多元化人才需求下《單片機(jī)》課程實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

王勇 錢峰

摘 要：市場(chǎng)對(duì)人才的需求是多元化的，在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)兼顧實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的趣味性與實(shí)用性，在鞏固知識(shí)的同時(shí)應(yīng)注重訓(xùn)練思維，提升能力。為了提升《單片機(jī)》課程實(shí)驗(yàn)效果，對(duì)課程知識(shí)體系解析與重構(gòu)，多種實(shí)驗(yàn)途徑相結(jié)合，加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)過(guò)程的監(jiān)管與互動(dòng)。建立評(píng)價(jià)體系驗(yàn)證了所述方法的有效性。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)；思維訓(xùn)練

中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2096-000X（2018）07-0101-03

Abstract： While the market demand for talents is diversified， interestingness and practicability of experiment content should be promoted in the experimental design. Improving capacity and training thinking should be paid attention to while knowledge is consolidated. In order to improve the experimental results of the Microcontroller course， the knowledge system of the coursewas analyzed and reconstructed. Various experimental methods were used. The supervision and interaction of the experimental process were strengthened. Appraisal system was established to evaluate teaching effect of the experiment course.

Keywords： single chip microcomputer； experimental design； thinking training

引言

隨著安徽省高等職業(yè)院校的擴(kuò)招與分類招生考試的推進(jìn)，各職業(yè)院校除了面向普通高中畢業(yè)生招生，還會(huì)面向中等職業(yè)院校（技工學(xué)校、職業(yè)高中）畢業(yè)生招生。相對(duì)于普通高中的畢業(yè)生，中等職業(yè)院校的畢業(yè)生基礎(chǔ)相對(duì)薄弱、自我管理能力不足，理論學(xué)習(xí)的能力較弱。由于上述能力的欠缺，造成了他們?cè)诖髮W(xué)階段一些專業(yè)課程學(xué)習(xí)存在困難，缺乏興趣。比如單片機(jī)課程綜合電子技術(shù)、程序設(shè)計(jì)以及微機(jī)原理的知識(shí)，處于電子信息類專業(yè)的課程體系中的核心地位[1]。許多學(xué)生在剛接觸單片機(jī)課程時(shí)，具有很高的學(xué)習(xí)熱情。但是由于上述多種原因，隨著學(xué)習(xí)到的深入，許多學(xué)生感到學(xué)習(xí)困難，乃至放棄該課程的學(xué)習(xí)，教學(xué)效果并不理想。實(shí)驗(yàn)課程在《單片機(jī)原理及應(yīng)用》這一類專業(yè)課中扮演中重要角色。改進(jìn)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)，對(duì)改善專業(yè)課程的教學(xué)效果具有重要促進(jìn)意義。

一、現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)方案的不足

在“大眾創(chuàng)業(yè)，萬(wàn)眾創(chuàng)新”的新形勢(shì)下，對(duì)用人單位的需求進(jìn)行調(diào)研分析之后，將人才培養(yǎng)目標(biāo)分為三個(gè)方面，即技術(shù)應(yīng)用型，技術(shù)服務(wù)型和技術(shù)管理型。技術(shù)服務(wù)型和技術(shù)管理型人才在日后的工作中，只需以相關(guān)技術(shù)的基本原理作為支撐，對(duì)工作中的問(wèn)題進(jìn)行分析，創(chuàng)造性的進(jìn)行思考決策、溝通協(xié)調(diào)。目前多數(shù)單片機(jī)教學(xué)以知識(shí)的傳授與技能的掌握為目標(biāo)，多采用教師課堂傳授知識(shí)，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)箱上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的模式。而實(shí)驗(yàn)箱中各模塊的元器件封裝、固定在印刷電路板上，學(xué)生不能主觀的了解元器件的硬件連接，難以根據(jù)自己的需要選用各個(gè)元器件進(jìn)行二次開發(fā)。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中往往過(guò)多關(guān)注于實(shí)驗(yàn)箱的使用方法與對(duì)已有知識(shí)的驗(yàn)證，而忽略了對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中相關(guān)問(wèn)題的分析、思考，難以達(dá)到思維訓(xùn)練的目標(biāo)[2，3]。單片機(jī)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)在培養(yǎng)技術(shù)服務(wù)型和技術(shù)管理型人才過(guò)程中存在瑕疵。許多高?；赑roteus軟件結(jié)合任務(wù)驅(qū)動(dòng)式的教學(xué)模式設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)[4]。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，為了完成教師布置的任務(wù)，部分學(xué)生會(huì)主動(dòng)的學(xué)習(xí)、探索[5，6]。在這種教學(xué)模式下，實(shí)驗(yàn)效果很大程度上取決于實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)計(jì)的是否合理。

