汽車(chē)專(zhuān)業(yè)單片機(jī)混合式一體化課程教學(xué)方法研究

陳華竣

在汽車(chē)領(lǐng)域中，隨著汽車(chē)電子自動(dòng)化程度越來(lái)越高，單片機(jī)的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。目前，國(guó)內(nèi)許多院校的汽車(chē)相關(guān)專(zhuān)業(yè)都開(kāi)設(shè)了單片機(jī)課程，教學(xué)方法也各式各樣。人們提出了“理論—實(shí)踐”一體化的改革設(shè)想；探討了以工程應(yīng)用為中心的教學(xué)模式；提出了利用Proteus軟件的虛擬仿真功能進(jìn)行單片機(jī)的教學(xué)方法。這些研究成果提出了許多新穎的想法，但是不完全適合汽車(chē)專(zhuān)業(yè)學(xué)生的知識(shí)結(jié)構(gòu)和接受能力。為此，筆者結(jié)合學(xué)校汽車(chē)專(zhuān)業(yè)單片機(jī)課程教學(xué)實(shí)際，探討單片機(jī)課程的教學(xué)改革方法。

一、汽車(chē)專(zhuān)業(yè)單片機(jī)教學(xué)現(xiàn)狀

1.案例針對(duì)性較弱

單片機(jī)本身是一門(mén)綜合性較強(qiáng)的課程，涉及編程、硬件、電子技術(shù)方面的知識(shí)，筆者學(xué)校汽車(chē)專(zhuān)業(yè)只開(kāi)設(shè)了電工電子技術(shù)課程，因此學(xué)生的電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)等基礎(chǔ)知識(shí)偏少，學(xué)習(xí)單片機(jī)時(shí)比較困難。另外，原有的單片機(jī)課程的教學(xué)方法與電子類(lèi)、機(jī)械類(lèi)專(zhuān)業(yè)區(qū)別不大，所用的案例與汽車(chē)專(zhuān)業(yè)結(jié)合較差，學(xué)生不能很好地體會(huì)單片機(jī)在汽車(chē)領(lǐng)域的應(yīng)用效果，學(xué)習(xí)起來(lái)比較茫然，學(xué)習(xí)效果不理想，積極性不高。

2.學(xué)時(shí)的限制

由于受到學(xué)校新的人才培養(yǎng)方案的限制，各專(zhuān)業(yè)都在壓縮培養(yǎng)計(jì)劃中各課程的學(xué)時(shí)。目前汽車(chē)專(zhuān)業(yè)單片機(jī)課程安排的學(xué)時(shí)共56個(gè)，其中理論學(xué)時(shí)50個(gè)，實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)6個(gè)。實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)偏少，造成學(xué)生對(duì)理論知識(shí)理解不透徹，學(xué)了之后不知該如何應(yīng)用的情況。

3.理論與實(shí)驗(yàn)沒(méi)有統(tǒng)一

目前的單片機(jī)課程理論內(nèi)容安排在教室講授，實(shí)驗(yàn)是在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，兩個(gè)部分相對(duì)分離。雖然教師會(huì)在實(shí)驗(yàn)前布置實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，但是由于學(xué)生沒(méi)有事先熟悉實(shí)驗(yàn)環(huán)境，實(shí)驗(yàn)時(shí)比較茫然。學(xué)生只是機(jī)械地按照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)的步驟去操作，得出相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果就完成任務(wù)了，并沒(méi)有仔細(xì)思考這個(gè)實(shí)驗(yàn)涉及哪些理論知識(shí)，可以用于什么樣的場(chǎng)景。另外，學(xué)校實(shí)驗(yàn)室課外時(shí)間不對(duì)學(xué)生開(kāi)放，學(xué)生課后不能進(jìn)一步驗(yàn)證或探究理論和實(shí)際一致性，缺少發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題的機(jī)會(huì)，逐漸失去對(duì)單片機(jī)學(xué)習(xí)的興趣。

