高職高專單片機課程改革探索

許燕萍 周 偉

（江蘇農林職業技術學院，江蘇 句容 212400）

單片機課程是高職高專電子信息、自動化等專業的必修課，是一門實踐性很強的課程，對學生解決問題能力和工程思維能力的培養具有重要作用。高職高專院校的培養目標是服務于生產一線的技能型人才，單片機課程要求學生掌握單片機基礎理論知識，并應用于實踐，能夠完成單片機應用系統的開發等工作。而傳統的單片機課程教學是先講解理論再進行若干驗證性實驗，且課程的多個章節、多個實驗相對獨立，不能構成一個完整的小項目，這種教學方式理論教學與實踐教學聯系不緊密，往往難以達到應有的目標，只能使學生掌握基礎的理論知識，但如果要讓學生應用所學的知識進行具體的產品設計和項目開發，絕對大多數學生就無從下手了，這樣培養的學生離企業的實際人才需求有一定的距離。于是我們對單片機課程進行了一些改革，并取得了一定的成效。

1 基于CDIO工程教育模式的單片機教學改革探索

CDIO工程教育模式是近年來國際工程教育改革的最新成果，是一種先進的人才培養模式與教育理念。CDIO代表構思（Conceive）、設計（Design）、實施（Implement）和運作（Operate），它以產品研發到產品運行的生命周期為載體，讓學生以實踐的、主動的、課程之間有機聯系的方式學習工程。CDIO是“做中學”原則和“基于項目的教育學習”的集中體現[1]。CDIO教育思想的核心內容是將教學過程與工程實踐項目相結合，著重強調學生的實際動手能力與工程實踐能力，通過理論學習來解決工程實踐的問題，也通過工程實踐的問題強化理論學習內容。教師在教學過程中運用多種教學手段引導學生，將多門課程知識有機聯系起來，充分調動學生的學習主動性，邊實踐邊學習，使學生在“學中做、做中學”達到理論教學與工程實踐相輔相成的效果。

1.1 以項目為主導，完善課程的教學內容

教學以項目為邏輯主線組織教學內容，以項目為知識學習與技能訓練的載體，以解決實際項目的思路和操作為教學主線，貫穿多個知識點，可以將總項目劃分為若干子項目，以任務驅動的方式完成各子項目所設定的任務，用工作任務引領理論知識，使理論從屬于技能培養。教會學生如何完成項目，關注學生能做什么，而不是知道什么，通過完成項目來學習知識與技能。在項目的設計中要與職業崗位標準接軌，與企業合作，或來源于企業中的真實工作項目；在項目的組織上要基于工作過程，由低級到高級，由簡單到綜合；在項目的操作上要認真貫徹“構思、設計、實現、運作”四個環節，掌握項目生產的方法與能力。

設計的工程項目要包括必須掌握的知識點、基本技能以及單片機產品制作與調試等方面的內容，通過項目將這些知識點有機聯系起來，同時在完成項目的過程中可以復習前面學過的基礎知識。例如以數字鐘的設計項目為例，可以把此項目分為以下幾個子項目：數碼管顯示設計、數碼管顯示輸出時分秒顯示設計、按鍵控制設計、倒計時設計。此項目涉及鍵盤和顯示、定時/計數器等知識點。項目確定后，對給定的項目進行需求分析、引導學生進行硬件電路和軟件程序設計、系統綜合調試，讓學生獨立或者團隊合作來開發完成該系統，使學生置身于實際的工作環境之中，利于學生掌握一個單片機應用系統的實際設計過程和由此所涉及的相關原理、知識以及解決問題的思路和方法。學生完成了所有子項目的學習也就完成了各子項目的設計任務，整個教學是在項目的驅動下完成的。這種方式能夠極大地激發學生的學習潛力和學習興趣，鍛煉學生的工程實踐能力。

1.2 “做中學”理實一體化

“做中學”充分體現了學與做的結合，它使課堂里知識的獲得與工程實踐活動聯系起來。以項目為載體分解成具體的任務，采用任務驅動的方法進行教學，理論與實踐融為一體，針對高職高專學生，理論知識以夠用為原則來進行教學。在項目教學的過程中，根據子項目規劃的實踐內容做到與理論教學同步，即許多模塊的教學內容直接在單片機實訓室進行，課堂上采用多功能單片機實驗板，此實驗板不僅可以完成發光二極管、數碼管、按鍵開關、蜂鳴器、液晶顯示等多個基礎實驗，還可以通過預留接口擴展多個外部設備，完成直流電機控制、步進電機控制、紅外線實驗、溫度檢測等。課前，將學習板原理圖發放給學生，老師一邊講授，學生一邊動手練習，生動直觀，促進學生的學習和理解，這樣比在課堂上重復講解程序的效果好很多。例如在“數碼管顯示控制”項目中，先從讓一個數碼管循環顯示0-9十個數字開始，到讓6個數碼管顯示“123456”，再到00-99秒表的設計，循序漸進，引導學生不斷思考，隨著任務難度的逐步加大，學生的好奇心增強，不斷地嘗試完成這些任務，在這一過程中就由被動的接受知識轉變為主動探索解決問題。

