基于“工作過程系統(tǒng)化”的單片機系列課程教學改革探索

黃克亞 尤鳳翔

（南京鐵道職業(yè)技術學院，江蘇 蘇州 215137）

一、引 言

單片機具有體積小、功耗低、易擴展、控制能力強、性價比高等特點，廣泛地應用于智能化家用電器、辦公自動化設備、工業(yè)自動化控制、智能化儀表、通信產品、汽車電子產品、航空航天國防軍事等領域。為了培養(yǎng)企業(yè)急需的單片機應用系統(tǒng)開發(fā)人員和單片機產品的維護維修人員，全國大中專院校電氣自動化專業(yè)、應用電子技術專業(yè)、通信專業(yè)、機電專業(yè)等許多專業(yè)相繼開設了單片機課程。但是，單片機系列課程具有綜合性強、覆蓋面廣等特點，學習起來比較難，尤其是高職高專院校的學生普遍感到學習難度大。即使有些學生，平時學習比較認真，最后考試成績也比較理想，但等去企業(yè)實習或是工作時，發(fā)現自己還是什么也不會，這些情況的產生和課程教學內容、教學方法有一定的關系。筆者在教學中不斷進行教學改革，探索出基于“工作過程系統(tǒng)化”的教學方法，在單片機系列課程教學中得到較好的應用。

二、課程教學現狀

通過調研江蘇省數所職業(yè)院校，發(fā)現目前單片機系列課程教學主要存在如下問題：

第二，課程實踐環(huán)節(jié)重視不夠，在課程教學過程中不少教師會安排實驗，但是由于比較重視理論知識，所以實驗課時安排較少，而且大部分實驗屬于驗證性的，只是表明課本所述知識是正確的。

第三，學生創(chuàng)新性思維、創(chuàng)造性設計能力不足，遇到新的問題不知怎么去解決，說明在日常教學過程項目開發(fā)訓練不夠。

第四，課程考試基本上還是筆試閉卷的形式，只能反映學生對課堂講授的理論知識掌握或是記憶的情況，不能反映學生單片系統(tǒng)綜合運用能力。

總之，由于傳統(tǒng)課程教學重理論、輕實踐、考核形式單一導致學生實踐能力、創(chuàng)新能力不夠，必須探索課程改革，提高教學效果。

三、基于“工程應用系統(tǒng)化”的教學改革

基于工作過程的理實一體化項目教學法突破了傳統(tǒng)的教學模式，改變了傳統(tǒng)的三個中心，由以教師為中心轉變?yōu)橐詫W生為中心，由以課本為中心轉變?yōu)橐浴绊椖俊睘橹行?，由以課堂為中心轉變?yōu)橐詫嵺`操作為中心，具體的改革措施討論如下。

1.項目替代章節(jié)

培養(yǎng)學生的單片機應用能力，按書本一講到底不符合高職教育的要求。本課程的教學改革首先要打破章節(jié)的局限，以實際的項目為載體進行項目教學，把企業(yè)中實際的、常用的項目引入教學中，并且每一個項目都是一個完整的單片機應用系統(tǒng)開發(fā)設計過程。在項目教學法中，不同的項目體現不同的單片機應用知識點，用一個一個的項目把整個教學內容貫穿起來。隨著項目的不斷深入，學生對單片機的認識水平將逐漸提高，應用能力和編程能力也會越來越強。

項目的選擇及實現要注重以下幾個原則：

（1）由簡單到復雜，起初的項目可以非常簡單，比如LED點亮與熄滅控制，相對容易實現的項目在學習的初期就容易激發(fā)學生的學習興趣。隨著學習的深入，逐漸加大項目難度，到最后變成單片機綜合系統(tǒng)的設計。

印象深刻的是看電影時的情景。電影是在我們的禾場上放的。禾場邊上有兩個很深的洞，是專門用來放電影時插掛幕布的柱子的。沒電影放時，兩個洞用石塊填上。洞里常常住著一些小動物，我們常常用棍子去捅，一只蛤蟆跳出來了，又一只蛤蟆跳出來了，一會兒，滿地都是蛤蟆，大大小小，歡蹦亂跳。我們滿場子追逐蛤蟆，抓起蛤蟆與伙伴們“互扔”，完全不顧蛤蟆的感受及其死活，至今想來仍覺“罪過”……捅著捅著，有時突然捅出一條灰色的青色的或黑色的小蛇來，我們霎那魂飛魄散，一哄而散。