4.編程能力較弱

雖然在單片機(jī)課程之前學(xué)生先修了C語(yǔ)言課程，但是由于專(zhuān)業(yè)的關(guān)系，學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)相關(guān)知識(shí)接觸的較少，對(duì)程序設(shè)計(jì)思想、編程技巧掌握的不夠熟練，在單片機(jī)的學(xué)習(xí)中對(duì)于硬件編程的內(nèi)容更是難以消化和理解，造成對(duì)單片機(jī)學(xué)習(xí)的恐懼心理。

二、混合式單片機(jī)課程教學(xué)改革思路

1.開(kāi)發(fā)汽車(chē)相關(guān)的案例

單片機(jī)的教學(xué)離不開(kāi)案例的支撐，設(shè)計(jì)與專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域相關(guān)的案例能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，同時(shí)能體現(xiàn)汽車(chē)專(zhuān)業(yè)的特點(diǎn)。教師可以在每個(gè)重點(diǎn)教學(xué)內(nèi)容中都設(shè)計(jì)相應(yīng)的案例，從易到難，案例不僅包含Proteus仿真案例，還包含實(shí)驗(yàn)儀所支持的案例。

案例設(shè)計(jì)可以分為兩種：基礎(chǔ)案例和專(zhuān)業(yè)案例?；A(chǔ)案例重點(diǎn)與理論知識(shí)點(diǎn)相結(jié)合，讓學(xué)生掌握理論概念。專(zhuān)業(yè)案例與專(zhuān)業(yè)知識(shí)相結(jié)合，通過(guò)專(zhuān)業(yè)案例的講解與演示，學(xué)生可以進(jìn)一步熟悉單片機(jī)在汽車(chē)上的具體應(yīng)用，發(fā)掘興趣所在，為今后進(jìn)一步學(xué)習(xí)打下良好的基礎(chǔ)。

以并行I/O口應(yīng)用為例，流水燈是基礎(chǔ)案例，原理簡(jiǎn)單易懂，學(xué)生容易接受。但是流水燈的閃爍形式可以千變?nèi)f化，取決于軟件的控制。流水燈不同的閃爍方式就是不同的案例，簡(jiǎn)單的案例可以在課堂上詳細(xì)講解，復(fù)雜的只講解控制流程，提供參考流程圖和程序，讓學(xué)生課下思考完成。

汽車(chē)轉(zhuǎn)向燈是專(zhuān)業(yè)案例，教師通過(guò)講解轉(zhuǎn)向燈的控制原理，將單片機(jī)的I/O控制與轉(zhuǎn)向燈結(jié)合起來(lái)，學(xué)生能將單片機(jī)和汽車(chē)上的電器裝置聯(lián)系起來(lái)，從而理解單片機(jī)在汽車(chē)上的應(yīng)用。

學(xué)生還可以將汽車(chē)轉(zhuǎn)向燈案例進(jìn)行擴(kuò)展，模擬控制汽車(chē)大燈、剎車(chē)、警示燈等，學(xué)生通過(guò)該案例了解汽車(chē)燈光控制系統(tǒng)的基本原理，為以后走向工作崗位打下良好的基礎(chǔ)。

2.采用混合式教學(xué)模式，并將理論講授和實(shí)驗(yàn)操作相融合

由于學(xué)時(shí)的限制，為了保證學(xué)生在更少的學(xué)時(shí)內(nèi)更多地掌握單片機(jī)的知識(shí)，縮小現(xiàn)有教學(xué)中理論和實(shí)踐之間的差距，可以采取以下兩種方式。

