單片機(jī)理實(shí)一體化教學(xué)的探索與優(yōu)化

張守峰

（淮安信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇淮安 223003）

一、引言

《單片機(jī)原理與應(yīng)用課程》在電子、通信、計(jì)算機(jī)、檢測(cè)、機(jī)電一體化與自動(dòng)控制等專業(yè)占很重要地位。理論知識(shí)主要包括單片機(jī)結(jié)構(gòu)與引腳功能、存儲(chǔ)空間、編程語(yǔ)言、中斷與定時(shí)器、鍵盤應(yīng)用及顯示系統(tǒng)等，教學(xué)知識(shí)點(diǎn)多，定義和概念抽象；實(shí)踐能力要求綜合性強(qiáng)，涉及電路原理圖運(yùn)用、電子元件識(shí)別與選擇、仿真電路設(shè)計(jì)和程序設(shè)計(jì)及調(diào)試。

高職學(xué)生大多基礎(chǔ)知識(shí)薄弱，課堂講授內(nèi)容接受有限，跟不上教師講課的節(jié)奏，感覺(jué)單片機(jī)課程難入門，從而導(dǎo)致學(xué)習(xí)興趣不高，容易產(chǎn)生厭學(xué)情緒，而我國(guó)經(jīng)濟(jì)模式的發(fā)展對(duì)高職學(xué)生實(shí)踐能力及創(chuàng)新精神的要求越來(lái)越高。針對(duì)這種情況，為了提高學(xué)生對(duì)單片機(jī)的學(xué)習(xí)興趣與教學(xué)效果，教師采取的教學(xué)方法從原來(lái)的先理論后實(shí)驗(yàn)，到模塊化教學(xué)、項(xiàng)目化教學(xué)、工作過(guò)程導(dǎo)向教學(xué)和理實(shí)一體化教學(xué)，高職院校根據(jù)教學(xué)效果不斷改進(jìn)。而理實(shí)一體化教學(xué)其根本目的是倡導(dǎo)學(xué)生為主體，教師引導(dǎo)，結(jié)合崗位情況，教、學(xué)、做一體化，提高學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)學(xué)生理論與實(shí)踐的融合能力。從我院機(jī)電一體化專業(yè)單片機(jī)理實(shí)一體化教學(xué)改革情況看，取得了明顯效果。

二、理實(shí)一體化教學(xué)基本條件

（一）教學(xué)依據(jù)。高職院校單片機(jī)教學(xué)設(shè)計(jì)必須以企業(yè)要求為依據(jù)，結(jié)合學(xué)生實(shí)際情況，運(yùn)用理實(shí)一體化教學(xué)模式培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力。根據(jù)單片機(jī)工作崗位就業(yè)描述，要求學(xué)生熟悉電子技術(shù)、單片機(jī)接口電路并看懂原理圖，熟悉常用電子、自動(dòng)化等器件和設(shè)備，能夠使用Protel等PCB設(shè)計(jì)軟件，能夠運(yùn)用C語(yǔ)言或匯編語(yǔ)言編程調(diào)試，有良好自學(xué)能力，具有一定技術(shù)協(xié)調(diào)或管理能力，有團(tuán)隊(duì)合作精神。

（二）硬件條件。單片機(jī)學(xué)習(xí)實(shí)踐性很強(qiáng)，理實(shí)一體化教學(xué)模式把實(shí)訓(xùn)室作為教學(xué)主要場(chǎng)地，在學(xué)習(xí)理論的時(shí)候隨時(shí)進(jìn)行實(shí)踐操作，兩者相互印證，相互加強(qiáng)。因此，良好的硬件配置相當(dāng)重要，是單片機(jī)理實(shí)一體化教學(xué)模式成功的前提條件。大多高等職業(yè)院校班級(jí)學(xué)生人數(shù)40人左右，故實(shí)訓(xùn)室面積應(yīng)不低于60平方米，其中不少于20平方米學(xué)生討論區(qū)，放置適當(dāng)?shù)淖酪喂W(xué)生理論學(xué)習(xí)與分組交流討論，若條件允許，可另外布置單片機(jī)相關(guān)器件（如各種傳感器、常用電子器件與焊接工具及耗材等）和書籍存放區(qū)域。為了保證學(xué)生獨(dú)立操作與設(shè)備良好率，需配備電腦及對(duì)應(yīng)配套單片機(jī)實(shí)驗(yàn)綜合裝置不低于45臺(tái)；為了盡可能提高理論教學(xué)課堂容量，多媒體教學(xué)設(shè)備應(yīng)相對(duì)齊全。

