虛實(shí)結(jié)合在單片機(jī)項(xiàng)目教學(xué)中的應(yīng)用

【摘 要】本文在分析單片機(jī)項(xiàng)目教學(xué)現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，針對單片機(jī)技術(shù)工程性和實(shí)踐性強(qiáng)的特點(diǎn)，從項(xiàng)目選取、內(nèi)容構(gòu)建、教學(xué)實(shí)施和過程評價等方面探索了虛實(shí)一體化課程開發(fā)的實(shí)施策略。

【關(guān)鍵詞】虛實(shí)結(jié)合 單片機(jī) 項(xiàng)目教學(xué)

【中圖分類號】G712 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】1674—4810（2012）18—0042—02

單片機(jī)課程屬于一門多基礎(chǔ)重應(yīng)用的實(shí)踐性學(xué)科，在高校通常作為電子信息、電氣和機(jī)電一體化等專業(yè)的主干課程開設(shè)。從實(shí)際教學(xué)效果看，學(xué)生普遍感到難學(xué)，主要表現(xiàn)在課程內(nèi)容抽象、匯編語言難以掌握、與其他課程的關(guān)聯(lián)度大等方面，教學(xué)過程極易陷入難教難學(xué)的境地并形成惡性循環(huán)，各高校也一直在為解決該問題進(jìn)行著積極探索。

一 單片機(jī)課程項(xiàng)目教學(xué)現(xiàn)狀

目前，用于單片機(jī)課程的項(xiàng)目教學(xué)法主要有以下兩種模式。一種是計(jì)算機(jī)配合實(shí)驗(yàn)箱完成一定數(shù)量的實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練，所用的元器件、線路板均已事先備好，學(xué)生所做的工作只是接線和編程下載觀察運(yùn)行效果，項(xiàng)目主要以驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主。由于硬件設(shè)備的局限性，學(xué)生所得到的訓(xùn)練是片面和局部的，沒有體現(xiàn)單片機(jī)技術(shù)的工程應(yīng)用特點(diǎn)，不利于調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)積極性和解決實(shí)際問題的能力，難以發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)造力，以至于許多學(xué)生學(xué)完該課程后仍不會自行編寫程序，更不會擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)或設(shè)計(jì)一個新的內(nèi)容。另一種是采用以純虛擬仿真代替真實(shí)項(xiàng)目的教學(xué)模式，仿真技術(shù)可以提高教學(xué)效率、改善教學(xué)效果，使項(xiàng)目的設(shè)計(jì)和實(shí)施變得靈活多樣，學(xué)生也可以完全自主地做一些擴(kuò)展設(shè)計(jì)，不受硬件條件的制約，有助于培養(yǎng)學(xué)生的設(shè)計(jì)能力和多學(xué)科綜合應(yīng)用能力。但純虛擬仿真不讓學(xué)生接觸實(shí)物，不利于培養(yǎng)學(xué)生的動手能力和實(shí)踐技能水平，實(shí)操能力很難得到有效鍛煉。

二 虛實(shí)結(jié)合的教學(xué)設(shè)計(jì)

單片機(jī)課程的學(xué)習(xí)過程實(shí)質(zhì)上是一個以單片機(jī)為工具進(jìn)行嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的過程，圍繞單片機(jī)技術(shù)應(yīng)用這一核心，將一個個知識點(diǎn)按照學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律由易到難地融合到教學(xué)項(xiàng)目，每一個項(xiàng)目又分解為若干任務(wù)。項(xiàng)目教學(xué)的目的是提高學(xué)生單片機(jī)技術(shù)綜合應(yīng)用能力，項(xiàng)目在實(shí)施過程中采取虛實(shí)結(jié)合的實(shí)踐方式。實(shí)物操作環(huán)節(jié)利用硬件資源實(shí)訓(xùn)完成，根據(jù)學(xué)校教學(xué)設(shè)備的情況，可安排在萬能實(shí)驗(yàn)板上焊接制作完成或在實(shí)驗(yàn)箱上完成。編程和虛擬仿真利用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)，利用虛擬技術(shù)強(qiáng)大的資源優(yōu)勢，彌補(bǔ)硬件不足、實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限的缺陷，使學(xué)生有了設(shè)計(jì)想法能立即轉(zhuǎn)化成實(shí)踐，提高學(xué)習(xí)效率。通過虛實(shí)結(jié)合的項(xiàng)目實(shí)例教學(xué)，讓學(xué)生體會到單片機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、編程、仿真和調(diào)試的整體工作過程，提高綜合技能水平。