（1）在線學(xué)習(xí)和課堂講授相結(jié)合。如下圖所示，使用網(wǎng)絡(luò)課程平臺(tái)，鼓勵(lì)學(xué)生課下進(jìn)行在線學(xué)習(xí)。教學(xué)流程如下：教師首先進(jìn)行線上線下一體化的教學(xué)設(shè)計(jì)，并制作單片機(jī)關(guān)鍵知識(shí)點(diǎn)的教學(xué)視頻；視頻長(zhǎng)度控制在10分鐘以?xún)?nèi)，將視頻、PPT、案例發(fā)布網(wǎng)絡(luò)課程平臺(tái)中，作為學(xué)習(xí)資源；每次上課前發(fā)布一個(gè)簡(jiǎn)短的預(yù)習(xí)提綱（即導(dǎo)學(xué)信息及學(xué)習(xí)任務(wù)與活動(dòng)），學(xué)生根據(jù)提綱先自主進(jìn)行在線學(xué)習(xí)；課堂上教師著重結(jié)合相應(yīng)的案例對(duì)重點(diǎn)、難點(diǎn)進(jìn)行講解，解決學(xué)生在線學(xué)習(xí)中遇到的問(wèn)題，學(xué)生在課堂上完成要求的案例；每個(gè)章節(jié)結(jié)束后，教師布置作業(yè)供學(xué)生復(fù)習(xí)，以鞏固所學(xué)的知識(shí)；課后教師可以對(duì)該次課進(jìn)行總結(jié)，并整理擴(kuò)展資源及案例發(fā)布到網(wǎng)絡(luò)課程中，學(xué)生可以在課下完成作業(yè)并有選擇的學(xué)習(xí)擴(kuò)展資源中的內(nèi)容，培養(yǎng)自主學(xué)習(xí)的習(xí)慣。

（2）將授課地點(diǎn)安排在計(jì)算機(jī)房。將單片機(jī)的授課地點(diǎn)安排在計(jì)算機(jī)房，學(xué)生可以在聽(tīng)完本次課的重點(diǎn)、難點(diǎn)講解后，馬上對(duì)案例進(jìn)行驗(yàn)證和拓展，實(shí)現(xiàn)理論講解和實(shí)驗(yàn)相融合。如果機(jī)房資源有限，也可以讓學(xué)生自帶筆記本電腦在教室進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

實(shí)驗(yàn)可以通過(guò)Proteus仿真軟件或便攜式實(shí)驗(yàn)儀兩種方式進(jìn)行。使用Proteus仿真軟件，學(xué)生可以完成案例中芯片選取、電路設(shè)計(jì)、程序編寫(xiě)、加載、運(yùn)行的整個(gè)過(guò)程；使用便攜式實(shí)驗(yàn)儀，學(xué)生可以通過(guò)簡(jiǎn)單的接線，將Proteus中驗(yàn)證的程序加載到實(shí)物單片機(jī)系統(tǒng)中進(jìn)行驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)儀可以讓學(xué)生課后繼續(xù)使用，以增加練習(xí)和實(shí)驗(yàn)的時(shí)間。

3.采用C語(yǔ)言與匯編語(yǔ)言融合教學(xué)

在單片機(jī)課程教學(xué)中使用C語(yǔ)言與匯編語(yǔ)言融合的方式，可以強(qiáng)化學(xué)生對(duì)單片機(jī)工作原理及過(guò)程的理解。掌握單片機(jī)的匯編指令系統(tǒng)能幫助學(xué)生進(jìn)一步熟悉單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)，有助于學(xué)生提高設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的能力，能編寫(xiě)出效率更高、更可靠的C語(yǔ)言程序。

在單片機(jī)的教學(xué)案例中，教師可以使用C語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言?xún)煞N形式進(jìn)行程序編寫(xiě)和講解，讓學(xué)生體會(huì)使用C語(yǔ)言和使用匯編語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)單片機(jī)應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)與劣勢(shì)，在以后的工作中可以更好地選擇合適的語(yǔ)言進(jìn)行單片機(jī)項(xiàng)目開(kāi)發(fā)。endprint

三、改革的實(shí)施及問(wèn)題

1.具體實(shí)施

筆者將上述教學(xué)改革思路應(yīng)用在汽車(chē)學(xué)院14級(jí)單片機(jī)原理與應(yīng)用課程的教學(xué)中，取得了較為明顯的效果。

（1）設(shè)計(jì)了若干基礎(chǔ)案例和專(zhuān)業(yè)案例。共設(shè)計(jì)了5個(gè)基礎(chǔ)案例（LED流水燈、秒表、計(jì)數(shù)器、串行口通信、4*4矩陣鍵盤(pán)檢測(cè)）和4個(gè)專(zhuān)業(yè)案例（汽車(chē)轉(zhuǎn)向燈、倒車(chē)?yán)走_(dá)報(bào)警、溫度控制、小型CAN總線）。由淺入深，學(xué)生學(xué)習(xí)興趣提高明顯。

