淺析高職單片機(jī)技術(shù)課程教學(xué)策略

劉天旺

（北海職業(yè)學(xué)院，廣西 北海 536000）

1 高職單片機(jī)技術(shù)課程教學(xué)現(xiàn)狀

單片機(jī)技術(shù)作為現(xiàn)代電子技術(shù)的基礎(chǔ)，已經(jīng)在各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。高職院校許多工科專業(yè)，如應(yīng)用電子技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、工業(yè)機(jī)器人技術(shù)、電氣自動(dòng)化技術(shù)和機(jī)電一體化技術(shù)等專業(yè)，一般都開(kāi)設(shè)單片機(jī)技術(shù)課程，而且是各專業(yè)的核心課程。然而根據(jù)調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，目前高職單片機(jī)技術(shù)課程教學(xué)存在以下幾個(gè)亟需解決的問(wèn)題。

1.1 學(xué)習(xí)編程工具選用不合適

目前單片機(jī)技術(shù)課程教學(xué)使用的編程工具是Keil專業(yè)單片機(jī)開(kāi)發(fā)平臺(tái)。Keil 專業(yè)單片機(jī)開(kāi)發(fā)平臺(tái)，英文本色，使用漢化版本，也只是少數(shù)菜單漢化，英文本色不會(huì)改變；語(yǔ)言難學(xué)，無(wú)論是C 語(yǔ)言，還是匯編語(yǔ)言，對(duì)高職生來(lái)說(shuō)都不是容易的事情；操作復(fù)雜，即使是編制一個(gè)很簡(jiǎn)單的程序，都要經(jīng)過(guò)一系列復(fù)雜操作才能完成。

另外，使用Keil 編寫單片機(jī)的控制程序，必須先要“推翻”三座“大山”：理解近百個(gè)抽象字符指令的用法、牢記字符指令關(guān)鍵字的拼寫和熟悉字符編程的語(yǔ)法規(guī)則。要在短短幾十個(gè)課時(shí)的時(shí)間里“推翻”這三座“大山”，實(shí)屬是一件很不容易辦到的事情。

因此，對(duì)于高職學(xué)生或其他初學(xué)者，選擇Keil 作為入門學(xué)習(xí)的工具，顯然不是很合適的。

1.2 學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣普遍不高

目前大多數(shù)高職院校的生源90%以上來(lái)自中職畢業(yè)生，這部分學(xué)生的特點(diǎn)是對(duì)感興趣的事情會(huì)積極地、主動(dòng)地去完成，對(duì)不感興趣的事情會(huì)敷衍應(yīng)付甚至不聞不問(wèn)。除此之外就是通過(guò)單招考試錄取的高中畢業(yè)生，當(dāng)然偶爾會(huì)有個(gè)別是通過(guò)參加高考錄取的高中畢業(yè)生?；蛟S因?yàn)槲目粕鷧⒓痈呖急槐究圃盒ｄ浫〉碾y度較大，所以高職院校所錄取的高中畢業(yè)生多數(shù)是文科生。無(wú)論是高中文科畢業(yè)生，還是非工科類中職畢業(yè)生，當(dāng)他們學(xué)習(xí)工科類課程時(shí)，都會(huì)有比較強(qiáng)烈違和感，從而直接影響學(xué)生對(duì)課程學(xué)習(xí)的興趣。

學(xué)習(xí)興趣對(duì)學(xué)習(xí)效果的影響是有共識(shí)的。因此，必須從教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)、教學(xué)活動(dòng)組織和教學(xué)評(píng)價(jià)等多個(gè)維度，采取有效的教學(xué)策略，才能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，確保課程教學(xué)實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)。

1.3 學(xué)生抽象思維能力比較弱

一般來(lái)說(shuō)，職業(yè)院校學(xué)生喜歡直觀形象的、簡(jiǎn)單模仿操作課程，而不喜歡計(jì)算思維和邏輯思維訓(xùn)練課程。由于學(xué)習(xí)過(guò)程中沒(méi)有重視計(jì)算思維和邏輯思維訓(xùn)練，因此職業(yè)院校學(xué)生的抽象思維能力普遍比較弱。而單片機(jī)技術(shù)課程是一門技術(shù)技能綜合型課程，不僅課程內(nèi)容抽象，如CPU、控制器、運(yùn)算器、數(shù)據(jù)總線、地址總線等抽象概念，而且編寫控制程序還需要有一定的邏輯思維能力才能完成。

