四元教學(xué)法在單片機(jī)教學(xué)中的探索與實(shí)踐

曹利云

摘 要：針對(duì)技工院校單片機(jī)課程教學(xué)存在的問(wèn)題，依據(jù)單片機(jī)技術(shù)應(yīng)用課程本身的特點(diǎn)及筆者學(xué)校學(xué)生的上課狀態(tài)，遵循學(xué)生可持續(xù)發(fā)展的理念，就四元教學(xué)法在單片機(jī)教學(xué)中的應(yīng)用進(jìn)行探索與實(shí)踐。即以四元教學(xué)方法為載體，重新設(shè)計(jì)單片機(jī)課程的教學(xué)方案，將原來(lái)教學(xué)過(guò)程的學(xué)習(xí)任務(wù)利用簡(jiǎn)化條件法分解成為學(xué)習(xí)任務(wù)序列，讓學(xué)生由易到難、由簡(jiǎn)到繁、由淺入深、循序漸進(jìn)地學(xué)習(xí)與工作，收到了很好的教學(xué)效果，培養(yǎng)了學(xué)生的綜合職業(yè)能力，提高了學(xué)生的整體素質(zhì)。

關(guān)鍵詞：四元教學(xué)法 教學(xué)設(shè)計(jì) 單片機(jī)

四元教學(xué)法是技工院校采用的一種新型的教學(xué)方法，是指運(yùn)用學(xué)生已經(jīng)積累的知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)，讓學(xué)生快速進(jìn)入教師所設(shè)置的學(xué)習(xí)情境中，在課堂中能自主思考，積極探究，使課堂更加活潑而高效的教學(xué)方法。筆者學(xué)校教師經(jīng)過(guò)企業(yè)調(diào)研、實(shí)踐專家訪談會(huì)、提取典型工作任務(wù)等一系列活動(dòng)研發(fā)的學(xué)習(xí)任務(wù)，在教學(xué)過(guò)程中由于種種原因卻難以實(shí)施，為了解決這一難題，本文對(duì)比分析“四元教學(xué)”實(shí)施前后單片機(jī)技術(shù)應(yīng)用課程的教學(xué)效果，基于實(shí)踐分析研究的成果，說(shuō)明四元教學(xué)法在單片機(jī)課程中對(duì)于教學(xué)設(shè)計(jì)的重要性。

一、課程簡(jiǎn)介

單片機(jī)技術(shù)應(yīng)用課程是技工院校自動(dòng)化專業(yè)實(shí)踐性很強(qiáng)的一門專業(yè)拓展課，與其他專業(yè)課程聯(lián)系緊密。學(xué)習(xí)該課程之前，學(xué)生需要掌握電工基礎(chǔ)、電子產(chǎn)品的安裝與調(diào)試等方面的基礎(chǔ)知識(shí)。學(xué)好該課程為世界技能大賽電子技術(shù)項(xiàng)目競(jìng)賽夯實(shí)基礎(chǔ)，更為學(xué)生畢業(yè)后能找到電子信息類相關(guān)工作起著不可替代的作用。筆者學(xué)校在教學(xué)計(jì)劃中已把單片機(jī)技術(shù)應(yīng)用課程定位為工學(xué)結(jié)合項(xiàng)目教學(xué)課程。該課程涵蓋了流水燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)、電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)、送料小車控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)、數(shù)字鐘控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)、數(shù)字溫度計(jì)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)等五個(gè)學(xué)習(xí)任務(wù)的教學(xué)內(nèi)容，承載了該門課程最主要的基礎(chǔ)知識(shí)點(diǎn)與技能點(diǎn)。