鑒于此，為了適應(yīng)人才培養(yǎng)目標(biāo)的要求，我院依托省級(jí)精品課程以對(duì)控制信號(hào)的處理為主線，對(duì)單片機(jī)知識(shí)進(jìn)行解析與重構(gòu)，基于Proteus軟件、開發(fā)板實(shí)驗(yàn)與電子制作相結(jié)合重新設(shè)計(jì)了單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的內(nèi)容。培養(yǎng)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，凝練出具有普遍意義的思想與方法解決現(xiàn)實(shí)生活中的問(wèn)題，達(dá)到發(fā)散思維、學(xué)以致用的目的。以適應(yīng)市場(chǎng)對(duì)人才的多元化需求。

二、實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案時(shí)，最迫切的問(wèn)題是改變學(xué)生實(shí)驗(yàn)過(guò)程中討厭編程，懶于思考，懶于動(dòng)手，相互抄襲的現(xiàn)狀。為了調(diào)動(dòng)學(xué)生的主觀能動(dòng)性，既要對(duì)已有知識(shí)作碎片化處理以降低難度，也要兼顧知識(shí)體系的完整性。實(shí)驗(yàn)教學(xué)既要鞏固知識(shí)點(diǎn)，也要注重培養(yǎng)能力、發(fā)散思維，培養(yǎng)學(xué)生良好的編程習(xí)慣和工程技術(shù)人員應(yīng)有的嚴(yán)謹(jǐn)、踏實(shí)的素質(zhì)。因此，在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容時(shí)，具體采用以下方法：

（一）知識(shí)體系的解析與重構(gòu)

以往單片機(jī)實(shí)驗(yàn)課程效果不佳的一個(gè)重要原因是學(xué)生的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言基礎(chǔ)薄弱，接受新知識(shí)的能力差。在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案時(shí)，對(duì)單片機(jī)知識(shí)進(jìn)行碎片化處理，將單片機(jī)課程劃分為獨(dú)立的知識(shí)點(diǎn)。針對(duì)一個(gè)或幾個(gè)獨(dú)立的知識(shí)點(diǎn)設(shè)計(jì)一個(gè)小任務(wù)。完成每一個(gè)小的任務(wù)不涉及復(fù)雜編程，為學(xué)生學(xué)習(xí)單片機(jī)清除計(jì)算機(jī)語(yǔ)言這一障礙。在碎片化的同時(shí)，應(yīng)當(dāng)注重知識(shí)體系的完整性以及與其他課程的關(guān)聯(lián)性。比如學(xué)生在學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)語(yǔ)言時(shí)，常困惑于不知如何應(yīng)用。在設(shè)計(jì)單片機(jī)實(shí)驗(yàn)時(shí)，可從硬件的角度引導(dǎo)學(xué)生加深對(duì)已有計(jì)算機(jī)語(yǔ)言知識(shí)的理解與運(yùn)用。隨后，然后在實(shí)驗(yàn)要求的引導(dǎo)下，將完成的各獨(dú)立知識(shí)點(diǎn)綜合起來(lái)，完成一個(gè)綜合性任務(wù)，逐步形成對(duì)知識(shí)體系的完整認(rèn)識(shí)與靈活運(yùn)用。在知識(shí)體系解析與重構(gòu)的過(guò)程中，學(xué)生學(xué)習(xí)單片機(jī)的同時(shí)加深了對(duì)已有知識(shí)的理解。在完成設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中利用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題，看到具體的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，收獲學(xué)習(xí)的樂趣。

