第三部分是單片機(jī)程序編寫，短時(shí)間內(nèi)大多數(shù)學(xué)生都很難掌握程序編寫的相關(guān)知識(shí)和技巧。最后還有一些人機(jī)接口擴(kuò)展、單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)方法等內(nèi)容。然而，在單片機(jī)的應(yīng)用中，這種內(nèi)容組織方式卻嚴(yán)重與實(shí)際脫節(jié)。

另外，開放教育的理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)也是脫節(jié)的。課程考試形式和內(nèi)容以理論為主，僅憑一張?jiān)嚲矶▽W(xué)生能力，沒能體現(xiàn)考查學(xué)生實(shí)際應(yīng)用知識(shí)的動(dòng)手實(shí)踐能力，如果要求學(xué)生做一個(gè)實(shí)際應(yīng)用的設(shè)計(jì)，他們往往無(wú)從下手或生搬硬套書上的例子。這也就是說(shuō)，大部分開放教育學(xué)生仍停留在純理論的“開發(fā)”上，把一門應(yīng)用性很強(qiáng)的課程與實(shí)際完全脫離了。

1.2 學(xué)習(xí)現(xiàn)狀

單片機(jī)課程具有涉及學(xué)科多、內(nèi)容多、概念多、邏輯性強(qiáng)、關(guān)聯(lián)性強(qiáng)、抽象等特點(diǎn)，對(duì)于一個(gè)開放教育的單片機(jī)課程學(xué)生，除要掌握單片機(jī)的專業(yè)知識(shí)外，還應(yīng)具備較扎實(shí)的電路硬件設(shè)計(jì)能力和動(dòng)手操作能力，此外，還需熟悉計(jì)算機(jī)操作與一般的編程方法。除此之外，由于不同功能單片機(jī)系統(tǒng)的外部結(jié)構(gòu)不同，所以這些芯片的技術(shù)路線和電路結(jié)構(gòu)等也不近相同，沒有固定的模式，這就使得初次接觸的學(xué)生覺得它既神秘又摸不著邊。據(jù)了解，多數(shù)的開放學(xué)生都覺得這門課程難學(xué)，難入門，能夠應(yīng)用更是一個(gè)難以逾越的“門坎”。

因此，解決開放教育單片機(jī)課程教與學(xué)都難的問(wèn)題是十分必要的。所以，在教學(xué)過(guò)程中，打破原有的知識(shí)體系，重構(gòu)項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的行動(dòng)體系，實(shí)施可復(fù)制、可推廣過(guò)的標(biāo)準(zhǔn)化教學(xué)，圍繞特定項(xiàng)目的需求來(lái)引入知識(shí)點(diǎn)，組織并實(shí)施教學(xué)，有利于提高教學(xué)的針對(duì)性和實(shí)效性。

2 開放教育單片機(jī)課程教學(xué)改革方案

2.1 構(gòu)建基于工作過(guò)程的行動(dòng)體系

解構(gòu)單片機(jī)課程傳統(tǒng)的學(xué)科體系，重構(gòu)基于工作過(guò)程的行動(dòng)體系。將傳統(tǒng)的學(xué)科體系里的知識(shí)按照單片機(jī)產(chǎn)品開發(fā)步驟進(jìn)行序化，針對(duì)每一個(gè)工作過(guò)程環(huán)節(jié)來(lái)傳授相關(guān)的課程內(nèi)容，使得理論知識(shí)的總量未發(fā)生變化，僅改變其排序的方式，實(shí)現(xiàn)實(shí)踐技能與理論知識(shí)的整合。這種方式下，教師教學(xué)結(jié)合實(shí)際應(yīng)用例子，指導(dǎo)學(xué)生自行根據(jù)設(shè)計(jì)要求，閱讀單片機(jī)芯片說(shuō)明書，從而使學(xué)生較為容易地掌握實(shí)用技術(shù)。最后，再把實(shí)際例子進(jìn)行虛擬仿真，便會(huì)更好地鞏固相關(guān)的理論知識(shí)點(diǎn)。

2.2 采用項(xiàng)目載體、任務(wù)驅(qū)動(dòng)的教學(xué)模式

課程教學(xué)過(guò)程中采取以應(yīng)用為主線，把原有的理論內(nèi)容分解成若干典型的項(xiàng)目與任務(wù)，將教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行整合，建立“邊做邊學(xué)、邊做邊教”的教學(xué)模式;以項(xiàng)目為載體進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)，采用任務(wù)驅(qū)動(dòng)模式，依照“確定產(chǎn)品功能、準(zhǔn)備技術(shù)資料、設(shè)計(jì)硬件電路、設(shè)計(jì)軟件程序、產(chǎn)品仿真制作、軟硬件聯(lián)調(diào)、產(chǎn)品測(cè)試”的工作過(guò)程重構(gòu)課程內(nèi)容。每個(gè)項(xiàng)目均設(shè)計(jì)了4個(gè)任務(wù);并應(yīng)用 Proteus 仿真軟件、Keil C 軟件對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行分析講解，并讓學(xué)生能夠自行利用Proteus軟件進(jìn)行項(xiàng)目任務(wù)的設(shè)計(jì)練習(xí)。