二、課程現(xiàn)狀

筆者學(xué)校單片機(jī)技術(shù)應(yīng)用課程上課的現(xiàn)狀是，老師以講解理論知識(shí)和演示技能為主，學(xué)生在被動(dòng)接受知識(shí)，被動(dòng)看教師演示技能，甚至有的教師滿堂灌，導(dǎo)致很多學(xué)生不能主動(dòng)積極地參與到課堂中，教學(xué)效果非常不理想。因此，結(jié)合當(dāng)前學(xué)校學(xué)生上課的現(xiàn)狀，在進(jìn)行該課程教學(xué)改革與實(shí)踐時(shí)，運(yùn)用四元教學(xué)法重新設(shè)計(jì)課程，讓全體學(xué)生都能主動(dòng)積極參與到課堂中。同時(shí)，爭(zhēng)取把該課程的重點(diǎn)與難點(diǎn)化整為零，使學(xué)生學(xué)習(xí)起來(lái)得心應(yīng)手，提高學(xué)生學(xué)習(xí)積極性。下文以單片機(jī)技術(shù)應(yīng)用課程中“流水燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)”這一學(xué)習(xí)任務(wù)為例，分析運(yùn)用四元教學(xué)法設(shè)計(jì)前后課堂得到的不同教學(xué)效果。

三、改革前教學(xué)設(shè)計(jì)

流水燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)主要涵蓋了七個(gè)方面的知識(shí)與技能點(diǎn)。第一，單片機(jī)最小系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)；第二，單片機(jī)硬件仿真軟件Protues的使用方法；第三，單片機(jī)匯編語(yǔ)言編譯軟件Keil的使用方法；第四，LED流水燈控制系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)；第五，單片機(jī)LED燈亮與滅的匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)；第六，單片機(jī)控制系統(tǒng)的延時(shí)程序設(shè)計(jì)；第七，系統(tǒng)聯(lián)調(diào)。

學(xué)生在學(xué)習(xí)流水燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)之前，對(duì)單片機(jī)的基本知識(shí)點(diǎn)與技能點(diǎn)，有了初步的認(rèn)識(shí)。如單片機(jī)最小系統(tǒng)組成、Protues軟件的使用方法、Keil軟件的使用方法、匯編語(yǔ)言及電路的簡(jiǎn)單控制方式等。這些基礎(chǔ)知識(shí)在講解學(xué)習(xí)任務(wù)之前都進(jìn)行簡(jiǎn)單的介紹。流水燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)教學(xué)設(shè)計(jì)如下。

1.教學(xué)活動(dòng)

流水燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)由四個(gè)教學(xué)活動(dòng)組成，即教學(xué)活動(dòng)一“接受任務(wù)，查詢資料，制訂計(jì)劃”，教學(xué)活動(dòng)二“裝調(diào)前的各項(xiàng)準(zhǔn)備工作”，教學(xué)活動(dòng)三“系統(tǒng)的裝配、編程與調(diào)試”，教學(xué)活動(dòng)四“工作總結(jié)與產(chǎn)品展示”。

2.教學(xué)環(huán)節(jié)

就教學(xué)活動(dòng)三來(lái)說(shuō)，課堂教學(xué)共分為四個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)，分別是：教學(xué)環(huán)節(jié)一“流水燈電路的安裝”，教學(xué)環(huán)節(jié)二“運(yùn)用Keil軟件對(duì)流水燈電路進(jìn)行程序設(shè)計(jì)”，教學(xué)環(huán)節(jié)三“運(yùn)用Protues軟件進(jìn)行軟件模擬”，教學(xué)環(huán)節(jié)四“流水燈控制系統(tǒng)軟、硬件聯(lián)調(diào)”。

3.教師活動(dòng)

（1）指導(dǎo)學(xué)生安裝流水燈電路；（2）指導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用Keil軟件對(duì)流水燈電路進(jìn)行程序設(shè)計(jì)；（3）指導(dǎo)學(xué)生利用Protues軟件對(duì)流水燈電路進(jìn)行模擬仿真；（4）指導(dǎo)學(xué)生調(diào)試流水燈控制系統(tǒng)。

4.學(xué)生活動(dòng)

（1）安裝流水燈電路；（2）在Keil軟件中使用匯編語(yǔ)言編寫流水燈程序：（3）運(yùn)用Protues軟件模擬仿真流水燈電路；（4）下載程序到流水燈硬件電路板，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)聯(lián)調(diào)，完成學(xué)習(xí)任務(wù)。

