關于高職院校單片機應用技術課程的教學改革

【摘 要】分析了高職院校單片機應用技術傳統的課程體系、教學模式、考核方式等方面存在的問題，提出重新構建基于工作過程的項目化課程體系，從單片機編程語言的選擇、教學的實施過程、教學的組織、考核方式等方面進行改革。

【關鍵詞】高職 單片機應用技術 教學改革

【中圖分類號】G【文獻標識碼】A

【文章編號】0450-9889（2012）11C-0068-03

單片機應用技術課程是應用電子技術、通信技術、電子信息工程技術、物聯網技術等弱電類專業的專業核心課程。主要是為從事機電產品、電子產品研發的行業企業培養具有單片機應用電子產品的分析、設計、調試及制作能力的助理工程師、單片機銷售助理工程師等人才。單片機應用技術課程涉及模擬電子技術、數字電子技術、傳感器技術、電路板設計技術等寬廣的電子電路基礎知識，是一門綜合性相當強的課程。由于所涉及的知識面廣、知識量多，又受到學生基礎能力、教學設備、教學條件諸多方面的制約，所以長期以來該課程的實際教學效果并不盡如人意，其中最突出的問題是課程教學內容與單片機應用技術的就業要求不一致，對學生的工程實踐能力培養不夠。學生學完單片機應用技術課程之后并不能快速融入到單片機相關電子產品的設計與開發當中。因此，必須對當前存在的問題進行認真的分析，并采取相應的措施予以解決。

一、課程體系的改革

傳統的單片機課程是依照學科知識體系，按照章節的順序來安排教學內容，其知識體系如圖1所示。各章節之間緊密聯系，環環相扣，顯得非常嚴謹。老師在教授課程內容時遵循教學大綱的要求，按部就班地安排和組織教學，老師在課堂上傳授給學生單片機相關的知識主要集中在理論層面。學生在學習過程中普遍感到老師講授的知識枯燥乏味，毫無興趣，久而久之便產生厭學情緒。很多學生在學完課程之后，頭腦還是感到一片空白，什么也沒有學會。

要培養學生濃厚的學習興趣，就要打破傳統的學科體系，重新構建“基于工作過程”的項目化課程體系。這種新的課程體系以學生的職業能力為中心，以職業活動為導向，突出能力目標；以學生為主體、老師為主導，以項目任務作為載體對學生進行能力的訓練。整合工作任務中涉及的專業知識與技能，以真實的產品作為項目載體來開展教學，讓學生在學習的過程中真正感受到日常實驗與實際產品開發的區別，并體驗行業企業對實際崗位的要求。

具體做法是：首先，課程組教師通過走訪從事單片機產品研發與生產的行業企業，回訪大批從事單片機開發與設計工作的畢業生，與兄弟院校的相關教師進行深入交流，經過認真的分析與總結，明確行業企業崗位能力目標與工作過程。其次，課程組教師與行業企業工程師對實際工作中最能涵蓋單片機應用的技術進行分析、提煉、總結，把傳統學科知識體系下的基本內容進行知識的解構，選擇合適的項目載體，對其進行重構。重構之后的課程體系必須具備趣味性、實用性、開放性、可操作性。

我院對單片機應用技術課程進行重構之后的課程體系如圖2所示。表1是每一個項目具體的設計要求，實現設計項目涉及的關鍵知識點，參考學時分配。

通過表1可以看出，經過行業企業專家和課程組老師精心挑選出的每一個項目，都是一個完整的工作過程。老師在引導學生實施設計項目的過程當中，就已經無形地將單片機應用技術這門課程的關鍵知識傳授給學生，學生在實現設計項目的過程中實踐能力得到加強。

