高職高專單片機(jī)課程改革探索

許燕萍 周 偉

（江蘇農(nóng)林職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 句容 212400）

單片機(jī)課程是高職高專電子信息、自動(dòng)化等專業(yè)的必修課，是一門(mén)實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，對(duì)學(xué)生解決問(wèn)題能力和工程思維能力的培養(yǎng)具有重要作用。高職高專院校的培養(yǎng)目標(biāo)是服務(wù)于生產(chǎn)一線的技能型人才，單片機(jī)課程要求學(xué)生掌握單片機(jī)基礎(chǔ)理論知識(shí)，并應(yīng)用于實(shí)踐，能夠完成單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)等工作。而傳統(tǒng)的單片機(jī)課程教學(xué)是先講解理論再進(jìn)行若干驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，且課程的多個(gè)章節(jié)、多個(gè)實(shí)驗(yàn)相對(duì)獨(dú)立，不能構(gòu)成一個(gè)完整的小項(xiàng)目，這種教學(xué)方式理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)聯(lián)系不緊密，往往難以達(dá)到應(yīng)有的目標(biāo)，只能使學(xué)生掌握基礎(chǔ)的理論知識(shí)，但如果要讓學(xué)生應(yīng)用所學(xué)的知識(shí)進(jìn)行具體的產(chǎn)品設(shè)計(jì)和項(xiàng)目開(kāi)發(fā)，絕對(duì)大多數(shù)學(xué)生就無(wú)從下手了，這樣培養(yǎng)的學(xué)生離企業(yè)的實(shí)際人才需求有一定的距離。于是我們對(duì)單片機(jī)課程進(jìn)行了一些改革，并取得了一定的成效。

1 基于CDIO工程教育模式的單片機(jī)教學(xué)改革探索

CDIO工程教育模式是近年來(lái)國(guó)際工程教育改革的最新成果，是一種先進(jìn)的人才培養(yǎng)模式與教育理念。CDIO代表構(gòu)思（Conceive）、設(shè)計(jì)（Design）、實(shí)施（Implement）和運(yùn)作（Operate），它以產(chǎn)品研發(fā)到產(chǎn)品運(yùn)行的生命周期為載體，讓學(xué)生以實(shí)踐的、主動(dòng)的、課程之間有機(jī)聯(lián)系的方式學(xué)習(xí)工程。CDIO是“做中學(xué)”原則和“基于項(xiàng)目的教育學(xué)習(xí)”的集中體現(xiàn)[1]。CDIO教育思想的核心內(nèi)容是將教學(xué)過(guò)程與工程實(shí)踐項(xiàng)目相結(jié)合，著重強(qiáng)調(diào)學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力與工程實(shí)踐能力，通過(guò)理論學(xué)習(xí)來(lái)解決工程實(shí)踐的問(wèn)題，也通過(guò)工程實(shí)踐的問(wèn)題強(qiáng)化理論學(xué)習(xí)內(nèi)容。教師在教學(xué)過(guò)程中運(yùn)用多種教學(xué)手段引導(dǎo)學(xué)生，將多門(mén)課程知識(shí)有機(jī)聯(lián)系起來(lái)，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性，邊實(shí)踐邊學(xué)習(xí)，使學(xué)生在“學(xué)中做、做中學(xué)”達(dá)到理論教學(xué)與工程實(shí)踐相輔相成的效果。

1.1 以項(xiàng)目為主導(dǎo)，完善課程的教學(xué)內(nèi)容

教學(xué)以項(xiàng)目為邏輯主線組織教學(xué)內(nèi)容，以項(xiàng)目為知識(shí)學(xué)習(xí)與技能訓(xùn)練的載體，以解決實(shí)際項(xiàng)目的思路和操作為教學(xué)主線，貫穿多個(gè)知識(shí)點(diǎn)，可以將總項(xiàng)目劃分為若干子項(xiàng)目，以任務(wù)驅(qū)動(dòng)的方式完成各子項(xiàng)目所設(shè)定的任務(wù)，用工作任務(wù)引領(lǐng)理論知識(shí)，使理論從屬于技能培養(yǎng)。教會(huì)學(xué)生如何完成項(xiàng)目，關(guān)注學(xué)生能做什么，而不是知道什么，通過(guò)完成項(xiàng)目來(lái)學(xué)習(xí)知識(shí)與技能。在項(xiàng)目的設(shè)計(jì)中要與職業(yè)崗位標(biāo)準(zhǔn)接軌，與企業(yè)合作，或來(lái)源于企業(yè)中的真實(shí)工作項(xiàng)目；在項(xiàng)目的組織上要基于工作過(guò)程，由低級(jí)到高級(jí)，由簡(jiǎn)單到綜合；在項(xiàng)目的操作上要認(rèn)真貫徹“構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)、運(yùn)作”四個(gè)環(huán)節(jié)，掌握項(xiàng)目生產(chǎn)的方法與能力。

