淺談單片機課程的教學改革

孫旭日 周桔蓉 豐 偉

隨著全國高職高專的課程改革,單片機課程也被納入了改革的范圍。單片機課程是專業(yè)的重點課程,其教學質(zhì)量直接影響學生專業(yè)能力。傳統(tǒng)的單片機實驗教學,是以驗證單片機理論教學內(nèi)容為目的而安排的,即以單片機的結構為主線,依照單片機課程內(nèi)容的順序布置。一般情況下,先做單片機硬件結構的認識實驗,然后是指令和軟件編程的驗證實驗,最后是一個應用實例的驗證實驗。按照這種教學結構,學生普遍覺得難學,且缺乏學習熱情,對于高職院校的學生更是如此。

改革后采用了教、學、做一體的教學法,學生學習以項目為中心,有明確的任務,能讓學生圍繞項目組織已學知識和學習資源,學習的主動性、積極性能得以發(fā)揮。項目教學法能充分調(diào)動學生的積極性、開拓同學的思維、發(fā)揮同學的潛能、培養(yǎng)同學的個性、提高協(xié)調(diào)能力,培養(yǎng)團隊精神、增強競爭意識,適應競爭激烈的社會。

一、單片機課程改革的特色

經(jīng)過多年的努力建設,本課程與國內(nèi)外同類課程相比較而言,課程設計理念與思路、教學模式新穎,針對性強,符合現(xiàn)代高職教育的新思想。課程采用了基于工作過程的教學設計思想,教學內(nèi)容以“低溫電熱烘箱”的制作過程展開,貼近實際,實用性強;教學方法與手段靈活多樣,將理論與實踐教學相結合,通過“學做一體”的教學方式,使學生在學會一項產(chǎn)品的制作后,就可學會所需要掌握的全部知識點,教學效果良好。

1.以產(chǎn)品“低溫電熱烘箱”為引導貫穿所有知識點。課程采用以產(chǎn)品“低溫電熱烘箱”為導向的、基于工作過程的教學設計思想,將整個教學過程分為單片機的最小系統(tǒng)、低溫電熱烘箱的顯示輸出、低溫電熱烘箱的鍵盤輸入、低溫電熱烘箱的溫度檢測、低溫電熱烘箱的溫度控制、低溫電熱烘箱的綜合六個情境,在每個情境下又按知識點由不同的子情境貫穿其中。將不同的項目與知識模塊相結合,打破常見的以知識體系為主線的課程內(nèi)容安排,按每個項目中所需的知識點重新組織教學。

2.以“學做一體”為教學模式,打破原有各教學方式相對獨立的格局。教學模式采用課堂理論教學和實驗室實踐教學一體化,在每引入一個新項目時,都按實物演示?邛任務下達?邛知識點講解?邛自制硬件?邛軟件設計?邛綜合調(diào)試的步驟,由教師講解和實物演示同步,讓學生主動參與,并以學生為主體、教師為指導的教學模式,將原先的教室、實驗室、實訓室合為一體,在一間教室中就可完成所有內(nèi)容的教學,突破了教學時間和空間的限制。

二、單片機課程改革的教學設計

1.明確教學任務。經(jīng)過在各廠礦和周邊地區(qū)相關企業(yè)及對畢業(yè)學生從事工作崗位的調(diào)研,我們對各種智能型的監(jiān)測、監(jiān)控系統(tǒng)中單片機應用技術的職業(yè)崗位進行分析,研究、整合出單片機應用系統(tǒng)的典型工作任務,以此為依據(jù),得出單片機技術人員應具備的知識、能力和素質(zhì)。在課程教學內(nèi)容的選取時,我們以廣告藝術燈、音樂門鈴、家用防盜密碼鎖、交通燈、廣告屏、簡易計算器、數(shù)字電壓表、數(shù)字溫度計、函數(shù)信號發(fā)生器、玩具小車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、低溫電熱烘箱11個產(chǎn)品為載體,設計了11個教學情境,將分解出來的知識點按照循序漸進的原則分別放在各部分中進行講解,由簡單到復雜地貫穿于教學內(nèi)容的全部。并將課程中所需要的,先修課程的知識,融入教學中,起到了承前啟后的作用。

在教學過程中我們以行動為導向,注重培養(yǎng)學生的職業(yè)素養(yǎng)和職業(yè)能力,增加模擬行業(yè)企業(yè)實際工作崗位的工作過程。每個學習任務以任務單的形式下發(fā)給學生,以學生為主體,教師為主導,使學生在學校的學習過程,如同在工作崗位的工作過程一樣。