二、開發語言的改革

匯編語音具有目標程序簡短、占用存儲空間小、執行速度快等優點，在實時性要求很高的電子產品中使用。但是不同種類的單片機采用的匯編語言是各自為政，互不相通。采用匯編語言編寫程序要求程序編寫者必須熟知所使用單片機類型的內部結構，理解種類繁多的尋址方式，熟記那些枯燥乏味的指令系統。這對于基礎差，自覺學習和自學能力不強，在校學習時間短的高職學生來說是個不小的挑戰。相比之下，C語言是一種面向對象的結構化語言，具有語言簡潔、可移植性好、可讀性強、表達能力強、表達方式靈活等特點。采用C語言編寫程序，編程者不必對單片機的硬件結構有太多深入的了解，對變量存儲單元的操作交給編譯器自動完成，降低入門學習的門檻。編程者能夠擠出更多的時間用于軟件程序的設計，加快軟件程序開發的速度，縮短產品開發的周期。因此使用C語言進行單片機程序設計是開發單片機產品的必然趨勢。我院從2007年以來就開始在單片機課程教學中引入C語言。近年來我院學生在全國和廣西開展的大學生電子設計大賽、機器人競賽中的獲獎作品大部分是用C語言開發，極少部分作品是用EDA開發軟件VHDL語言開發的。盡管這兩種開發語言不相同，但通過細心比較C語言和硬件描述語言VHDL，會發現它們具有許多相似之處。這些都表明使用C語言進行教學可以減輕學生的學習壓力，收到事半功倍的效果。

三、教學模式的改革

科學有效的教學方法和教學組織對培養學生的學習興趣至關重要。傳統單片機應用技術課程的教學分為課堂教學和實驗教學兩部分。課堂教學一般放在普通教室或多媒體教室，由授課老師講授與單片機相關的結構、概念、指令系統、程序設計等理論知識。實驗教學則是在老師講完一定量的知識點之后才組織學生到實驗室進行驗證性實驗，加深學生對所學理論知識的理解。這樣的教學人為地把學生所要學習的內容割裂開來，容易造成學生在學習理論知識的過程中思想不集中，對所學內容缺乏興趣，甚至產生厭學情緒；學生在實驗的過程中按照老師編寫的實驗指導書把程序輸入、編譯、下載，這種驗證性的實驗使學生感到毫無挑戰性，難以激發學生的成就感，學習效果不太理想。

鑒于上述原因，我院自2007年對單片機應用技術課程的教學模式進行了改革，下面就是我們的具體做法。

（一）采用“圓桌式”的分組教學

我院在創建單片機一體化實訓室時采用圓形桌子，老師在教學時，根據學生的學習情況，把動手能力強、理論基礎好的學生與動手能力相對較弱、理論基礎相對較差的學生組合在一起，每組3～4人，圍著圓形桌子就座，便于學生之間互相交流。每組設立一位組長，負責各組員的設計項目任務分配和監督組員完成設計項目的情況。老師在上課過程中，提出設計任務和設計要求，并用實物進行演示，讓學生從感性上明確設計項目所要達到的目標。學生接到設計項目任務后，按照設計項目要求，以小組為單位制定完成設計項目的實施計劃，包括資料的查找、任務分工、完成項目的時間等。老師在授課過程中逐步引導學生去思考如何完成設計項目，將完成項目所需的關鍵理論知識點進行分析和講解并傳授給學生。學生完成設計項目后，老師及時檢查學生對設計項目的實施情況，讓每一組學生把自行設計的項目作品拿出來進行展示，相互進行比較，找出差距。同時老師分別讓各組成員到講臺匯報實施設計項目過程中遇到的問題和解決方法，便于各組之間的相互借鑒和交流，達到共同提高的目的。各組要分別撰寫設計報告和設計項目作品使用說明書。通過這種教學方式，鍛煉了學生發現問題、分析問題、解決問題的能力；培養了學生團隊協作的精神；訓練了學生敢于在公眾場合發言，提高了學生的語言表達能力。

（二）開展“師徒制”培養模式

“師徒制”培養模式主要是由授課老師從授課班級中挑選出少數學習能力較強的學生，利用課余時間對他們進行強化訓練和指導，并讓他們參與到老師所從事的相關單片機電子產品開發工程項目中。這種培養模式能夠激發出這些學生的自我學習和自主創新的潛能，拓展他們的知識面，工程項目開發實踐能力也得到大幅度的提升。之后，授課老師又讓這些學生充當自己的助手，去幫助指導其他學習能力稍微差一些的學生。實踐證明，這種培養模式能獲得良好的教學效果。