如何化抽象為形象、化復(fù)雜為簡(jiǎn)潔，幫助學(xué)生降低學(xué)習(xí)難度，突破課程教學(xué)難點(diǎn)，是單片機(jī)技術(shù)課程教學(xué)亟須解決的問(wèn)題之一。否則，課程的教學(xué)和學(xué)習(xí)，不但不能讓學(xué)生體驗(yàn)到學(xué)習(xí)成功的喜悅，反而讓學(xué)生一次次承受學(xué)習(xí)失敗的痛苦。“失敗乃成功之母。”對(duì)于意志堅(jiān)強(qiáng)者來(lái)說(shuō)或許是正確的，但對(duì)于意志脆弱者來(lái)說(shuō)就不一定正確啦。

1.4 教學(xué)班學(xué)生基礎(chǔ)參差不齊

目前高職單片機(jī)技術(shù)課程教學(xué)班的學(xué)生組成真可謂“海納百川”，既有已經(jīng)學(xué)習(xí)過(guò)單片機(jī)課程的機(jī)電類專業(yè)中職畢業(yè)生，又有連“單片機(jī)”名稱都未聽(tīng)說(shuō)過(guò)的非工科類（如學(xué)前教育）中職畢業(yè)生，還有極個(gè)別高中文科或理科畢業(yè)生。可見(jiàn)，同一個(gè)教學(xué)班中不同的學(xué)生學(xué)習(xí)單片機(jī)的基礎(chǔ)是不同的，甚至相差比較大。

作為任課教師重新調(diào)整教學(xué)班學(xué)生的組成是不現(xiàn)實(shí)的，唯獨(dú)能做的是采用行之有效的教學(xué)方法和教學(xué)策略實(shí)施教學(xué)，讓不同基礎(chǔ)的學(xué)生在相同的教學(xué)環(huán)境下都能取得進(jìn)步，實(shí)現(xiàn)課程教學(xué)目標(biāo)。

2 編程圖形化、內(nèi)容興趣化、知識(shí)遷移化、研學(xué)實(shí)踐化和教學(xué)層次化有效教學(xué)策略

2.1 降低門檻，便捷入門

能否挑選到一款適合初學(xué)者入門學(xué)習(xí)的編程工具（軟件），直接決定了高職單片機(jī)技術(shù)課程教學(xué)和學(xué)習(xí)的成敗。天問(wèn)BLOCK 是國(guó)內(nèi)公司研發(fā)出來(lái)的一款單片機(jī)編程工具（軟件）。天問(wèn)BLOCK，中文本色，不會(huì)給國(guó)內(nèi)學(xué)生帶來(lái)語(yǔ)言障礙；直觀易學(xué)，它將生澀難懂的字符指令圖形化為指令圖塊，而且沒(méi)有復(fù)雜的語(yǔ)法規(guī)則；操作簡(jiǎn)單，編程時(shí)只需要將一個(gè)個(gè)直觀的指令圖塊，拖拽到編程區(qū)中并且按照一定的控制邏輯“搭”起來(lái)，就能編制出具有一定控制功能的程序塊。天問(wèn)BLOCK，讓復(fù)雜的、枯燥的編程作業(yè)變得簡(jiǎn)單而且有趣。

因此，選擇天問(wèn)BLOCK 作為初學(xué)時(shí)的編程工具（軟件），不僅可以降低入門門檻，讓學(xué)生輕松邁入單片機(jī)的“神秘世界”，而且將枯燥、抽象的編程作業(yè)轉(zhuǎn)變成象“搭”積木一樣的游戲，適合習(xí)慣“玩中學(xué)，學(xué)中玩”[1]的職業(yè)院校學(xué)生。

2.2 多措并舉，激發(fā)興趣

愛(ài)因斯坦曾說(shuō)：“興趣是最好的老師?！标P(guān)注并挖掘職業(yè)院校學(xué)生的興趣和愛(ài)好，對(duì)于做好當(dāng)前的職業(yè)教育工作尤其顯得重要。因此，開(kāi)展單片機(jī)技術(shù)課程教學(xué)，要多措并舉，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。