（2）緊跟單片機發(fā)展的主流驅勢，比方說單片機存儲器擴展，并行擴展這些技術已經基本不在使用，如果將此類項目選為教學內容，勢必會加重學生學習負擔，學生在走上工作崗位也會感覺到學非所用。項目選擇應當將企業(yè)一線使用的主流技術引入課堂教學當中，比方說數碼管動態(tài)顯示，數字電子鐘，步進電機控制等內容。

（3）對于綜合性項目選擇，應有利于創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，主要是讓學生解決未知問題，培養(yǎng)學生獨立解決問題的能力，引導其進行創(chuàng)新思考。

2.開發(fā)技術突破

單片機技術日新月異，教師在課堂教學過程中應不斷更新教學內容，當前迫切要進行的技術革新主要有以下兩個方面。

（1）C語言替代匯編語言。匯編程序設計語言具有占用存儲空間少，執(zhí)行速度快，可以實現精確硬件控制，但使用其編寫程序、軟件系統(tǒng)維護卻是十分困難的。同時，對于學生來說完全理解單片機存儲體系結構、記住100多條指令也是十分痛苦的。C語言是一種高級程序開發(fā)語言，具有編程簡單、維護方便、可移植性好、便于結構化程序設計等優(yōu)點。而且學生學習C語言要比學習匯編語言容易得多，所以引入C語言開發(fā)模式是單片機軟件開發(fā)的必然趨勢。

（2）ISP開發(fā)模式。傳統(tǒng)的開發(fā)模式主要有兩種，一種是采用仿真器開發(fā)模式，這種方式采用仿真器模擬單片機。在這種開發(fā)模式下可以任意修改程序，支持單步、中斷等多種調試方式，有利于開發(fā)過程的快速推進。但是仿真器價格昂貴，且穩(wěn)定性差，對實驗結果有一定的干擾，所以這種方式實際已較少使用。一種方式是采用直接“燒寫程序”的方式來進行的，這種方式是將程序編譯生成的目標文件直接燒到單片機中，然后再將單片機安裝到實驗板上，而且這種方式成本較低，但單片機反復拔插較為麻煩，且容易損傷單片機引腳。最理想的開發(fā)方式ISP（在線可編程）開發(fā)模式，只要在實驗板安裝ISP接口，再配有專用編程器即可實現在線更改程序的操作。該開發(fā)模式具有成本低、穩(wěn)定可靠、調試維護方便等優(yōu)點，所以教學過程應將當前流行的開發(fā)模式引入到課堂教學中來。

3.理實一體項目式教學

采用理實一體化項目教學有利于克服傳統(tǒng)教學以章節(jié)為序、重理論、輕實踐的教學模式帶來的教學困境。理實一體的項目式教學作為一種具有職業(yè)教育特色的教學方式，有助于開展基于工作過程的課程開發(fā)、優(yōu)化教學過程，并提高教學質量和效率，改變傳統(tǒng)的以驗證理論為目的的單片機實驗教學，使高職院校能夠根據崗位需求和經濟發(fā)展組織教學。這種項目化教學融教、學、做于一體，是符合高職學生認知規(guī)律的教學方法。理實一體化項目式教學實施需要硬件設施完善和軟件環(huán)境提升，其中包括建立綜合性實驗室，加強雙師型師資隊伍建設，以專業(yè)職業(yè)能力劃分教學內容，改革課程考核方式等一些具體措施。

（1）開展理實一體化項目式教學時，整個課程不再分理論課程與實訓課程，教師也不再分理論教師與實習教師，課程教學全部在實訓室中進行，講完必要的理論知識立刻進行實踐，教、學、做融為一體。因而，要實施這種教學方式，需要具備的基本物質條件之一就是要建設和完善相應的實訓室，并且實訓室要經常開放。如果現有實驗條件不能夠滿足教學需要可以借助專業(yè)軟件構建虛擬實驗室，目前較為完美的方案是Proteus、Keil、Altium design三個軟件組合構建單片機虛擬實驗室。

