理實一體化教學(xué)模式在單片機(jī)課程中的應(yīng)用

戴劍

摘要：闡述單片機(jī)課程的理實一體化教學(xué)模式，以單片機(jī)為控制核心實現(xiàn)數(shù)控機(jī)床各種功能，將傳統(tǒng)教材的知識點進(jìn)行重構(gòu)，以項目導(dǎo)向法進(jìn)行教學(xué)設(shè)計，使學(xué)生在做中學(xué)，學(xué)中做。

關(guān)鍵詞：理實一體化；單片機(jī)；項目導(dǎo)向法

中圖分類號：G4

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

doi：10.19311/j.cnki.16723198.2017.17.094

1單片機(jī)課程教學(xué)現(xiàn)狀分析

單片機(jī)是一種小型MCU，常用于儀器儀表智能化、機(jī)電一體化設(shè)備自動控制，家用電器自動化方面，是智能設(shè)備控制系統(tǒng)的核心部件。是機(jī)電、自動化專業(yè)必修的專業(yè)課程。

單片機(jī)課程是實踐性非常強(qiáng)課程，并且其前導(dǎo)課程涉及的基礎(chǔ)知識廣泛，一般有《電工電子技術(shù)》、《傳感器技術(shù)》、《PCB設(shè)計與制作》、《C語言基礎(chǔ)》等課程。單片機(jī)技術(shù)系統(tǒng)性、應(yīng)用型較強(qiáng)，對學(xué)生邏輯思維能力有一定要求，又是軟、硬件結(jié)合，采取傳統(tǒng)課堂理論教學(xué)方式顯然是無法達(dá)到教學(xué)目標(biāo)的。

隨著高職教育的普及，職業(yè)院校的生源質(zhì)量有所下降，大部分學(xué)生數(shù)學(xué)基礎(chǔ)差，邏輯思維能力不強(qiáng)，并且在學(xué)習(xí)過程中不適應(yīng)傳統(tǒng)課堂教學(xué)方式。

目前，大部分開設(shè)單片機(jī)課程的院校對單片機(jī)課程的教學(xué)是以課堂理論教學(xué)為主，以實驗箱的實驗為輔助，按照實驗箱中的指導(dǎo)手冊做驗證性實驗。學(xué)生按照指導(dǎo)書上的步驟進(jìn)行實驗，盲目的觀察實驗現(xiàn)象，對整體的系統(tǒng)構(gòu)架不理解，一旦脫離了試驗箱，獨立進(jìn)行應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計時，學(xué)生往往不知所措，不知道從哪里入手。這種以課堂理論教學(xué)為主，單獨靠幾個固定實驗進(jìn)行實踐訓(xùn)練的教學(xué)方式顯然也是無法達(dá)到教學(xué)目標(biāo)的。

2理實一體化教學(xué)模式應(yīng)用的可行性

“理實一體化”教學(xué)模式是運用現(xiàn)代化的教育技術(shù)手段，打破傳統(tǒng)的授課方式，將理論、實驗、實訓(xùn)等教學(xué)內(nèi)容整合在一起，教室、實驗室與實訓(xùn)室融為一體。在一個課堂內(nèi)完成理論知識與實踐技能的傳授，以技能訓(xùn)練為核心，融知識傳授、能力培養(yǎng)、素質(zhì)教育于一體的全新教學(xué)模式。

“理實一體化”教學(xué)模式突破了以往理論與實踐相脫節(jié)的現(xiàn)象，教學(xué)環(huán)節(jié)相對集中。它強(qiáng)調(diào)充分發(fā)揮教師的主導(dǎo)作用，通過設(shè)定教學(xué)任務(wù)和教學(xué)目標(biāo)，讓師生雙方邊教、邊學(xué)、邊做，突出學(xué)生動手能力和專業(yè)技能的培養(yǎng)，充分調(diào)動和激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，豐富課堂教學(xué)和實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，提高教學(xué)質(zhì)量。