（1）學(xué)以致用，激發(fā)興趣。充分利用課程認(rèn)知活動(dòng)環(huán)節(jié)，組織學(xué)生實(shí)地參觀校內(nèi)、校外單片機(jī)應(yīng)用工程實(shí)例，如絢麗多彩的廣告顯示牌、忙而有序的十里路口交通信號(hào)燈，以及城市各種美化亮化工程。學(xué)以致用、用以促學(xué)、學(xué)用相長(zhǎng)[2]，當(dāng)然可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

（2）內(nèi)容精彩，激發(fā)興趣。精心設(shè)計(jì)每一次課的授課內(nèi)容，將枯燥、抽象的課程內(nèi)容以生動(dòng)、形象的形式呈現(xiàn)，不僅可以降低學(xué)習(xí)的難度，而且可以提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。例如，將“單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)”課程內(nèi)容設(shè)計(jì)成為一個(gè)“和諧大家庭”[3]，如表1 所示，并由學(xué)生角色扮演在課堂上展示；又如，把“I/O 口結(jié)構(gòu)和原理”設(shè)計(jì)成：點(diǎn)亮愛(ài)“?”或控制愛(ài)“?”閃爍，并將仿真運(yùn)行結(jié)果制作成GIF 動(dòng)圖，發(fā)送給自己的知“?”朋友。

表1 單片機(jī)“和諧大家庭”

（3）成果前置，激發(fā)興趣。將每一次課的學(xué)習(xí)成果提前在課堂中展示，能夠提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和意志。例如，在學(xué)習(xí)“16×16 點(diǎn)陣移動(dòng)顯示廣告牌”項(xiàng)目時(shí)，教師可以先將學(xué)習(xí)成果展示出來(lái)：一個(gè)16×16 的點(diǎn)陣屏廣告牌，從左至右移動(dòng)、循環(huán)顯示“★無(wú)奮斗不青春無(wú)磨練不精彩★”勵(lì)志語(yǔ)。

（4）師生互評(píng)，激發(fā)興趣。在傳統(tǒng)的課堂教學(xué)活動(dòng)中，學(xué)生總是處于被人評(píng)價(jià)的“尷尬”位置，當(dāng)然對(duì)課堂教學(xué)活動(dòng)索然寡味。要提高學(xué)生參與課堂教學(xué)活動(dòng)的積極性和興趣，就必須創(chuàng)新課堂教學(xué)評(píng)價(jià)方式，不僅注重教師對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)情況和學(xué)習(xí)效果的評(píng)價(jià)，而且重視學(xué)生對(duì)教師教學(xué)情況和教學(xué)效果的評(píng)價(jià)。教學(xué)實(shí)踐表明：平等和諧的師生互評(píng)，有利于促進(jìn)學(xué)生提高學(xué)習(xí)的興趣。

2.3 遷移認(rèn)知，領(lǐng)會(huì)新知

在單片機(jī)技術(shù)課程學(xué)習(xí)過(guò)程中，對(duì)抽象概念的理解成為培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新應(yīng)用知識(shí)解決問(wèn)題的一大障礙。在教學(xué)課時(shí)有限的情況下，讓學(xué)生更深刻地理解單片機(jī)控制技術(shù)的相關(guān)知識(shí)，需要教師深度挖掘?qū)W生已有的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)鏈接，完成認(rèn)知的遷移。

美國(guó)著名認(rèn)知教育心里學(xué)家戴維·奧蘇貝爾認(rèn)為，一切有意義的學(xué)習(xí)都是在原有認(rèn)知結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上產(chǎn)生的，不受原有認(rèn)知結(jié)構(gòu)影響的有意義學(xué)習(xí)是不存在的。例如，定時(shí)/計(jì)數(shù)器是單片機(jī)內(nèi)部的一個(gè)重要資源，利用它可以得到一個(gè)精度比較高的定時(shí)時(shí)間。但如何編寫程序才能充分發(fā)揮它的效能？對(duì)于這個(gè)問(wèn)題，學(xué)生往往百思不得其解。此時(shí)，教師應(yīng)該及時(shí)引導(dǎo)學(xué)生，將日常鬧鐘使用方法（經(jīng)驗(yàn)）遷移到編寫定時(shí)/計(jì)數(shù)器控制程序（新知），如圖1 所示。這種遷移認(rèn)知的教學(xué)策略，會(huì)收獲到意想不到的教學(xué)效果。