（2）實施理實一體化項目式教學，教師要打破傳統(tǒng)的灌輸式課堂教學方法和學科型教學體系的教學模式，以真實項目的工作過程、工作情境、專業(yè)知識、專業(yè)技能等，針對單片機不同部分的應用能力訓練，設計出不同的項目和工作任務，將產品生產過程融入項目中。這對教師本身的實踐能力和綜合素質有著嚴格的要求。因此，項目教學需要的教師不是純學者型、教學型的，而是通教學、懂生產、會管理的綜合型人才。既要有豐富的專業(yè)理論知識，又要有專業(yè)實踐能力和操作技能，還要有管理經營能力和市場科技信息意識。

（3）實施理實一體化項目式教學要打破傳統(tǒng)的以章節(jié)為序的教學模式，以專業(yè)職業(yè)能力將教學內容劃分成具體可實施的項目。項目選擇及劃分應遵循“以職業(yè)行為獲得知識”的認知規(guī)律，充分考慮應用產品開發(fā)等工作任務的實用性、典型性、可操作性以及可拓展性等因素，緊密結合自動化及電子工業(yè)的發(fā)展趨勢，依據本專業(yè)的職業(yè)能力要求精選并序化教學內容。在教學內容的構建過程中，注重情境性、科學性、人本性的平衡與互補，考慮知識點的合理分配和學習能力的循序漸進。

（4）建立“全程考核”的評學模式。為了有效、客觀地評估學生在理實一體類課程中的全面表現，需要在課程考核方面建立起一套完善的“全程考核”的評學模式。全程考核和評價學生的學習過程，包括課前資料的收集、工作過程記錄單的填寫、操作過程的規(guī)范性及團隊協(xié)作、項目的完成情況等。采用提問、觀察、評定、實測等方法形式，教師對項目小組評價、教師對學生個人評價與學生自我評價相結合，對學生的專業(yè)能力、方法能力和社會能力進行綜合評價。

四、基于“工作過程系統(tǒng)化”的教學改革成效

基于“工作過程系統(tǒng)化”單片機系列課程教學改革實施一年多來，學生學習興趣濃厚，技能訓練得到強化，單片機綜合開發(fā)能力顯著提高。

（1）在理實一體化項目教學中，每一項目既相互獨立，又緊密相連，循序漸進，在一段教學時間內，只把某一個項目或工作過程作為學習內容。當學生能較快地完成簡單項目，并將設計方法擴展到復雜項目時，他們會發(fā)現單片機課程“并不難”，進而產生濃厚的學習興趣。

（2）專業(yè)理論學習和技能操作訓練進行有機結合，技能訓練時間大大增加，學生有較多機會將專業(yè)理論知識與實際反復對照、加深理解，主動構建自我的知識體系，實踐技能形成較快。技能操作訓練與專業(yè)理論相對應，緊密銜接，實現了理論與實踐的密切結合，理性與感性認識的同步上升。

（3）工作過程系統(tǒng)化理實一體化項目教學，是以企業(yè)電子產品作為單片機課程的教學載體，將產品的設計制作過程與單片機的知識點有機結合組織教學內容，同時在單片機系統(tǒng)開發(fā)訓練過程我們不斷引進最新開發(fā)模式和最新開發(fā)工具，使其緊跟技術前沿。這樣的教學模式十分有利于提高學生單片機的綜合開發(fā)能力。

項目優(yōu)選幫助學生集中精力，關注實際應用，由簡單到復雜，使學生產生了濃厚的學習興趣；理實一體將專業(yè)理論學習和技能訓練有機地結合在一起，重在技術應用；以產品為載體，引入先進開發(fā)模式，提高了學生單片機系統(tǒng)綜合應用能力。

五、結 語

傳統(tǒng)單片機課程教學重理論、輕實踐、考核形式單一導致學生實踐能力、創(chuàng)新能力不夠?；凇肮ぷ鬟^程系統(tǒng)化”的單片機教學，以實際產品為載體的項目替代了單片機課本的章節(jié)，引入先進的開發(fā)模式和開發(fā)工具，開展理實一體化項目教學，強調了理論知識和實踐技能的結合，融“教、學、做”于一體。教學改革實施以來，學生學習興趣濃厚，技能訓練得到強化，單片機綜合開發(fā)能力顯著提高。

［1］李文華.單片機技術應用與系統(tǒng)開發(fā)［M］.大連：大連理工大學出版社，2008.

［2］曲衛(wèi)冬，王亞青.單片機課程理實一體項目式教學的探討［J］.中國電力教育，2010，（10）：56-57.

［3］代慧芳.基于工作過程的單片機項目化教學改革與實踐［J］.宿州學院學報，2010，（25）：104-106.