2.制定計劃。隨著教學理念的更新和教學改革的深入,教學內(nèi)容、教學方法、教學手段等也在更新。我們現(xiàn)在教學內(nèi)容的設計思路是以知識為基礎,以能力為核心,構建新的實踐化課程內(nèi)容體系,確保教學內(nèi)容的合理性、實用性和先進性。

三、單片機課程改革的教學實施

項目教學法是在建構主義學習理論的影響下,通過選取“工程項目”來創(chuàng)建“情境”,通過“協(xié)作學習”的方式開展學習,以完成“工程項目”,達到“意義建構”的一種行之有效的教學方法。充分地展示現(xiàn)代職業(yè)教育“以能力為本”的價值取向,使課堂教學的質(zhì)量和效益得到大幅度的提高。計劃的實施就是對“學生為主體”的滲透,是對學生動手能力的培養(yǎng)和鍛煉。在教學上,采用了投影儀、計算機、操作臺、仿真軟件等多種設備并用的方式,讓學生能全方位、多角度地完成學習。具體教學實施方法有:多媒體課件教學;PROTEUS軟件仿真教學;產(chǎn)品現(xiàn)場制作教學。

四、單片機課程改革的考核方法

考核方法按平時考核及結業(yè)考核兩部分進行綜合完成。平時考核按項目逐一考核的方式實現(xiàn),每一項目考核分為平時表現(xiàn)、硬件考核、軟件考核、產(chǎn)品調(diào)試及現(xiàn)場答辯五項內(nèi)容。結業(yè)考核按所學項目自選的方式實現(xiàn),要求在規(guī)定時間內(nèi)完成從項目制作到軟件調(diào)試全過程。考核內(nèi)容包括硬件制作、軟件調(diào)試、功能擴展、現(xiàn)場答辯四項內(nèi)容。

1.產(chǎn)品制作的硬件考核。硬件考核主要包括產(chǎn)品的硬件電路圖的繪制,按照功能設計要求用PROTEUS軟件繪制原理圖。按照原理圖在實驗實訓臺連接好硬件電路。實驗實訓臺只是提供元件和接口,沒有提供任何連接的電路,學生按照要求找到相應的元件,按照電路圖連接電路。最后檢查電路,直到故障全部排除。這種考核提高學生對電路原理更深刻的理解;提高了學生對元器件的選型技能;提高了學生對電路的故障排除能力;提高了學生繪制電路圖的技能。

2.產(chǎn)品的軟件考核。產(chǎn)品的軟件考核包括建立單片機開發(fā)系統(tǒng)和編制調(diào)試相應的程序。我們選用的單片機的開發(fā)系統(tǒng)主要是DVCC、WAVE和KEIL等。DVCC只能把硬件和軟件聯(lián)合起來仿真;WAVE提供了軟件的單獨仿真能力,也可以結合仿真頭一起硬件仿真;KEIL具有強大的功能,能和PROTEUS一起達到軟件和硬件的計算機仿真。這種考核不僅提高了學生對軟件的調(diào)試能力,也提高了學生對軟件的編程能力。

3.產(chǎn)品的系統(tǒng)調(diào)試。產(chǎn)品的系統(tǒng)調(diào)試主要包括使用編程器將程序?qū)戇M單片機、調(diào)試組裝產(chǎn)品、產(chǎn)品的創(chuàng)新。這種考核提高了學生對產(chǎn)品的整個生產(chǎn)過程的認識;提高了學生對繪制PCB的技能;提高了學生對所涉及到的電子元器件的認識;也提高了學生對電路板的焊接技能。而這些都是傳統(tǒng)的考試很難涉及到的。

4.現(xiàn)場提問。針對學生的設計現(xiàn)場,老師當場提出相關的考核問題,一般提3個問題。這種考核方式靈活性較大,要求學生對本產(chǎn)品有較深刻的理解。

五、單片機課程改革的歸納總結

項目完成過程是學生自己探索鉆研的過程,為了能學眾人之長,項目完成后的總結相當重要。在總結中幫助學生明晰項目所訓練的內(nèi)容及最佳思考方法,找出不足,確定努力方向,并指導學生對項目進行拓展和延伸,實現(xiàn)知識和技能的遷移。在單片機教學實踐中,采用項目教學法不但使教學效果起到事半功倍的作用,更主要的是激發(fā)了學生的學習興趣,使學生在學習中充滿熱情,興趣盎然。

但是單片機課程教學做一體化的教學方法存在的問題是教學投入比較大。主要表現(xiàn)如下:

1.每次課程必須匹配兩名經(jīng)驗豐富的教師。

2.每次考核必須完成產(chǎn)品的制作。購買元器件和PCB制作費用較大。

3.校企合作項目費用較大。其中聘請企業(yè)工程師現(xiàn)場講課費用較高。

4.設備和軟件更新較快,購置成本較高。