淺談單片機(jī)課程的教學(xué)改革

孫旭日 周桔蓉 豐 偉

隨著全國(guó)高職高專的課程改革,單片機(jī)課程也被納入了改革的范圍。單片機(jī)課程是專業(yè)的重點(diǎn)課程,其教學(xué)質(zhì)量直接影響學(xué)生專業(yè)能力。傳統(tǒng)的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué),是以驗(yàn)證單片機(jī)理論教學(xué)內(nèi)容為目的而安排的,即以單片機(jī)的結(jié)構(gòu)為主線,依照單片機(jī)課程內(nèi)容的順序布置。一般情況下,先做單片機(jī)硬件結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)實(shí)驗(yàn),然后是指令和軟件編程的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn),最后是一個(gè)應(yīng)用實(shí)例的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)。按照這種教學(xué)結(jié)構(gòu),學(xué)生普遍覺得難學(xué),且缺乏學(xué)習(xí)熱情,對(duì)于高職院校的學(xué)生更是如此。

改革后采用了教、學(xué)、做一體的教學(xué)法,學(xué)生學(xué)習(xí)以項(xiàng)目為中心,有明確的任務(wù),能讓學(xué)生圍繞項(xiàng)目組織已學(xué)知識(shí)和學(xué)習(xí)資源,學(xué)習(xí)的主動(dòng)性、積極性能得以發(fā)揮。項(xiàng)目教學(xué)法能充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性、開拓同學(xué)的思維、發(fā)揮同學(xué)的潛能、培養(yǎng)同學(xué)的個(gè)性、提高協(xié)調(diào)能力,培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)精神、增強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)意識(shí),適應(yīng)競(jìng)爭(zhēng)激烈的社會(huì)。

一、單片機(jī)課程改革的特色

經(jīng)過多年的努力建設(shè),本課程與國(guó)內(nèi)外同類課程相比較而言,課程設(shè)計(jì)理念與思路、教學(xué)模式新穎,針對(duì)性強(qiáng),符合現(xiàn)代高職教育的新思想。課程采用了基于工作過程的教學(xué)設(shè)計(jì)思想,教學(xué)內(nèi)容以“低溫電熱烘箱”的制作過程展開,貼近實(shí)際,實(shí)用性強(qiáng);教學(xué)方法與手段靈活多樣,將理論與實(shí)踐教學(xué)相結(jié)合,通過“學(xué)做一體”的教學(xué)方式,使學(xué)生在學(xué)會(huì)一項(xiàng)產(chǎn)品的制作后,就可學(xué)會(huì)所需要掌握的全部知識(shí)點(diǎn),教學(xué)效果良好。

1.以產(chǎn)品“低溫電熱烘箱”為引導(dǎo)貫穿所有知識(shí)點(diǎn)。課程采用以產(chǎn)品“低溫電熱烘箱”為導(dǎo)向的、基于工作過程的教學(xué)設(shè)計(jì)思想,將整個(gè)教學(xué)過程分為單片機(jī)的最小系統(tǒng)、低溫電熱烘箱的顯示輸出、低溫電熱烘箱的鍵盤輸入、低溫電熱烘箱的溫度檢測(cè)、低溫電熱烘箱的溫度控制、低溫電熱烘箱的綜合六個(gè)情境,在每個(gè)情境下又按知識(shí)點(diǎn)由不同的子情境貫穿其中。將不同的項(xiàng)目與知識(shí)模塊相結(jié)合,打破常見的以知識(shí)體系為主線的課程內(nèi)容安排,按每個(gè)項(xiàng)目中所需的知識(shí)點(diǎn)重新組織教學(xué)。

2.以“學(xué)做一體”為教學(xué)模式,打破原有各教學(xué)方式相對(duì)獨(dú)立的格局。教學(xué)模式采用課堂理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)室實(shí)踐教學(xué)一體化,在每引入一個(gè)新項(xiàng)目時(shí),都按實(shí)物演示?邛任務(wù)下達(dá)?邛知識(shí)點(diǎn)講解?邛自制硬件?邛軟件設(shè)計(jì)?邛綜合調(diào)試的步驟,由教師講解和實(shí)物演示同步,讓學(xué)生主動(dòng)參與,并以學(xué)生為主體、教師為指導(dǎo)的教學(xué)模式,將原先的教室、實(shí)驗(yàn)室、實(shí)訓(xùn)室合為一體,在一間教室中就可完成所有內(nèi)容的教學(xué),突破了教學(xué)時(shí)間和空間的限制。