3 開放教育單片機(jī)課程教學(xué)改革實(shí)踐

下面以筆者參加的《單片機(jī)技術(shù)》課程“基于工作過(guò)程系統(tǒng)化”教學(xué)改革為例，具體介紹項(xiàng)目教學(xué)法在單片機(jī)課程教學(xué)中的實(shí)踐情況。筆者針對(duì)《單片機(jī)技術(shù)》課程采用項(xiàng)目式標(biāo)準(zhǔn)化教學(xué)，基于工作過(guò)程，并依據(jù)系統(tǒng)的復(fù)雜程度，共設(shè)計(jì)了六個(gè)項(xiàng)目，分別是彩燈控制、汽車信號(hào)燈控制、交通燈控制、數(shù)字鐘設(shè)計(jì)、步進(jìn)電機(jī)控制鍵盤設(shè)計(jì)、秒表計(jì)設(shè)計(jì)。授課時(shí)，打破原有順序，以任務(wù)為單元，每一次教學(xué)均以一個(gè)具體任務(wù)為教學(xué)內(nèi)容，圍繞該任務(wù)目標(biāo)組織各教學(xué)環(huán)節(jié)，進(jìn)行相關(guān)知識(shí)點(diǎn)和技能點(diǎn)的講解。任務(wù)中用到什么知識(shí)點(diǎn)和技能點(diǎn)就講解什么知識(shí)點(diǎn)和技能點(diǎn)，用到多少就講多少，在哪里用就在哪里講。以教師為主導(dǎo)，以學(xué)生為中心，邊講邊學(xué)，邊學(xué)邊練。此外，開放教育中，教師通過(guò)雨課堂直播開展教學(xué)，教師先對(duì)項(xiàng)目、任務(wù)進(jìn)行分析，然后對(duì)該任務(wù)所涉及的單片機(jī)必要知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行講解，最后通過(guò)子任務(wù)讓學(xué)生在遠(yuǎn)端利用Proteus軟件，自己動(dòng)手進(jìn)行相關(guān)的設(shè)計(jì)與仿真。

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

這個(gè)項(xiàng)目是本門課程的入門，這是一個(gè)大項(xiàng)目，因此將它分解成了4個(gè)任務(wù)，對(duì)應(yīng)4個(gè)知識(shí)點(diǎn)，分別是：任務(wù)1 彩燈控制項(xiàng)目分析（知識(shí)點(diǎn)：?jiǎn)纹瑱C(jī)功能）、任務(wù)2彩燈控制硬件電路設(shè)計(jì)（知識(shí)點(diǎn)：?jiǎn)纹瑱C(jī)引腳結(jié)構(gòu)及LED的驅(qū)動(dòng)）、任務(wù)3 彩燈控制軟件程序開發(fā)（知識(shí)點(diǎn)：如何實(shí)現(xiàn)跑馬燈式循環(huán)控制）和任務(wù)4 彩燈控制項(xiàng)目制作及調(diào)試（知識(shí)點(diǎn)：Keil及Proteus軟件功能）。接下來(lái)，再?gòu)能浻布矫孢M(jìn)行分析。

硬件方面分析：要完成此項(xiàng)目，首先需要搭建單片機(jī)最小系統(tǒng)，再加上外圍的LED燈，因此，需要學(xué)習(xí)單片機(jī)的功能，引腳結(jié)構(gòu)以及LED的驅(qū)動(dòng)方法，通過(guò)讓學(xué)生閱讀89C51單片機(jī)芯片說(shuō)明書、觀看LED介紹視頻，一點(diǎn)點(diǎn)引導(dǎo)學(xué)生找到解決這些問(wèn)題的答案。

軟件方面分析：通過(guò)移位指令，循環(huán)轉(zhuǎn)移指令的講解，結(jié)合對(duì)硬件電路的分析，引導(dǎo)學(xué)生繪制軟件流程圖，并補(bǔ)充完整源程序。

單片機(jī)課程具有很強(qiáng)的實(shí)踐性，但由于開放教育的特點(diǎn)，使得學(xué)生無(wú)法親自到實(shí)驗(yàn)室動(dòng)手操作，因此，在本研究中，通過(guò)利用“雨課堂”教學(xué)平臺(tái)和Proteus仿真軟件結(jié)合的方式開展遠(yuǎn)程直播教學(xué)，解決了這一難題，使得學(xué)生對(duì)于課上老師演示的每一任務(wù)，都能在課后自行利用Proteus軟件進(jìn)行訓(xùn)練并修改相關(guān)參數(shù)，對(duì)于不清楚的地方還可以隨時(shí)利用“雨課堂”的回放功能進(jìn)行復(fù)習(xí)鞏固，這樣不但加強(qiáng)了學(xué)生對(duì)課堂教學(xué)內(nèi)容的吸收，同時(shí)也激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。通過(guò)這種混合式教學(xué)方式，使得單片機(jī)技術(shù)課程的開放教育教學(xué)效果得到了很大的提升。

4 結(jié)論

綜上所述，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化教學(xué)，開放教育中的單片機(jī)課程通過(guò)項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的方式，并增加教師在線直播演示的教學(xué)模式，以學(xué)生作為學(xué)習(xí)中心，教材內(nèi)容不再是知識(shí)獲取的唯一途徑，信息化教學(xué)手段及軟件成為主動(dòng)學(xué)習(xí)、創(chuàng)作學(xué)習(xí)的認(rèn)知工具。相比于原有的教學(xué)來(lái)說(shuō)，這種新型的教學(xué)模式更大的激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，實(shí)現(xiàn)自主學(xué)習(xí)，大大提高了學(xué)生的思維和動(dòng)手能力。

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【作者簡(jiǎn)介】

馬駿（1981-），女，講師，碩士，研究方向?yàn)殡姎庾詣?dòng)化技術(shù)、檢

測(cè)技術(shù)的教學(xué)和研究。