（二）虛實(shí)結(jié)合，加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)管理

Proteus仿真軟件與開發(fā)板實(shí)驗(yàn)各具優(yōu)點(diǎn)。Proteus仿真軟件靈活、直觀的特點(diǎn)，便于學(xué)生觀察電路連接，理解實(shí)驗(yàn)原理，但是缺乏真實(shí)感。開發(fā)板實(shí)驗(yàn)無(wú)法直觀分析硬件電路與引腳高低電平狀態(tài)，但更貼近實(shí)際應(yīng)用，更適合培養(yǎng)學(xué)生工程實(shí)踐能力。在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案時(shí)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容所涉及知識(shí)點(diǎn)的實(shí)際情況，靈活選用虛擬仿真軟件與實(shí)物開發(fā)板。采用虛實(shí)結(jié)合，互為補(bǔ)充，必要時(shí)結(jié)合電子制作。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容應(yīng)具有一定的工程應(yīng)用背景，一方面讓學(xué)生了解單片機(jī)在工程上的應(yīng)用，另一方面也為后續(xù)其他課程的學(xué)習(xí)提供支撐。

實(shí)驗(yàn)方案中將整個(gè)實(shí)驗(yàn)劃分為若干個(gè)階段，學(xué)生每完成一個(gè)階段，經(jīng)指導(dǎo)教師審閱并評(píng)分后，方可進(jìn)入下一階段。教師應(yīng)對(duì)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)情況進(jìn)行總結(jié)與點(diǎn)評(píng)，有意識(shí)的在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中培養(yǎng)學(xué)生良好的編程習(xí)慣，如強(qiáng)調(diào)模塊的設(shè)計(jì)思想、提高代碼的復(fù)用性與可讀性，提高程序的可移植性。在強(qiáng)調(diào)這些工程設(shè)計(jì)規(guī)范的過(guò)程中，磨練學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)、踏實(shí)的工作作風(fēng)。加強(qiáng)指導(dǎo)教師對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程的監(jiān)控與管理，可以營(yíng)造緊張而有序的實(shí)驗(yàn)氛圍。

（三）鞏固知識(shí)，訓(xùn)練思維

學(xué)生常常會(huì)抱怨所學(xué)習(xí)的知識(shí)毫無(wú)用武之地，然而大多數(shù)情況是學(xué)生不知如何運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)。在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí)，發(fā)揮Proteus仿真軟件靈活、直觀的特點(diǎn)，通過(guò)一些開放性的問(wèn)題，引導(dǎo)、刺激學(xué)生思考如何運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決現(xiàn)實(shí)生活中的問(wèn)題。在解決問(wèn)題的過(guò)程中，學(xué)生透過(guò)現(xiàn)象看本質(zhì)，尋找到矛盾的共性，最終由此及彼，實(shí)現(xiàn)知識(shí)的遷移。解決問(wèn)題后，會(huì)激發(fā)學(xué)生的成就感與獲得感，進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生的內(nèi)在學(xué)習(xí)熱情和動(dòng)力，形成良性的循環(huán)。

三、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)實(shí)例

比如在單片機(jī)課程中講到單片機(jī)I/O口賦值操作時(shí)，如圖1所示，可在Proteus軟件中繪制單片機(jī)控制流水燈電路，完成以下要求1至3：