二、單片機(jī)課程改革的教學(xué)設(shè)計(jì)

1.明確教學(xué)任務(wù)。經(jīng)過在各廠礦和周邊地區(qū)相關(guān)企業(yè)及對(duì)畢業(yè)學(xué)生從事工作崗位的調(diào)研,我們對(duì)各種智能型的監(jiān)測(cè)、監(jiān)控系統(tǒng)中單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)的職業(yè)崗位進(jìn)行分析,研究、整合出單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的典型工作任務(wù),以此為依據(jù),得出單片機(jī)技術(shù)人員應(yīng)具備的知識(shí)、能力和素質(zhì)。在課程教學(xué)內(nèi)容的選取時(shí),我們以廣告藝術(shù)燈、音樂門鈴、家用防盜密碼鎖、交通燈、廣告屏、簡(jiǎn)易計(jì)算器、數(shù)字電壓表、數(shù)字溫度計(jì)、函數(shù)信號(hào)發(fā)生器、玩具小車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、低溫電熱烘箱11個(gè)產(chǎn)品為載體,設(shè)計(jì)了11個(gè)教學(xué)情境,將分解出來的知識(shí)點(diǎn)按照循序漸進(jìn)的原則分別放在各部分中進(jìn)行講解,由簡(jiǎn)單到復(fù)雜地貫穿于教學(xué)內(nèi)容的全部。并將課程中所需要的,先修課程的知識(shí),融入教學(xué)中,起到了承前啟后的作用。

在教學(xué)過程中我們以行動(dòng)為導(dǎo)向,注重培養(yǎng)學(xué)生的職業(yè)素養(yǎng)和職業(yè)能力,增加模擬行業(yè)企業(yè)實(shí)際工作崗位的工作過程。每個(gè)學(xué)習(xí)任務(wù)以任務(wù)單的形式下發(fā)給學(xué)生,以學(xué)生為主體,教師為主導(dǎo),使學(xué)生在學(xué)校的學(xué)習(xí)過程,如同在工作崗位的工作過程一樣。

2.制定計(jì)劃。隨著教學(xué)理念的更新和教學(xué)改革的深入,教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)手段等也在更新。我們現(xiàn)在教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計(jì)思路是以知識(shí)為基礎(chǔ),以能力為核心,構(gòu)建新的實(shí)踐化課程內(nèi)容體系,確保教學(xué)內(nèi)容的合理性、實(shí)用性和先進(jìn)性。

三、單片機(jī)課程改革的教學(xué)實(shí)施

項(xiàng)目教學(xué)法是在建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論的影響下,通過選取“工程項(xiàng)目”來創(chuàng)建“情境”,通過“協(xié)作學(xué)習(xí)”的方式開展學(xué)習(xí),以完成“工程項(xiàng)目”,達(dá)到“意義建構(gòu)”的一種行之有效的教學(xué)方法。充分地展示現(xiàn)代職業(yè)教育“以能力為本”的價(jià)值取向,使課堂教學(xué)的質(zhì)量和效益得到大幅度的提高。計(jì)劃的實(shí)施就是對(duì)“學(xué)生為主體”的滲透,是對(duì)學(xué)生動(dòng)手能力的培養(yǎng)和鍛煉。在教學(xué)上,采用了投影儀、計(jì)算機(jī)、操作臺(tái)、仿真軟件等多種設(shè)備并用的方式,讓學(xué)生能全方位、多角度地完成學(xué)習(xí)。具體教學(xué)實(shí)施方法有:多媒體課件教學(xué);PROTEUS軟件仿真教學(xué);產(chǎn)品現(xiàn)場(chǎng)制作教學(xué)。

四、單片機(jī)課程改革的考核方法

考核方法按平時(shí)考核及結(jié)業(yè)考核兩部分進(jìn)行綜合完成。平時(shí)考核按項(xiàng)目逐一考核的方式實(shí)現(xiàn),每一項(xiàng)目考核分為平時(shí)表現(xiàn)、硬件考核、軟件考核、產(chǎn)品調(diào)試及現(xiàn)場(chǎng)答辯五項(xiàng)內(nèi)容。結(jié)業(yè)考核按所學(xué)項(xiàng)目自選的方式實(shí)現(xiàn),要求在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成從項(xiàng)目制作到軟件調(diào)試全過程?？己藘?nèi)容包括硬件制作、軟件調(diào)試、功能擴(kuò)展、現(xiàn)場(chǎng)答辯四項(xiàng)內(nèi)容。