（三）教師素質(zhì)。理實(shí)一體化教學(xué)模式的核心是雙師素質(zhì)的教師，根據(jù)高職院校實(shí)際情況，平均每?jī)蓚€(gè)班至少配置一位雙師素質(zhì)的教師。從理論內(nèi)容上講，教師既要熟悉電子技術(shù)，又要精通單片機(jī)軟硬件知識(shí)及電路設(shè)計(jì)與仿真，還要掌握相關(guān)通信技術(shù)與控制技術(shù)；從實(shí)踐操作上講，教師要有一定制作PCB板能力，還要能夠熟練運(yùn)用C語(yǔ)言或匯編語(yǔ)言進(jìn)行單片機(jī)編程與調(diào)試，更要能夠進(jìn)行常用傳感器檢測(cè)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)、儀表顯示等單片機(jī)設(shè)計(jì)。因此，對(duì)單片機(jī)課程的教師雙師素質(zhì)要求比較高，綜合能力比較強(qiáng)。要建設(shè)單片機(jī)雙師素質(zhì)的師資隊(duì)伍，可以從以下幾個(gè)方面進(jìn)行，一是傳統(tǒng)的“傳、幫、帶”方式，是最有效而且最可行的年輕教師培養(yǎng)途徑；二是組織專業(yè)教師到力量雄厚的單片機(jī)培訓(xùn)機(jī)構(gòu)進(jìn)行學(xué)習(xí)和實(shí)際訓(xùn)練，系統(tǒng)地將單片機(jī)理論與實(shí)踐結(jié)合；三是加強(qiáng)校外培訓(xùn)，組織專業(yè)教師到單片機(jī)開發(fā)研究公司脫崗工作，參與企業(yè)研發(fā)，從企業(yè)運(yùn)營(yíng)角度來(lái)提升教師對(duì)單片機(jī)教學(xué)的認(rèn)識(shí)。

（四）教學(xué)內(nèi)容選取。由于單片機(jī)課程涉及電子、通信、計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制和機(jī)電一體化等專業(yè)領(lǐng)域，因此除單片機(jī)結(jié)構(gòu)、原理和程序設(shè)計(jì)外，其應(yīng)用方向又各有側(cè)重點(diǎn)，則對(duì)應(yīng)在教學(xué)內(nèi)容選取上有所差異。我院機(jī)電一體化專業(yè)教學(xué)內(nèi)容選取如下，熟悉單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)，熟練使用電路設(shè)計(jì)與仿真軟件，掌握中斷、定時(shí)器、鍵盤和顯示原理，能夠設(shè)計(jì)單片機(jī)溫度檢測(cè)與控制系統(tǒng)、步進(jìn)電機(jī)與伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)程序、儀器儀表數(shù)碼管與LCD顯示程序、觸摸屏控制系統(tǒng)及逆變器控制系統(tǒng)。

三、理實(shí)一體化教學(xué)實(shí)施過(guò)程

單片機(jī)理實(shí)一體化教學(xué)方案設(shè)計(jì)，一般包括教學(xué)大綱、授課計(jì)劃、教學(xué)組織、教學(xué)考核等，教學(xué)過(guò)程包括準(zhǔn)備與組織、講解與示范、布置任務(wù)、指導(dǎo)和總結(jié)幾個(gè)步驟。

（一）以學(xué)生為主體，分組學(xué)習(xí)，激發(fā)學(xué)生自學(xué)能力與團(tuán)隊(duì)合作精神。首先改變學(xué)生由注重記憶和理解的應(yīng)試到以職業(yè)應(yīng)用為核心的學(xué)習(xí)方向，提高理論知識(shí)與實(shí)踐應(yīng)用的能力。其次以班級(jí)為單位授課形式的最大局限就是難以適應(yīng)學(xué)生的差異性，而現(xiàn)代職業(yè)教育要求面向全體，注重創(chuàng)新，強(qiáng)調(diào)參與的個(gè)體發(fā)展，具備團(tuán)體協(xié)作精神。因此一般以宿舍為單位進(jìn)行分組，自行推選組長(zhǎng)，分組學(xué)習(xí)、實(shí)踐、交流與討論。每組大多有筆記本電腦兩臺(tái)，單片機(jī)開發(fā)板一套，常配萬(wàn)用表、焊接工具及相關(guān)材料。在教學(xué)過(guò)程中，每組獨(dú)立設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)單元PPT，輪流進(jìn)行課堂匯報(bào)，培養(yǎng)口語(yǔ)表達(dá)能力、邏輯思維能力與優(yōu)美的儀表儀態(tài)，培養(yǎng)獨(dú)立個(gè)體所具有的心智能力和主觀能動(dòng)性。教師講解單片機(jī)學(xué)習(xí)單元理論知識(shí)后，小組交流，鼓勵(lì)參與，分享個(gè)人認(rèn)識(shí)，共同提高。單片機(jī)教學(xué)不能僅靠教師課堂教學(xué)，更需要學(xué)生以小組為單位利用開發(fā)板實(shí)踐操作。因此教師布置單元任務(wù)后，學(xué)生課堂上獨(dú)立完成電路設(shè)計(jì)，根據(jù)流程圖完成簡(jiǎn)單子程序設(shè)計(jì)，課下以組長(zhǎng)為中心，完成單元任務(wù)程序設(shè)計(jì)和調(diào)試。這樣既能培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立自主探究式的學(xué)習(xí)能力，又能培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)合作精神，讓學(xué)生真正成為單片機(jī)教學(xué)的主體，成為教學(xué)的主人。事實(shí)表明高職畢業(yè)生將在企業(yè)工作中面臨許多新的情況，只有加強(qiáng)學(xué)生的主動(dòng)性，授人以漁，才能為學(xué)生的發(fā)展提供更強(qiáng)大的動(dòng)力。