1.虛實(shí)結(jié)合項(xiàng)目的選取原則

項(xiàng)目教學(xué)的關(guān)鍵在于項(xiàng)目內(nèi)容的選取，要以單片機(jī)技術(shù)應(yīng)用為主線，分層次精心編寫項(xiàng)目內(nèi)容。項(xiàng)目所涉及的知識和技能應(yīng)符合人才培養(yǎng)方案的要求，既要包含基本的教學(xué)知識點(diǎn)，又要與生產(chǎn)實(shí)際相關(guān)，實(shí)用性強(qiáng)。項(xiàng)目與項(xiàng)目之間既是以相互獨(dú)立的完整工作過程體現(xiàn)，又滿足知識由簡單到復(fù)雜、逐步遞進(jìn)的認(rèn)知規(guī)律。項(xiàng)目內(nèi)容難度不應(yīng)過大，否則會影響學(xué)生的積極性和自信心。注意虛擬仿真項(xiàng)目與實(shí)物操作項(xiàng)目之間的關(guān)聯(lián)，實(shí)物制作項(xiàng)目應(yīng)是學(xué)生比較熟悉，容易上手的小系統(tǒng)應(yīng)用項(xiàng)目，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)虛擬仿真項(xiàng)目，可以讓學(xué)生熟悉虛實(shí)結(jié)合的特點(diǎn)，掌握基本的操作方法，又可在原有基礎(chǔ)上做一些擴(kuò)展應(yīng)用設(shè)計(jì)，以此激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維。

2.虛實(shí)結(jié)合項(xiàng)目的內(nèi)容構(gòu)建

項(xiàng)目內(nèi)容構(gòu)建是項(xiàng)目教學(xué)實(shí)施的基礎(chǔ)，在項(xiàng)目內(nèi)容選取上，體現(xiàn)單片機(jī)應(yīng)用產(chǎn)品完整的開發(fā)工作過程，積極吸收行業(yè)企業(yè)新技術(shù)、引入新器件，不斷將新的應(yīng)用融入到實(shí)踐教學(xué)中，滿足對學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，提高就業(yè)競爭力。例如，棗莊科技職業(yè)學(xué)校的電氣自動化專業(yè)單片機(jī)課程虛實(shí)結(jié)合項(xiàng)目（描述如圖1所示），項(xiàng)目數(shù)為六個，按照由淺到深、由簡單到復(fù)雜的遞進(jìn)關(guān)系組織，涵蓋了單片機(jī)所有的硬件結(jié)構(gòu)，包括內(nèi)部存儲器、輸入/輸出接口電路、中斷系統(tǒng)、定時/計(jì)數(shù)器，以及串行通信，最后安排綜合應(yīng)用設(shè)計(jì)，讓學(xué)生從總體上了解系統(tǒng)級開發(fā)流程。所有項(xiàng)目均能在實(shí)驗(yàn)箱和仿真平臺上虛實(shí)結(jié)合完成。前面的學(xué)習(xí)項(xiàng)目是后續(xù)項(xiàng)目的基礎(chǔ)，后面的項(xiàng)目是前面項(xiàng)目的提升，符合學(xué)生認(rèn)知特點(diǎn)、職業(yè)成長規(guī)律和教育教學(xué)規(guī)律。

圖1 單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)課程項(xiàng)目設(shè)置

3.虛實(shí)結(jié)合的項(xiàng)目實(shí)施

每一個學(xué)習(xí)項(xiàng)目都是一個完整的工作過程，為了項(xiàng)目實(shí)施過程的連續(xù)性和完整性，根據(jù)項(xiàng)目難易程度選定半天或一天時間進(jìn)行集中教學(xué)。上課地點(diǎn)選在一體化計(jì)算機(jī)機(jī)房。利用計(jì)算機(jī)搭建系統(tǒng)開發(fā)與虛擬仿真平臺，結(jié)合現(xiàn)有單片機(jī)實(shí)驗(yàn)箱組成虛實(shí)結(jié)合、理實(shí)一體的實(shí)踐教學(xué)平臺。