設(shè)計(jì)的工程項(xiàng)目要包括必須掌握的知識(shí)點(diǎn)、基本技能以及單片機(jī)產(chǎn)品制作與調(diào)試等方面的內(nèi)容，通過(guò)項(xiàng)目將這些知識(shí)點(diǎn)有機(jī)聯(lián)系起來(lái)，同時(shí)在完成項(xiàng)目的過(guò)程中可以復(fù)習(xí)前面學(xué)過(guò)的基礎(chǔ)知識(shí)。例如以數(shù)字鐘的設(shè)計(jì)項(xiàng)目為例，可以把此項(xiàng)目分為以下幾個(gè)子項(xiàng)目：數(shù)碼管顯示設(shè)計(jì)、數(shù)碼管顯示輸出時(shí)分秒顯示設(shè)計(jì)、按鍵控制設(shè)計(jì)、倒計(jì)時(shí)設(shè)計(jì)。此項(xiàng)目涉及鍵盤(pán)和顯示、定時(shí)/計(jì)數(shù)器等知識(shí)點(diǎn)。項(xiàng)目確定后，對(duì)給定的項(xiàng)目進(jìn)行需求分析、引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行硬件電路和軟件程序設(shè)計(jì)、系統(tǒng)綜合調(diào)試，讓學(xué)生獨(dú)立或者團(tuán)隊(duì)合作來(lái)開(kāi)發(fā)完成該系統(tǒng)，使學(xué)生置身于實(shí)際的工作環(huán)境之中，利于學(xué)生掌握一個(gè)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程和由此所涉及的相關(guān)原理、知識(shí)以及解決問(wèn)題的思路和方法。學(xué)生完成了所有子項(xiàng)目的學(xué)習(xí)也就完成了各子項(xiàng)目的設(shè)計(jì)任務(wù)，整個(gè)教學(xué)是在項(xiàng)目的驅(qū)動(dòng)下完成的。這種方式能夠極大地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)潛力和學(xué)習(xí)興趣，鍛煉學(xué)生的工程實(shí)踐能力。

1.2 “做中學(xué)”理實(shí)一體化

“做中學(xué)”充分體現(xiàn)了學(xué)與做的結(jié)合，它使課堂里知識(shí)的獲得與工程實(shí)踐活動(dòng)聯(lián)系起來(lái)。以項(xiàng)目為載體分解成具體的任務(wù)，采用任務(wù)驅(qū)動(dòng)的方法進(jìn)行教學(xué)，理論與實(shí)踐融為一體，針對(duì)高職高專學(xué)生，理論知識(shí)以夠用為原則來(lái)進(jìn)行教學(xué)。在項(xiàng)目教學(xué)的過(guò)程中，根據(jù)子項(xiàng)目規(guī)劃的實(shí)踐內(nèi)容做到與理論教學(xué)同步，即許多模塊的教學(xué)內(nèi)容直接在單片機(jī)實(shí)訓(xùn)室進(jìn)行，課堂上采用多功能單片機(jī)實(shí)驗(yàn)板，此實(shí)驗(yàn)板不僅可以完成發(fā)光二極管、數(shù)碼管、按鍵開(kāi)關(guān)、蜂鳴器、液晶顯示等多個(gè)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)，還可以通過(guò)預(yù)留接口擴(kuò)展多個(gè)外部設(shè)備，完成直流電機(jī)控制、步進(jìn)電機(jī)控制、紅外線實(shí)驗(yàn)、溫度檢測(cè)等。課前，將學(xué)習(xí)板原理圖發(fā)放給學(xué)生，老師一邊講授，學(xué)生一邊動(dòng)手練習(xí)，生動(dòng)直觀，促進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)和理解，這樣比在課堂上重復(fù)講解程序的效果好很多。例如在“數(shù)碼管顯示控制”項(xiàng)目中，先從讓一個(gè)數(shù)碼管循環(huán)顯示0-9十個(gè)數(shù)字開(kāi)始，到讓6個(gè)數(shù)碼管顯示“123456”，再到00-99秒表的設(shè)計(jì)，循序漸進(jìn)，引導(dǎo)學(xué)生不斷思考，隨著任務(wù)難度的逐步加大，學(xué)生的好奇心增強(qiáng)，不斷地嘗試完成這些任務(wù)，在這一過(guò)程中就由被動(dòng)的接受知識(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)探索解決問(wèn)題。