1.產(chǎn)品制作的硬件考核。硬件考核主要包括產(chǎn)品的硬件電路圖的繪制,按照功能設(shè)計(jì)要求用PROTEUS軟件繪制原理圖。按照原理圖在實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)臺(tái)連接好硬件電路。實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)臺(tái)只是提供元件和接口,沒有提供任何連接的電路,學(xué)生按照要求找到相應(yīng)的元件,按照電路圖連接電路。最后檢查電路,直到故障全部排除。這種考核提高學(xué)生對(duì)電路原理更深刻的理解;提高了學(xué)生對(duì)元器件的選型技能;提高了學(xué)生對(duì)電路的故障排除能力;提高了學(xué)生繪制電路圖的技能。

2.產(chǎn)品的軟件考核。產(chǎn)品的軟件考核包括建立單片機(jī)開發(fā)系統(tǒng)和編制調(diào)試相應(yīng)的程序。我們選用的單片機(jī)的開發(fā)系統(tǒng)主要是DVCC、WAVE和KEIL等。DVCC只能把硬件和軟件聯(lián)合起來仿真;WAVE提供了軟件的單獨(dú)仿真能力,也可以結(jié)合仿真頭一起硬件仿真;KEIL具有強(qiáng)大的功能,能和PROTEUS一起達(dá)到軟件和硬件的計(jì)算機(jī)仿真。這種考核不僅提高了學(xué)生對(duì)軟件的調(diào)試能力,也提高了學(xué)生對(duì)軟件的編程能力。

3.產(chǎn)品的系統(tǒng)調(diào)試。產(chǎn)品的系統(tǒng)調(diào)試主要包括使用編程器將程序?qū)戇M(jìn)單片機(jī)、調(diào)試組裝產(chǎn)品、產(chǎn)品的創(chuàng)新。這種考核提高了學(xué)生對(duì)產(chǎn)品的整個(gè)生產(chǎn)過程的認(rèn)識(shí);提高了學(xué)生對(duì)繪制PCB的技能;提高了學(xué)生對(duì)所涉及到的電子元器件的認(rèn)識(shí);也提高了學(xué)生對(duì)電路板的焊接技能。而這些都是傳統(tǒng)的考試很難涉及到的。

4.現(xiàn)場(chǎng)提問。針對(duì)學(xué)生的設(shè)計(jì)現(xiàn)場(chǎng),老師當(dāng)場(chǎng)提出相關(guān)的考核問題,一般提3個(gè)問題。這種考核方式靈活性較大,要求學(xué)生對(duì)本產(chǎn)品有較深刻的理解。

五、單片機(jī)課程改革的歸納總結(jié)

項(xiàng)目完成過程是學(xué)生自己探索鉆研的過程,為了能學(xué)眾人之長(zhǎng),項(xiàng)目完成后的總結(jié)相當(dāng)重要。在總結(jié)中幫助學(xué)生明晰項(xiàng)目所訓(xùn)練的內(nèi)容及最佳思考方法,找出不足,確定努力方向,并指導(dǎo)學(xué)生對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行拓展和延伸,實(shí)現(xiàn)知識(shí)和技能的遷移。在單片機(jī)教學(xué)實(shí)踐中,采用項(xiàng)目教學(xué)法不但使教學(xué)效果起到事半功倍的作用,更主要的是激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,使學(xué)生在學(xué)習(xí)中充滿熱情,興趣盎然。

但是單片機(jī)課程教學(xué)做一體化的教學(xué)方法存在的問題是教學(xué)投入比較大。主要表現(xiàn)如下:

1.每次課程必須匹配兩名經(jīng)驗(yàn)豐富的教師。

2.每次考核必須完成產(chǎn)品的制作。購(gòu)買元器件和PCB制作費(fèi)用較大。

3.校企合作項(xiàng)目費(fèi)用較大。其中聘請(qǐng)企業(yè)工程師現(xiàn)場(chǎng)講課費(fèi)用較高。

4.設(shè)備和軟件更新較快,購(gòu)置成本較高。