（二）以項(xiàng)目為載體，完成理實(shí)一體化的實(shí)施。以項(xiàng)目單元任務(wù)為驅(qū)動(dòng)，將理論與實(shí)踐有機(jī)結(jié)合，使學(xué)生在完成單元項(xiàng)目任務(wù)的過(guò)程中掌握知識(shí)和技能。打破教材的章節(jié)次序，根據(jù)企業(yè)崗位能力要求設(shè)置項(xiàng)目，把知識(shí)點(diǎn)按照單元任務(wù)需要整合起來(lái)，以最有效的方式達(dá)到教學(xué)效果的最優(yōu)化。項(xiàng)目制定應(yīng)該根據(jù)學(xué)生接受規(guī)律由淺入深，所含理論知識(shí)以夠用為原則，

表1 單片機(jī)理實(shí)一體化教學(xué)項(xiàng)目設(shè)置

實(shí)踐操作能力以深化為原則。單片機(jī)理實(shí)一體化中項(xiàng)目設(shè)置分為基礎(chǔ)項(xiàng)目和專業(yè)項(xiàng)目，基礎(chǔ)項(xiàng)目面向所有專業(yè)學(xué)生，面向所有層次學(xué)生，注重單片機(jī)理論知識(shí)學(xué)習(xí)與基本能力培養(yǎng)；專業(yè)項(xiàng)目面向機(jī)電一體化類專業(yè)學(xué)生，培養(yǎng)本專業(yè)相關(guān)單片機(jī)應(yīng)用能力，項(xiàng)目設(shè)計(jì)與主要內(nèi)容如表1所示。以步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)來(lái)分析實(shí)施的流程，首先教師進(jìn)行項(xiàng)目任務(wù)分析，學(xué)生提前查閱的步進(jìn)電機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)以PPT形式匯報(bào)，然后分組討論，進(jìn)行完善補(bǔ)充。教師對(duì)工作原理點(diǎn)評(píng)，根據(jù)步進(jìn)電機(jī)工作與脈沖關(guān)系，分析單片機(jī)與步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制關(guān)系。講解整個(gè)項(xiàng)目設(shè)計(jì)，由組長(zhǎng)進(jìn)行分工，分別進(jìn)行相關(guān)原理圖解讀，電路仿真設(shè)計(jì)，硬件電路連接，完成子程序流程圖設(shè)計(jì)，步進(jìn)電機(jī)四相四拍驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)與調(diào)試。最后課下由小組共同完成由鍵盤控制的步進(jìn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)，填寫項(xiàng)目報(bào)告。

（三）以過(guò)程考核為主，弱化期末理論考試。單片機(jī)傳統(tǒng)教學(xué)模式的優(yōu)勢(shì)在于理論知識(shí)的全面，因此考核形式上偏重于期末考試，而理實(shí)一體化教學(xué)是在傳統(tǒng)教學(xué)模式基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)，側(cè)重于應(yīng)用能力培養(yǎng)。單片機(jī)理實(shí)一體化教學(xué)總評(píng)成績(jī)由平時(shí)成績(jī)（20%）、過(guò)程考核成績(jī)（50%）與期末成績(jī)（30%）構(gòu)成，平時(shí)成績(jī)參照企業(yè)日常工作考勤管理制度，對(duì)學(xué)生遲到、早退、請(qǐng)假及曠課等做相應(yīng)處理，過(guò)程考核成績(jī)由十個(gè)單片機(jī)項(xiàng)目能力成績(jī)確定，根據(jù)項(xiàng)目中電路設(shè)計(jì)、程序設(shè)計(jì)與調(diào)試完成的效果分為ABC三個(gè)檔次，期末成績(jī)主要考核理論基礎(chǔ)知識(shí)。