高職教育的培養(yǎng)目標(biāo)是以培養(yǎng)技術(shù)應(yīng)用能力為主，理論適度，重點培養(yǎng)學(xué)生的基本實踐能力與操作技能，從而進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生的綜合實踐能力與綜合技能。職業(yè)學(xué)校的學(xué)生動手能力和感性思維能力較強(qiáng)，非常適合采用“理實一體化”教學(xué)模式。

3理實一體化教學(xué)模式的應(yīng)用

3.1教學(xué)設(shè)計

通過企業(yè)調(diào)研，我們得到單片機(jī)系統(tǒng)開發(fā)的典型工作任務(wù)，結(jié)合我院機(jī)電一體化技術(shù)專業(yè)的專業(yè)核心課程《數(shù)控機(jī)床操作與編程》，選取利用單片機(jī)進(jìn)行簡易數(shù)控系統(tǒng)的完整設(shè)計作為課程的教學(xué)項目。同時結(jié)合《單片機(jī)開發(fā)與應(yīng)用工程師》崗位職業(yè)資格證書的要求，理論教學(xué)本著“實用為主、夠為度”的原則，實踐教學(xué)本著“能力本位、逐層遞進(jìn)”的原則，堅持“以職業(yè)能力培養(yǎng)”為核心，以實際工作項目為驅(qū)動，將部分內(nèi)容相互融合交叉，注重教學(xué)過程設(shè)計。將整個課程分為五個項目，十二個學(xué)習(xí)情境，每個項目都有明確的能力目標(biāo).每一個學(xué)習(xí)情境都足一個完整的工作過程。學(xué)生完成學(xué)習(xí)后，既可以使學(xué)生掌握單片機(jī)系統(tǒng)開發(fā)的主要內(nèi)容，又可以使學(xué)生深入理解數(shù)控機(jī)床控制系統(tǒng)的運行原理。

3.2實施步驟

理實一體化教學(xué)一般采用項目導(dǎo)向法，項目導(dǎo)向法是一種高效的教學(xué)方法，以教師為主導(dǎo)、學(xué)生為主體，以一個完整的項目工作為教學(xué)內(nèi)容，重構(gòu)原有教材的教學(xué)內(nèi)容，以項目為載體，以職業(yè)能力的培養(yǎng)為目標(biāo)的系統(tǒng)化教學(xué)方法。具體實施過程如下：

（1）項目分析：教師介紹項目背景，提出項目要求和具體功能指標(biāo)，同時簡要講解本項目相關(guān)的單片機(jī)知識點，幫助學(xué)生初步理解項目，使學(xué)生明白要做什么。學(xué)生收集資料，調(diào)查項目需求，分析項目的可實施性。

（2）制定計劃：教師對學(xué)生進(jìn)行分組，每組3-5人。學(xué)生將項目分成多個任務(wù)，并根據(jù)每項工作任務(wù)的要求，制定具體的實施方案，制作詳細(xì)的項目指導(dǎo)書。

（3）項目實施：學(xué)生按照項目指導(dǎo)書要求進(jìn)行操作，教師在學(xué)生具體實施過程進(jìn)行監(jiān)督和指導(dǎo)。在實施過程中，注重培養(yǎng)學(xué)生的合作意識和溝通能力，主動積極思考、解決具體問題的能力、培養(yǎng)學(xué)生的綜合職業(yè)技能。

（4）項目評價：項目導(dǎo)向教學(xué)的評價是多元的，采取過程性評價和總結(jié)性評價相結(jié)合、學(xué)生自評、互評和老師評點相結(jié)合的方式。項目導(dǎo)向教學(xué)強(qiáng)調(diào)通過項目的完成情況，考核學(xué)生綜合運用相關(guān)知識解決實際具體問題的能力。

（5）項目總結(jié)：教師對項目的特點、關(guān)鍵步驟、主要理論知識點進(jìn)行梳理，幫助學(xué)生進(jìn)一步增強(qiáng)對知識點的理解和掌握，并通過發(fā)現(xiàn)學(xué)生作品中的優(yōu)點，讓學(xué)生產(chǎn)生成就感，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。同時，通過布置相關(guān)課后思考題，使學(xué)生繼續(xù)鞏固所學(xué)知識并加以拓展，培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用的能力。