由以上教學(xué)設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)可知，雖然已經(jīng)是當(dāng)前流行的任務(wù)引領(lǐng)式教學(xué)，但教學(xué)設(shè)計(jì)過(guò)程大多數(shù)還是以教師的經(jīng)驗(yàn)為主，設(shè)計(jì)欠缺條理性，導(dǎo)致教師在上課的過(guò)程中出現(xiàn)一系列問(wèn)題，比如，教師在講臺(tái)上唱獨(dú)角戲，學(xué)生只聽講不主動(dòng)積極思考；或者有的學(xué)生聽得云里霧里，根本融入不到課堂中去。筆者在實(shí)施教學(xué)的過(guò)程中，偶爾也有學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐環(huán)節(jié)，如安裝流水燈電路、編寫程序，但由于學(xué)生沒有從根本上理解關(guān)鍵知識(shí)點(diǎn)、技能點(diǎn)，只能在教師的指導(dǎo)下完成任務(wù)，沒有自主學(xué)習(xí)的能力，甚至在編寫程序的過(guò)程中無(wú)所適從。大部分學(xué)生是在教師編寫好程序上，他們直接輸入到軟件中，遇到問(wèn)題不能通過(guò)自己或小組解決，分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力欠缺。另外，從教師層面來(lái)說(shuō)，經(jīng)驗(yàn)不同的教師按照這份教學(xué)設(shè)計(jì)進(jìn)行教學(xué)，上課的效果可能完全不同，或生動(dòng)有趣，或呆板乏味，導(dǎo)致工學(xué)結(jié)合課成為單一的理論課或者技能課，沒有達(dá)到預(yù)期的教學(xué)效果。

四、改革后教學(xué)設(shè)計(jì)

對(duì)于以上達(dá)不到理想教學(xué)效果的問(wèn)題，經(jīng)過(guò)學(xué)校自動(dòng)化專業(yè)教研組討論研究，形成了按照四元教學(xué)法重新進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)，把流水燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)任務(wù)分解為任務(wù)難度與學(xué)生基礎(chǔ)、能力相匹配的，由易到難、由簡(jiǎn)到繁、由淺入深的三個(gè)學(xué)習(xí)任務(wù)序列的意見。即：任務(wù)序列一“單個(gè)LED燈閃爍”，任務(wù)序列二“8個(gè)LED燈間隔亮并閃爍的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)”，任務(wù)序列三“8個(gè)LED燈循環(huán)亮1s并閃爍的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)”。下文以任務(wù)序列一“單個(gè)LED燈閃爍”為例進(jìn)行如下教學(xué)設(shè)計(jì)。

教師：布置任務(wù)——展示單個(gè)LED燈閃爍控制系統(tǒng)，并提問(wèn)此電路的基本組成及怎樣實(shí)現(xiàn)單個(gè)LED燈閃爍。

學(xué)生：自主思考，積極探索，小組討論，查閱所需資料，并記錄總結(jié)。

教師：將單個(gè)LED燈閃爍與生活中廣告牌相比較，引出單片機(jī)最小系統(tǒng)的組成，要求學(xué)生用軟件搭建單片機(jī)最小系統(tǒng)。

學(xué)生：利用Protues軟件搭建單片機(jī)最小系統(tǒng)。

教師：總結(jié)學(xué)生在最小系統(tǒng)搭建過(guò)程中遇到的問(wèn)題，給予統(tǒng)一指導(dǎo)與講解。

學(xué)生：進(jìn)一步完善本組的最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

教師：在最小系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，指導(dǎo)學(xué)生搭建單個(gè)LED燈控制電路。

學(xué)生：分組搭建單個(gè)LED燈電路。

教師：如何實(shí)現(xiàn)單個(gè)LED燈亮或者滅？講解LED燈亮與滅的工作原理，及如何編寫亮燈程序，并利用仿真軟件演示單個(gè)LED燈閃爍電路。

學(xué)生：自主思考，積極探究，觀察仿真電路，查閱所需資料，編寫單個(gè)LED燈的亮燈程序，利用Protues軟件及Keil軟件模擬仿真并總結(jié)記錄。

教師：指出各小組在仿真過(guò)程中遇到的問(wèn)題，及時(shí)評(píng)價(jià)反饋。

學(xué)生：在評(píng)價(jià)反饋的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步完善本組作品。

教師：LED燈亮與滅的時(shí)間如何設(shè)置？講解延時(shí)程序的結(jié)構(gòu)。

學(xué)生：根據(jù)教師的講解，各小組設(shè)置不同的延時(shí)時(shí)間，可以是0.5s或1s，再次對(duì)電路進(jìn)行仿真，靈活運(yùn)用延時(shí)程序，完成任務(wù)。