圖1 從鬧鐘使用方法遷移到定時(shí)/計(jì)數(shù)器編程

學(xué)習(xí)的過(guò)程，就是運(yùn)用已知去探究未知的過(guò)程。遷移認(rèn)知的學(xué)習(xí)策略，可以促進(jìn)學(xué)生對(duì)新知識(shí)的理解和記憶，同時(shí)還可以讓學(xué)生明白事物之間相互關(guān)聯(lián)的道理，從而引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)構(gòu)建、拓展認(rèn)知體系和知識(shí)體系。

2.4 研學(xué)實(shí)踐，突破難點(diǎn)

使用天問(wèn)BLOCK 圖形化編程軟件，讓編程就如玩積木一樣容易上手，但編程的難點(diǎn)依然沒(méi)有突破。例如，點(diǎn)陣顯示廣告牌是如何實(shí)現(xiàn)橫向移動(dòng)、循環(huán)顯示漢字或其他字符信息？其底層的控制邏輯是什么？諸多問(wèn)題未解，當(dāng)然無(wú)從下手編寫系統(tǒng)控制程序。毛澤東在《實(shí)踐論》中指出：“認(rèn)識(shí)從實(shí)踐始，經(jīng)過(guò)實(shí)踐得到的理論的認(rèn)識(shí)，還須再回到實(shí)踐去[4]?！?/p>

認(rèn)識(shí)既然從實(shí)踐開(kāi)始，當(dāng)問(wèn)題百思不得其解時(shí)，不如直接參加實(shí)踐，在實(shí)踐中尋求問(wèn)題的答案。因此，組織學(xué)生來(lái)到校園內(nèi)點(diǎn)陣顯示廣告牌現(xiàn)場(chǎng)研學(xué)。經(jīng)過(guò)學(xué)生現(xiàn)場(chǎng)觀摩、教師實(shí)時(shí)引導(dǎo)和師生共同討論，取得以下3 個(gè)方面的收獲。

（1）點(diǎn)陣屏逐列掃描、顯示每一列的信息，人眼看到的也應(yīng)該是一列信息而不是一幀完整的圖像，為什么我們實(shí)際看到的是一幅完整的、絢麗的圖像？原來(lái)這是人眼視覺(jué)暫留特性綜合作用的結(jié)果，只要保證依次掃描一遍點(diǎn)陣屏的所有列，所消耗的時(shí)間足夠短（一般要求小于200ms），那么在人眼中就會(huì)綜合呈現(xiàn)一幀完整的圖像。掌握了點(diǎn)陣屏掃描顯示工作原理后，及時(shí)引導(dǎo)學(xué)生自主繪制控制流程圖。

（2）如果第i 幀圖像僅僅掃描、顯示一遍，那么這幀圖像在人眼中呈現(xiàn)的時(shí)間僅有幾十毫秒時(shí)間。如此之短的時(shí)間，或許人的大腦還來(lái)不及反應(yīng)，圖像就消失了。因此為了能夠看清楚圖像，必須將它重復(fù)多次掃描、顯示（如20 次）。這個(gè)環(huán)節(jié)的控制邏輯比較簡(jiǎn)單，只需要循環(huán)20 次調(diào)用“第i 幀圖像掃描、顯示一遍的函數(shù)”就可以達(dá)到目的。雖然簡(jiǎn)單，但依然要求學(xué)生把控制流程圖畫(huà)出來(lái)。