四、理實(shí)一體化教學(xué)優(yōu)化

（一）師資優(yōu)化。一般高職院校高級(jí)職稱專業(yè)教師數(shù)量不足，特別是有較高專業(yè)知識(shí)與技能的更少。在我院機(jī)電一體化單片機(jī)理實(shí)一體化教學(xué)改革中，大約每屆10個(gè)班級(jí)，每班40個(gè)學(xué)生，任課教師中高級(jí)職稱且有工廠經(jīng)歷的1人，中級(jí)職稱4人，企業(yè)人員1人，通常在理實(shí)一體化項(xiàng)目課堂教學(xué)實(shí)施過(guò)程中，師生比為1:25左右。實(shí)踐指導(dǎo)中常顧此失彼，不能充分輔導(dǎo)學(xué)生，今后將把課堂教學(xué)師生比提高到1:15左右。因此從三個(gè)方向進(jìn)行單片機(jī)課程師資培養(yǎng)，一是提高單片機(jī)專業(yè)教師高級(jí)職稱數(shù)目，爭(zhēng)取以科研水平的提高帶動(dòng)教學(xué)效果；二是增加專業(yè)教師企業(yè)實(shí)踐經(jīng)歷與時(shí)間，提高創(chuàng)新意識(shí)與能力；三是通過(guò)“傳幫帶”方法增加單片機(jī)專業(yè)教師數(shù)目，同時(shí)引入1名企業(yè)人員作為專職實(shí)驗(yàn)員。

（二）教學(xué)對(duì)象優(yōu)化。職業(yè)院校培養(yǎng)人才是對(duì)應(yīng)企業(yè)相應(yīng)的工作崗位，教學(xué)目標(biāo)和考核標(biāo)準(zhǔn)理應(yīng)參照企業(yè)運(yùn)營(yíng)方式，但是兩者不可能保持完全一致。這是因?yàn)槠髽I(yè)產(chǎn)品是單一功能，而高職院校學(xué)生需面向不同的企業(yè)，各個(gè)企業(yè)因?yàn)楫a(chǎn)品不同而對(duì)員工側(cè)重點(diǎn)要求有所差異；企業(yè)產(chǎn)品只有合格與廢品，而職業(yè)院?？己藢W(xué)生則以等級(jí)或分?jǐn)?shù)來(lái)衡量。因此，在教學(xué)過(guò)程中要根據(jù)學(xué)生實(shí)際情況，將來(lái)具體崗位要求（如技術(shù)研發(fā)、設(shè)備維護(hù)、市場(chǎng)銷售、產(chǎn)品生產(chǎn)、質(zhì)檢等），進(jìn)行分層教學(xué)，因材施教。對(duì)表現(xiàn)優(yōu)秀的學(xué)生按照技術(shù)研發(fā)的崗位要求培養(yǎng)，側(cè)重于項(xiàng)目分析與總體設(shè)計(jì)，程序編寫與調(diào)試，而其它學(xué)生要求掌握單片機(jī)理論基礎(chǔ)知識(shí)，電路設(shè)計(jì)與仿真，項(xiàng)目PPT設(shè)計(jì)與匯報(bào)。

（三）教學(xué)形式優(yōu)化。不論傳統(tǒng)教學(xué)模式還是各種改革的教學(xué)模式，教學(xué)框架基本不會(huì)突破理論與實(shí)踐。而我系單片機(jī)理實(shí)一體化教學(xué)在此基礎(chǔ)上，面向技術(shù)研發(fā)層次，組織單片機(jī)學(xué)科競(jìng)賽，鼓勵(lì)學(xué)生參加單片機(jī)相關(guān)國(guó)家競(jìng)賽，申報(bào)大學(xué)生創(chuàng)新課題，參與教師科研項(xiàng)目，這些都納入教學(xué)考核結(jié)果。

五、理實(shí)一體化教學(xué)總結(jié)

單片機(jī)理實(shí)一體化教學(xué)模式最大優(yōu)點(diǎn)是學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性，根據(jù)自己的興趣和能力選擇學(xué)習(xí)方向和展示機(jī)會(huì)，有效地促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)新能力。根據(jù)企業(yè)不同崗位要求與高職院校實(shí)際情況出發(fā)，單片機(jī)教學(xué)中注重基礎(chǔ)理論知識(shí)，側(cè)重于實(shí)踐能力培養(yǎng)，采樣項(xiàng)目任務(wù)，分組分工，改革考核方法，引入學(xué)科競(jìng)賽、學(xué)生創(chuàng)新與科研參與，使不同層次學(xué)生都積極參與，同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)能力和團(tuán)隊(duì)精神。

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