在項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中，學(xué)生在做中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，讓學(xué)生通過(guò)上網(wǎng)查閱或者去圖書(shū)館查閱相關(guān)資料，最后難以解決的問(wèn)題由老師指導(dǎo)，充分發(fā)揮學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，盡量促使學(xué)生能自主解決問(wèn)題、完成項(xiàng)目任務(wù)。

2 基于C語(yǔ)言的單片機(jī)教學(xué)

單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)，既可以采用匯編語(yǔ)言，也可以采用C語(yǔ)言。C語(yǔ)言相比于匯編語(yǔ)言，具有良好的可讀性，可移植性。在之前的教學(xué)中我們都采用匯編語(yǔ)言來(lái)編寫(xiě)程序，但在單片機(jī)的實(shí)際開(kāi)發(fā)中，由于應(yīng)用系統(tǒng)的規(guī)模較大，程序設(shè)計(jì)人員更多地是采用C語(yǔ)言進(jìn)行程序設(shè)計(jì)。采用C語(yǔ)言編寫(xiě)程序，編譯器能自動(dòng)完成變量存儲(chǔ)單元的分配，編程者只需要簡(jiǎn)單了解單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)，使編程者可以更多地專注于應(yīng)用程序的邏輯思想，并且C語(yǔ)言中有豐富的函數(shù)，編程者可以利用已有的函數(shù)，大大降低編程者的工作負(fù)擔(dān)，所以我們?cè)诮虒W(xué)中，采用C語(yǔ)言編程，將學(xué)生從單片機(jī)復(fù)雜的硬件結(jié)構(gòu)中解放出來(lái)，側(cè)重高職高專院校學(xué)生技能和動(dòng)手能力的鍛煉，掌握C語(yǔ)言的程序設(shè)計(jì)方法，對(duì)單片機(jī)開(kāi)發(fā)能力的提升有很大幫助。此外，在開(kāi)設(shè)單片機(jī)課程之前，已開(kāi)設(shè)過(guò)C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)課程，學(xué)生對(duì)C語(yǔ)言已有基礎(chǔ)，利于理解和掌握單片機(jī)知識(shí)。

3 “虛實(shí)”結(jié)合的教學(xué)方法

在單片機(jī)教學(xué)過(guò)程中采用“虛實(shí)”結(jié)合的教學(xué)方法，即在教學(xué)過(guò)程中既要進(jìn)行虛擬仿真又要進(jìn)行硬件電路實(shí)訓(xùn)。

下面介紹一下進(jìn)行虛擬仿真教學(xué)用到的兩個(gè)軟件：Keil和Proteus。

Keil C51軟件是美國(guó)Keil Software公司出品的51系列兼容單片機(jī)C語(yǔ)言軟件開(kāi)發(fā)系統(tǒng)，它提供了豐富的庫(kù)函數(shù)，生成目標(biāo)代碼效率高。

Proteus軟件是英國(guó)Labcenter electronics公司推出的，是一款EDA工具軟件，它不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機(jī)及外圍器件。在編譯方面，能支持Keil、IAR等多種編譯。

把Keil軟件和Proteus軟件結(jié)合起來(lái)，在Keil中編寫(xiě)源程序，編譯生成HEX文件，把此Hex文件加載到Proteus硬件電路圖的單片機(jī)中，可得到直觀的演示。通過(guò)Proteus和Keil軟件進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，只需要一臺(tái)計(jì)算機(jī)，隨時(shí)可以搭建一個(gè)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)，完成單片機(jī)硬件設(shè)計(jì)到軟件設(shè)計(jì)調(diào)試的全過(guò)程，可以不受課堂學(xué)時(shí)的限制，不怕實(shí)驗(yàn)儀器損壞，學(xué)生有更多的訓(xùn)練機(jī)會(huì)，有利于加深抽象概念的理解，提高了教學(xué)效果，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，同時(shí)也省了成本，提高了效率。