3.3教學(xué)案例

下面以“項目一：數(shù)控機(jī)床的顯示”為例進(jìn)行教學(xué)設(shè)計。

項目一：數(shù)控機(jī)床的顯示：數(shù)控機(jī)床的顯示包含數(shù)控系統(tǒng)顯示面板和各類指示燈，這里僅對指示燈的顯示進(jìn)行項目設(shè)計。在學(xué)生學(xué)習(xí)《數(shù)控機(jī)床操作與編程》課程中，學(xué)生已經(jīng)初步掌握了數(shù)控機(jī)床的基本操作，下面請同學(xué)們說一下在操作數(shù)控機(jī)床時指示燈的狀態(tài)有什么特點？

在數(shù)控機(jī)床操作面板上有的指示燈按下對應(yīng)按鍵后常亮，如機(jī)床準(zhǔn)備就緒時的綠燈，進(jìn)給倍率F等；有的指示燈按下時亮、松開按鍵后滅，如方向按鍵X+等；有的指示燈會閃爍，如報警燈；有的指示燈是觸發(fā)某一狀態(tài)才會亮，如回零燈。這些現(xiàn)象是如何通過單片機(jī)的控制實現(xiàn)呢？

學(xué)習(xí)情境1-2 綠燈：

前面學(xué)生學(xué)習(xí)了單片機(jī)的最小系統(tǒng)，了解了只有加上最基本的外部復(fù)位電路、震蕩電路后單片機(jī)才能工作，但是沒有任何的輸入、輸出?，F(xiàn)在我們加上一個綠燈試試。

（1）項目分析：機(jī)床準(zhǔn)備就緒后綠色指示燈持續(xù)常亮，在單片機(jī)最小系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，在單片機(jī)的輸出引腳上加上一個綠燈，并通過程序持續(xù)給引腳低電平信號就可以使綠燈常亮了。

（2）制定計劃：按照單片機(jī)系統(tǒng)開發(fā)的過程，總體設(shè)計、硬件電路設(shè)計（Proteus仿真、面包板搭建電路）、軟件設(shè)計（Keil仿真）、綜合調(diào)試（軟硬件）、項目文檔整理等各組進(jìn)行分工。根據(jù)學(xué)習(xí)情境的要求，各組員制定具體的實施方案并制作詳細(xì)的項目指導(dǎo)書。

（3）項目實施：教師在學(xué)生具體實施過程進(jìn)行監(jiān)督和指導(dǎo)，學(xué)生在實驗過程中難免會遇到障礙，首先鼓勵學(xué)生自行分析、思考，進(jìn)行小組討論，或以提問的方式引導(dǎo)學(xué)生思考。如：在硬件電路設(shè)計時，能夠直接在輸出接口P1.0連接發(fā)光二極管嗎？在軟件設(shè)計中，reg51.h是什么文件？P1.0=0就是低電平了嗎？

（4）項目評價：小組完成項目內(nèi)容后，先根據(jù)組員分工進(jìn)行自評和互評，最后教師對每組的項目文檔進(jìn)行點評，對在項目實施過程中發(fā)現(xiàn)的亮點提出表揚(yáng)。

（5）項目總結(jié)：教師對全班的項目完成情況做匯總，對項目整體設(shè)計思路，關(guān)鍵要點做詳細(xì)說明，對外圍電路的設(shè)計、軟件設(shè)計不同方案進(jìn)行講解。同時，提出新問題，燈怎么滅掉？1個燈點亮了，8個燈呢？

單片機(jī)課程是實踐性很強(qiáng)的專業(yè)課程，尤其是在強(qiáng)調(diào)動手能力、職業(yè)能力的高職教育中，培養(yǎng)學(xué)生單片機(jī)外圍硬件電路的設(shè)計、軟件的設(shè)計能力只有通過大量的練習(xí)。采用理實一體化的教學(xué)模式，能夠充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，并通過項目實施過程中的操作、思考、交流、討論等環(huán)節(jié)，鍛煉學(xué)生的動手能力和團(tuán)隊協(xié)作精神，使學(xué)生全面發(fā)展。