學(xué)生：展示本組成果，進(jìn)行小組自我評(píng)價(jià)、小組互相評(píng)價(jià)，小組轉(zhuǎn)圈評(píng)價(jià)。

教師：總結(jié)各組在展示產(chǎn)品的過(guò)程中遇到的問(wèn)題，給予及時(shí)的評(píng)價(jià)反饋。

學(xué)生：根據(jù)各小組及老師的反饋，進(jìn)一步完善單個(gè)LED燈閃爍電路，并寫出總結(jié)記錄。

教師：布置作業(yè)——如何實(shí)現(xiàn)8個(gè)LED燈間隔亮并閃爍（下個(gè)學(xué)習(xí)任務(wù)序列需要準(zhǔn)備的資料）。

從本教學(xué)設(shè)計(jì)可以看出，教學(xué)過(guò)程中每一個(gè)環(huán)節(jié)環(huán)環(huán)相扣。全體學(xué)生都能主動(dòng)積極地參與到課堂中去，求知欲望極其強(qiáng)烈。教師布置任務(wù)，引領(lǐng)學(xué)生積極思考，積極探索，再通過(guò)小組合作共同完成學(xué)習(xí)任務(wù)。通過(guò)小組之間互相評(píng)價(jià)，取長(zhǎng)補(bǔ)短，互相學(xué)習(xí)，共同提高，從中鍛煉了學(xué)生解決問(wèn)題的能力與語(yǔ)言表達(dá)能力，提高了學(xué)生整體素質(zhì)。教師對(duì)學(xué)生完成任務(wù)情況及時(shí)給予合理評(píng)價(jià)，并對(duì)實(shí)施過(guò)程中存在的共性問(wèn)題進(jìn)行解答，如大部分學(xué)生在編寫程序時(shí)不會(huì)計(jì)算延時(shí)時(shí)間，教師則可以給出延時(shí)時(shí)間編寫流程圖，提示學(xué)生如何合理設(shè)置程序，讓學(xué)生都能形成良好的編程習(xí)慣，快速有效地完成學(xué)習(xí)任務(wù)，進(jìn)一步提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。本教學(xué)設(shè)計(jì)中，教學(xué)過(guò)程具有可控性，可執(zhí)行力強(qiáng)，且對(duì)于教師的資歷要求不高，只要按照本設(shè)計(jì)進(jìn)行教學(xué)，按部就班要求學(xué)生完成每一項(xiàng)工作任務(wù)，學(xué)生和教師都能靈活融入情境，快樂教學(xué)與學(xué)習(xí)，能達(dá)到預(yù)期的教學(xué)效果，能很好地實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)。當(dāng)然，經(jīng)驗(yàn)豐富的教師運(yùn)用起來(lái)會(huì)更加靈活自如。

五、小結(jié)

本文對(duì)比分析了單片機(jī)技術(shù)應(yīng)用課程在教學(xué)設(shè)計(jì)改革前后的效果。運(yùn)用四元教學(xué)法設(shè)計(jì)與實(shí)施的課堂，通過(guò)簡(jiǎn)化條件法把原來(lái)的學(xué)習(xí)任務(wù)分解為學(xué)習(xí)任務(wù)序列，形成由易到難、由簡(jiǎn)到繁的漸進(jìn)學(xué)習(xí)過(guò)程，遵循學(xué)生的身心發(fā)展規(guī)律。運(yùn)用四元教學(xué)法設(shè)計(jì)的單片機(jī)技術(shù)應(yīng)用課程，課堂更加生動(dòng)活潑有趣，更具有可操作性，不僅增強(qiáng)了學(xué)生自主學(xué)習(xí)、積極探索的能力，提高了學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，還提高了學(xué)生語(yǔ)言表達(dá)能力與溝通能力和綜合職業(yè)能力，達(dá)到了高技能人才的培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)，為國(guó)家培養(yǎng)優(yōu)秀的高素質(zhì)技能型人才奠定基礎(chǔ)。

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（作者單位：邢臺(tái)技師學(xué)院）