但不能完全用虛擬仿真來(lái)代替硬件電路實(shí)訓(xùn)，因?yàn)閷?shí)際硬件電路實(shí)訓(xùn)對(duì)訓(xùn)練學(xué)生的動(dòng)手能力、故障診斷與分析能力及綜合能力有著不可替代的作用，再完善的模擬仿真對(duì)于真實(shí)的電路還不能做到百分之百的準(zhǔn)確性，不能保證在實(shí)際電路的運(yùn)行過(guò)程中不出問(wèn)題，而解決出現(xiàn)的問(wèn)題是訓(xùn)練學(xué)生能力的重要途徑，并且硬件電路實(shí)訓(xùn)可以加深學(xué)生對(duì)元器件、外圍電路的認(rèn)識(shí)，還可以訓(xùn)練學(xué)生焊接或接線能力，如果電路設(shè)計(jì)成功，學(xué)生看到自己的成果實(shí)際運(yùn)行，可以激發(fā)學(xué)生的興趣和成就感，使得學(xué)生能夠積極主動(dòng)的學(xué)習(xí)，以及產(chǎn)生深刻的記憶。實(shí)際工程項(xiàng)目的研究，可以先在軟件環(huán)境中模擬仿真通過(guò)，再進(jìn)行硬件的投入，讓學(xué)生了解如何將仿真軟件和具體的工程實(shí)踐結(jié)合起來(lái)。

所以，在單片機(jī)教學(xué)過(guò)程中合理的將虛擬仿真和硬件實(shí)訓(xùn)相結(jié)合，能夠?qū)纹瑱C(jī)教學(xué)提供有效的幫助。

4 考核方式的改進(jìn)

學(xué)生的考核原則是注重學(xué)生的操作能力、過(guò)程學(xué)習(xí)、學(xué)習(xí)實(shí)效，端正學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。而傳統(tǒng)的考核通常是由任課教師以試卷考試的形式對(duì)學(xué)生進(jìn)行考核，學(xué)生的考核成績(jī)由平時(shí)成績(jī)和卷面成績(jī)按照若干比例構(gòu)成。這種考核方式側(cè)重于基礎(chǔ)知識(shí)的獲取，很難對(duì)學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力做出客觀的評(píng)價(jià)，造成學(xué)生以應(yīng)試為目的、死記硬背書(shū)本知識(shí)點(diǎn)的局面，還有部分學(xué)生寄希望于期末考試作弊上。為了確保考核方式的合理性、公平性和有效性，對(duì)專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)的評(píng)價(jià)可以通過(guò)筆試進(jìn)行，檢驗(yàn)學(xué)生對(duì)單片機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)的掌握情況，筆試成績(jī)只占總成績(jī)的20%-30%。過(guò)程性考核貫穿于課程的整個(gè)過(guò)程，占總成績(jī)的70%-80%，在項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中對(duì)學(xué)生的知識(shí)點(diǎn)的掌握，各項(xiàng)能力作客觀評(píng)價(jià)。并且將學(xué)生的出勤情況、課堂討論表現(xiàn)、產(chǎn)品構(gòu)思設(shè)計(jì)、創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、實(shí)物制作能力、論文發(fā)表情況、項(xiàng)目設(shè)計(jì)匯報(bào)表現(xiàn)、項(xiàng)目資料整理等作為過(guò)程性考核的參考依據(jù)，通過(guò)綜合評(píng)判給出考核成績(jī)。

這種考核方式利于引導(dǎo)學(xué)生既要認(rèn)真學(xué)習(xí)專業(yè)知識(shí)又要注重鍛煉工程實(shí)踐動(dòng)手能力，從而提高了自身的綜合素質(zhì)。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)教學(xué)改革實(shí)踐，培養(yǎng)了學(xué)生對(duì)單片機(jī)的學(xué)習(xí)興趣，調(diào)動(dòng)了學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的積極性，提高了教學(xué)效率和教學(xué)質(zhì)量。我校學(xué)生在2013中國(guó)機(jī)器人大賽中獲一等獎(jiǎng)一組、二等獎(jiǎng)一組，在2014中國(guó)機(jī)器人大賽中獲一等獎(jiǎng)一組、二等獎(jiǎng)二組、三等獎(jiǎng)二組。當(dāng)然，改革是一個(gè)長(zhǎng)期的過(guò)程，需要不斷積累經(jīng)驗(yàn)、探索完善，拓展知識(shí)結(jié)構(gòu)，加強(qiáng)科學(xué)研究，并把科研成果在教學(xué)中得到體現(xiàn)，需要教師不斷的改進(jìn)教學(xué)方法，提高教學(xué)效果，使學(xué)生在知識(shí)的掌握與實(shí)踐能力的提升方面更多地收益。

［1］蕢秀惠.“CDIO”模式下單片機(jī)課程改革探索[J].寧波職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào),2010(6)：35-43.

［2］張翼成,劉美,王濤.CDIO模式下“單片機(jī)原理及應(yīng)用”課程教學(xué)改革[J].計(jì)算機(jī)教育,2012(12)：90-93.

［3］樊志遠(yuǎn),熊興隆.CDIO模式下 CPLD課程教學(xué)改革的探索和實(shí)踐[J].產(chǎn)業(yè)與科技論壇,2012(12)：148-149.