在教學(xué)項(xiàng)目實(shí)施過程中，學(xué)生是學(xué)習(xí)的主體，教師則主要負(fù)責(zé)引導(dǎo)學(xué)生主動探究。從實(shí)際的單片機(jī)開發(fā)工作抽象出項(xiàng)目教學(xué)實(shí)施步驟，以實(shí)際工程項(xiàng)目的開發(fā)流程為主線開展教學(xué)。如圖2所示，整個教學(xué)按照資訊、計(jì)劃、決策、實(shí)施、檢查、評估六個步驟實(shí)施。具體地講，資訊即是發(fā)揮教師的主導(dǎo)作用，引導(dǎo)學(xué)生明確本次學(xué)習(xí)任務(wù)，分解任務(wù)目標(biāo)，進(jìn)入當(dāng)前知識點(diǎn)學(xué)習(xí)。然后由學(xué)生分組討論制訂實(shí)施方案，經(jīng)過匯總選出合適的方案進(jìn)入到實(shí)施過程。在這一階段要充分發(fā)揮學(xué)生的主體作用，注重引導(dǎo)學(xué)生獨(dú)立思考，對知識點(diǎn)自行理解和消化，最終完成項(xiàng)目展示。

需要注意的是，每一個項(xiàng)目的完成都離不開虛實(shí)結(jié)合的方法，即軟件仿真與硬件調(diào)試（在學(xué)生拓展創(chuàng)新設(shè)計(jì)和綜合應(yīng)用項(xiàng)目中，由于硬件條件限制使用全仿真完成），所以對

Keil軟件和Proteus仿真軟件的學(xué)習(xí)將貫穿于整個教學(xué)過程，并且隨著項(xiàng)目內(nèi)容的深入，對軟件工具的學(xué)習(xí)也將越來越深入，其優(yōu)勢也將越來越明顯，學(xué)生可以做更多的創(chuàng)新設(shè)計(jì)，有助于培養(yǎng)學(xué)生的探索精神和創(chuàng)新能力。

4.學(xué)習(xí)過程評價

在以往的實(shí)踐教學(xué)中，多采用期末考核評價的方式，既不利于提高實(shí)踐教學(xué)的質(zhì)量，又不利于培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)。應(yīng)當(dāng)更加關(guān)注學(xué)生完成項(xiàng)目的整個過程，因?yàn)閷W(xué)生各種能力的鍛煉和培養(yǎng)是在學(xué)習(xí)過程中實(shí)現(xiàn)的，同時學(xué)生的思想和行為在項(xiàng)目活動過程中也會表露出來。

圖2 教學(xué)項(xiàng)目的分解與實(shí)施

三 虛實(shí)結(jié)合教學(xué)效果分析

采用虛實(shí)結(jié)合的單片機(jī)項(xiàng)目教學(xué)，打破了理論教學(xué)與實(shí)踐的界限，課堂教學(xué)從原來的教室搬至單片機(jī)實(shí)訓(xùn)中心，結(jié)合單片機(jī)實(shí)驗(yàn)箱、計(jì)算機(jī)仿真平臺和網(wǎng)上課程資源優(yōu)勢，將“教、學(xué)、做、評”融為一體，為學(xué)生自主學(xué)習(xí)提供了保障。在具體的工程項(xiàng)目實(shí)施過程中，實(shí)物操作為學(xué)生了解單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)打開了大門，而虛擬仿真具有強(qiáng)大的資源優(yōu)勢和方便靈活的特點(diǎn)，使學(xué)生工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力得到鍛煉。當(dāng)學(xué)生展示自己的作品時，臉上總是洋溢著成功的喜悅和興奮之情，正是這種成就感激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，在提高技能水平的同時，自信心也得到提升，綜合素質(zhì)得到了提高，拉近了學(xué)習(xí)與就業(yè)的距離。

四 結(jié)束語

本文分析了當(dāng)前單片機(jī)課程項(xiàng)目教學(xué)中普遍存在的問題，提出了虛實(shí)結(jié)合的項(xiàng)目教學(xué)方法。教學(xué)實(shí)踐證明，將多種單片機(jī)開發(fā)工具引入課程教學(xué)的全過程，虛實(shí)交替、互為補(bǔ)充，既提高了學(xué)生的動手實(shí)踐能力，又培養(yǎng)了創(chuàng)新能力和解決實(shí)際問題的能力，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和主動性，為學(xué)生單片機(jī)應(yīng)用能力的培養(yǎng)提供了一種新思路。

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〔責(zé)任編輯：陳晨〕