（三）開展形式多樣的競賽活動

相當多的學生在完成單片機應用技術課程的學習之后，仍然會發現自己的單片機產品開發水平與從事該行業工作所需要的知識和技能還是存在不小的差距。造成差距的原因主要是學生在課堂上所訓練的項目綜合性不強，涉及的知識點相對較為簡單。而該行業需要的是具有實實在在的單片機產品開發經驗的人才，這種開發經驗單靠課堂上的訓練是培養不出來的。因此必須組織一些學有余力的學生參加與單片機技術相關的競賽活動，如大學生電子設計大賽、機器人競賽、嵌入式系統競賽等。這些競賽的題目通常反映當前行業企業的技術熱點，具有很強的綜合性、技術性和挑戰性。參賽學生在指導老師的指導下，完成設計方案的制訂、電路設計與制作、程序編寫與調試、性能指標測試、設計報告撰寫等。學生通過參加競賽活動，體驗單片機產品開發的實際過程，培養創新精神和創新能力；培養吃苦耐勞的精神；鍛煉了意志力，強化了團隊協作能力。

四、考核方式的改革

考核旨在客觀、公平、公正地評價學生對所學課程的掌握程度，科學、合理的考核方式可以激發學生學習的動力，提高教學效果。傳統單片機應用技術課程采用期末統一筆試的考核方式，這種考核方式側重于學生的理論知識，對學生的實踐能力及設計和開發單片機相關電子產品的能力考核無法體現出來，因此必須摒棄這種單純的筆試考核方式。我院根據實際情況，設置該課程的期末成績=平時成績×10%+綜合訓練成績×60%+期末理論考試成績×30%，其中綜合訓練成績=項目設計態度×10%+項目設計報告×25%+項目具體功能實現×45%+答辯成績×20%。這種考核方式從學生的設計態度、資料收集能力、工程技術應用能力、設計報告撰寫能力、語言表達能力等方面進行全方位的考核，有助于強化學生分析和解決實際工程問題的能力，有助于培養學生的創新意識和創新精神，加強學生的團隊協作意識。

五、教學改革的效果

我院自2007年開始，對單片機應用技術課程從教學場地、教學設施、教材、教學模式、考核方式等方面進行了改革，幾年來取得十分明顯的教學效果。教學課堂氣氛不再沉悶，學生學習的主動性、積極性得到極大的提高；學生的工程實踐能力、創新能力、團隊協作能力等綜合素質得到了加強。同時經過改革之后，對任課老師的要求更高，促使教師積極開展課題研究，不斷充實自己的知識。

課程教學改革是一個永無止境的過程，在教學改革的過程中也會出現不少新的問題，這就要求老師在不斷提高自身專業技能的同時還要繼續探索新的教育教學理論，優化教學內容，創新教學方法。

【參考文獻】

[1]于莉.高職單片機教學改革的研究與實踐[J].高教論壇，2010（11）

[2]何乃味.高職“現代EDA技術”的案例實戰教學模式研究[J].柳州職業技術學院學報，2012（2）

[3]鄧文娟，朱兆優，王嵩.探索單片機教學改革提高學生工程實踐能力[J].東華理工大學學報（社會科學版），2010（4）

[4]張宗璐.探索高職院校的單片機教學改革[J].長春教育學院學報，2011（10）

[5]石建國，王麗娟，羅朗等.以工程素質培養為目標的單片機教學改革探索[J].茂名學院學報，2009（3）

[6]周興華.手把手教你學AVR單片機C程序設計[M].北京：北京航空航天大學出版社，2009

[7]黃力.現代EDA技術教學方法改革與創新探索[J].大眾科技，2012（6）

【基金項目】2010年柳州職業技術學院教學質量與教學改革工程第三批立項項目（2010-A036）

【作者簡介】何乃味（1977- ），男，理學學士，柳州職業技術學院講師，研究方向：應用電子技術及嵌入式系統教學。

（責編 丁 夢）