1. 編寫程序使LED燈D1點(diǎn)亮1s，熄滅1s。

2. 編寫程序使LED燈D1-D8中，奇數(shù)燈與偶數(shù)燈輪流點(diǎn)亮與熄滅1s。

3. 閱讀共陰極數(shù)碼管的原理，在數(shù)碼管上顯示數(shù)字。

4. 利用所給器件，制作心形LED燈，如圖2所示。

5. 簡(jiǎn)述利用單片機(jī)控制LED燈的原理，還可實(shí)現(xiàn)什么功能？

6. 撰寫實(shí)驗(yàn)小結(jié)與感悟。

在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí)，由單個(gè)LED燈的控制過(guò)度到多個(gè)LED燈的控制，由易及難，增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)的可實(shí)施性，培養(yǎng)學(xué)生興趣，樹立其學(xué)好該課程的信心。共陰數(shù)碼管與LED燈外形相差較大，但是本質(zhì)上并無(wú)不同，由LED燈的控制過(guò)渡到數(shù)碼管的控制，引導(dǎo)學(xué)生在學(xué)習(xí)時(shí)注意把握本質(zhì)規(guī)律，實(shí)現(xiàn)知識(shí)的遷移。在通過(guò)仿真軟件理解實(shí)驗(yàn)原理后，要與電子制作相結(jié)合，理論聯(lián)系實(shí)際，提高學(xué)生的工程應(yīng)用能力。學(xué)生感受到的不在是課本上空洞的知識(shí)，作品完成時(shí)的喜悅形成學(xué)生學(xué)習(xí)的內(nèi)在動(dòng)力。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，應(yīng)有意識(shí)的引導(dǎo)學(xué)生利用所學(xué)知識(shí)解決未知問(wèn)題，培養(yǎng)學(xué)生養(yǎng)成良好的編程習(xí)慣，書寫規(guī)范的程序與文檔。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中教師可根據(jù)學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)的情況，對(duì)學(xué)生進(jìn)行考核，并記錄成績(jī)。針對(duì)學(xué)生存在的共性問(wèn)題進(jìn)行指導(dǎo)、糾正。

四、教學(xué)效果評(píng)估

為了評(píng)估改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方案對(duì)教學(xué)效果的影響，將教學(xué)效果A拆解為三個(gè)二級(jí)指標(biāo)：實(shí)驗(yàn)內(nèi)容趣味性指標(biāo)B1實(shí)驗(yàn)完成情況B2、期末考試得分B3。其中，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容趣味性指標(biāo)B1通過(guò)問(wèn)卷由學(xué)生評(píng)分，實(shí)驗(yàn)完成情況B2由實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)老師觀察學(xué)生實(shí)驗(yàn)過(guò)程，予以評(píng)分，期末考試得分B3為學(xué)生期末考試成績(jī)，各實(shí)驗(yàn)批次的考試難度盡可能相同。各指標(biāo)所占權(quán)重以及評(píng)分細(xì)則如表1所示。

歷時(shí)兩年，在蕪湖職業(yè)技術(shù)學(xué)院信息工程學(xué)院14級(jí)、15級(jí)計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)專業(yè)中各隨機(jī)抽選50名學(xué)生進(jìn)行評(píng)估。針對(duì)第i個(gè)學(xué)生的教學(xué)效果Ai的最終得分如式1：

（式1）

14級(jí)學(xué)生采用的是傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方案，而15級(jí)學(xué)生采用的是優(yōu)化后的實(shí)驗(yàn)方案。14級(jí)、15級(jí)學(xué)生各評(píng)價(jià)指標(biāo)與教學(xué)效果得分的平均值如圖3所示。

采用本文所述方法，加大思維訓(xùn)練所占比重后，實(shí)驗(yàn)的趣味性有所提升，學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的完成程度以及對(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握情況也有所提升。

五、結(jié)束語(yǔ)

人才需求多元化的形勢(shì)下，對(duì)《單片機(jī)》為代表的專業(yè)課教學(xué)提出了新要求。針對(duì)新時(shí)期學(xué)生的特點(diǎn)，應(yīng)采用多種形式相結(jié)合，組織實(shí)驗(yàn)教學(xué)，在傳授知識(shí)的基礎(chǔ)上，訓(xùn)練學(xué)生的思維，提煉出具有普遍意義的方法和思想指導(dǎo)學(xué)生的生活與日后的工作。

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