（3）要產(chǎn)生移動(dòng)顯示的效果，必須先將要顯示漢字拆分成若干幀圖像，拆分出來(lái)后再?gòu)牡? 幀圖像開(kāi)始依次掃描顯示各幀圖像，就可以實(shí)現(xiàn)移動(dòng)顯示的效果。這個(gè)環(huán)節(jié)的控制邏輯也不復(fù)雜，循環(huán)若干次（=幀數(shù)）調(diào)用“第i 幀圖像掃描顯示20 次函數(shù)”就可以實(shí)現(xiàn)控制功能。例如，從左至右移動(dòng)顯示“★無(wú)奮斗不青春無(wú)磨練不精彩★”，可以拆分出16×14=224 幀圖像，則必須循環(huán)224 次調(diào)用“第i 幀圖像掃描顯示20 次函數(shù)”。

研學(xué)實(shí)踐，不僅可以突破教學(xué)的難點(diǎn)，而且還能引導(dǎo)學(xué)生樹(shù)立科學(xué)探究精神，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新應(yīng)用知識(shí)解決問(wèn)題的能力。

2.5 分層教學(xué)，共同進(jìn)步

教學(xué)班學(xué)生基礎(chǔ)參差不齊，是目前單片機(jī)技術(shù)課程教學(xué)存在的主要問(wèn)題之一。為切實(shí)做到“各取所需”和“各盡所能”，實(shí)現(xiàn)課程學(xué)習(xí)的共同進(jìn)步，有效的教學(xué)策略是分層教學(xué)。因?yàn)闊o(wú)論對(duì)哪一門學(xué)科，分層教學(xué)都是較為理想的教學(xué)模式[5]。

高職單片機(jī)技術(shù)課程能夠順利開(kāi)展分層教學(xué)關(guān)鍵是：選則一款合適的編程工具（軟件）。天問(wèn)BLOCK 工具（軟件），具有入門級(jí)別功能（圖形化編程）、進(jìn)階級(jí)別功能（圖形化程序自動(dòng)轉(zhuǎn)為C 語(yǔ)言字符程序）和專業(yè)級(jí)別功能（C 語(yǔ)言字符編程），完全可以滿足不同學(xué)生的不同需求：對(duì)于初學(xué)者或暫時(shí)不具備編程基礎(chǔ)的學(xué)生，可以運(yùn)用入門級(jí)別功能進(jìn)行圖形化編程學(xué)習(xí)和練習(xí)；對(duì)于略有基礎(chǔ)但不熟練的學(xué)生，可以使用進(jìn)階級(jí)別功能，先進(jìn)行圖形化編程，然后對(duì)照分析自動(dòng)生成的字符程序，促進(jìn)編程能力進(jìn)階；對(duì)于編程基礎(chǔ)比較好的學(xué)生，可以使用字符編程功能進(jìn)行編程學(xué)習(xí)和練習(xí)。

因此，選用天問(wèn)BLOCK 工具（軟件）可以滿足高職單片機(jī)技術(shù)課程分層教學(xué)的要求。教學(xué)實(shí)踐表明：如果不考慮分析系統(tǒng)控制邏輯障礙的影響（如事先制定系統(tǒng)控制流程），那么一個(gè)教學(xué)班的絕大部分學(xué)生都能夠把系統(tǒng)的控制程序編寫出來(lái)，實(shí)現(xiàn)了課程學(xué)習(xí)共同進(jìn)步的愿景。只可惜系統(tǒng)控制邏輯的分析是無(wú)法避免的，因?yàn)樗仁蔷幊痰闹攸c(diǎn)，更是編程的難點(diǎn)。

3 結(jié)語(yǔ)

在高職單片機(jī)技術(shù)課程教學(xué)中，教師要特別關(guān)注教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)活動(dòng)的設(shè)計(jì)是否有助于學(xué)生的抽象思維活動(dòng)，培養(yǎng)學(xué)生編程的素養(yǎng)；充分考慮單片機(jī)技術(shù)學(xué)科的特點(diǎn)以及教學(xué)班的學(xué)情，結(jié)合具體的教學(xué)目標(biāo)以及職業(yè)（崗位）目標(biāo)，靈活運(yùn)用有效的教學(xué)策略，改善學(xué)生對(duì)單片機(jī)技術(shù)課程的情感態(tài)度，在兼顧趣味性的同時(shí)，使學(xué)生創(chuàng)新應(yīng)用知識(shí)解決問(wèn)題的能力得到提升。