（2）采用混合式教學(xué)模式，使用網(wǎng)絡(luò)課程平臺(tái)建立網(wǎng)絡(luò)課程，按教學(xué)進(jìn)度制作微視頻、PPT、案例、試題、擴(kuò)展資料等資源，布置學(xué)生課下在線學(xué)習(xí)任務(wù)。教師在課堂上著重結(jié)合案例講解重點(diǎn)、難點(diǎn)，學(xué)生在課堂上完成基礎(chǔ)案例的制作，教師演示專(zhuān)業(yè)案例，講解設(shè)計(jì)思路。布置課后作業(yè)，學(xué)生課下在線完成。

（3）將實(shí)驗(yàn)與教學(xué)進(jìn)行一體化安排，增加實(shí)驗(yàn)時(shí)間。雖然受到學(xué)校資源限制，授課地點(diǎn)不能安排在計(jì)算機(jī)機(jī)房，但是可以鼓勵(lì)學(xué)生攜帶筆記本電腦到課堂，教師在講課過(guò)程中講解演示案例。學(xué)生每2～3人分成小組進(jìn)行練習(xí)，每組配備一套便攜單片機(jī)實(shí)驗(yàn)儀，由學(xué)生自行保管，課程結(jié)束再回收。在課堂上，學(xué)生不僅可以通過(guò)Proteus仿真軟件對(duì)單片機(jī)案例進(jìn)行訓(xùn)練，還可以直觀地對(duì)實(shí)驗(yàn)儀中的單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行操作，將仿真系統(tǒng)與試驗(yàn)儀中實(shí)物系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)照，掌握各案例的電路原理及制作過(guò)程，掌握單片機(jī)的程序編寫(xiě)，編譯和下載步驟，從而更深入地理解單片機(jī)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)過(guò)程。

（4）采用C語(yǔ)言與匯編語(yǔ)言融合教學(xué)。案例中加強(qiáng)匯編程序和C程序的對(duì)比。學(xué)生進(jìn)一步熟悉C語(yǔ)言的語(yǔ)法及使用。多數(shù)學(xué)生反映匯編語(yǔ)言讓他們對(duì)單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)有了較詳細(xì)的了解，C語(yǔ)言使用起來(lái)更為方便、靈活。

2.存在的問(wèn)題

混合式教學(xué)模式對(duì)教師提出更高的要求。教師既要完成線下現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)，還要完成線上教學(xué)視頻的設(shè)計(jì)與錄制，制作相應(yīng)的教學(xué)資源發(fā)布到網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)，將線上線下作為一體設(shè)計(jì)課程。另外，任課教師需要同時(shí)具備汽車(chē)專(zhuān)業(yè)知識(shí)和單片機(jī)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)能力。理論課程與實(shí)踐課程相融合，課程實(shí)驗(yàn)與汽車(chē)專(zhuān)業(yè)課程的有機(jī)結(jié)合，都需要教師利用較多的課外時(shí)間來(lái)準(zhǔn)備。如何分配和控制課堂上的時(shí)間也是需要進(jìn)一步解決的問(wèn)題。因此，任課教師需要不斷學(xué)習(xí)，經(jīng)常對(duì)教學(xué)計(jì)劃進(jìn)行反思、總結(jié)、修改，完善教學(xué)內(nèi)容，提高汽車(chē)專(zhuān)業(yè)單片機(jī)課程的教學(xué)能力。

針對(duì)汽車(chē)專(zhuān)業(yè)單片機(jī)教學(xué)的改革是個(gè)長(zhǎng)期且不斷探索完善的過(guò)程。 為了能獲得更好的教學(xué)效果，需要在教學(xué)內(nèi)容上不斷調(diào)整，充分結(jié)合專(zhuān)業(yè)需求，進(jìn)一步探討提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)新能力、培養(yǎng)符合社會(huì)需要人才的方法。

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（作者單位：廣東技術(shù)師范學(xué)院）endprint