在項目實施過程中，學生在做中發現問題，讓學生通過上網查閱或者去圖書館查閱相關資料，最后難以解決的問題由老師指導，充分發揮學生的自主學習能力，盡量促使學生能自主解決問題、完成項目任務。

2 基于C語言的單片機教學

單片機應用系統的程序設計，既可以采用匯編語言，也可以采用C語言。C語言相比于匯編語言，具有良好的可讀性，可移植性。在之前的教學中我們都采用匯編語言來編寫程序，但在單片機的實際開發中，由于應用系統的規模較大，程序設計人員更多地是采用C語言進行程序設計。采用C語言編寫程序，編譯器能自動完成變量存儲單元的分配，編程者只需要簡單了解單片機內部結構，使編程者可以更多地專注于應用程序的邏輯思想，并且C語言中有豐富的函數，編程者可以利用已有的函數，大大降低編程者的工作負擔，所以我們在教學中，采用C語言編程，將學生從單片機復雜的硬件結構中解放出來，側重高職高專院校學生技能和動手能力的鍛煉，掌握C語言的程序設計方法，對單片機開發能力的提升有很大幫助。此外，在開設單片機課程之前，已開設過C語言程序設計課程，學生對C語言已有基礎，利于理解和掌握單片機知識。

3 “虛實”結合的教學方法

在單片機教學過程中采用“虛實”結合的教學方法，即在教學過程中既要進行虛擬仿真又要進行硬件電路實訓。

下面介紹一下進行虛擬仿真教學用到的兩個軟件：Keil和Proteus。

Keil C51軟件是美國Keil Software公司出品的51系列兼容單片機C語言軟件開發系統，它提供了豐富的庫函數，生成目標代碼效率高。

Proteus軟件是英國Labcenter electronics公司推出的，是一款EDA工具軟件，它不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機及外圍器件。在編譯方面，能支持Keil、IAR等多種編譯。

把Keil軟件和Proteus軟件結合起來，在Keil中編寫源程序，編譯生成HEX文件，把此Hex文件加載到Proteus硬件電路圖的單片機中，可得到直觀的演示。通過Proteus和Keil軟件進行仿真實驗，只需要一臺計算機，隨時可以搭建一個單片機應用系統，完成單片機硬件設計到軟件設計調試的全過程，可以不受課堂學時的限制，不怕實驗儀器損壞，學生有更多的訓練機會，有利于加深抽象概念的理解，提高了教學效果，激發了學生的學習興趣，同時也省了成本，提高了效率。

但不能完全用虛擬仿真來代替硬件電路實訓，因為實際硬件電路實訓對訓練學生的動手能力、故障診斷與分析能力及綜合能力有著不可替代的作用，再完善的模擬仿真對于真實的電路還不能做到百分之百的準確性，不能保證在實際電路的運行過程中不出問題，而解決出現的問題是訓練學生能力的重要途徑，并且硬件電路實訓可以加深學生對元器件、外圍電路的認識，還可以訓練學生焊接或接線能力，如果電路設計成功，學生看到自己的成果實際運行，可以激發學生的興趣和成就感，使得學生能夠積極主動的學習，以及產生深刻的記憶。實際工程項目的研究，可以先在軟件環境中模擬仿真通過，再進行硬件的投入，讓學生了解如何將仿真軟件和具體的工程實踐結合起來。

所以，在單片機教學過程中合理的將虛擬仿真和硬件實訓相結合，能夠對單片機教學提供有效的幫助。

4 考核方式的改進

學生的考核原則是注重學生的操作能力、過程學習、學習實效，端正學生的學習態度，提高學生的學習興趣。而傳統的考核通常是由任課教師以試卷考試的形式對學生進行考核，學生的考核成績由平時成績和卷面成績按照若干比例構成。這種考核方式側重于基礎知識的獲取，很難對學生的動手實踐能力做出客觀的評價，造成學生以應試為目的、死記硬背書本知識點的局面，還有部分學生寄希望于期末考試作弊上。為了確保考核方式的合理性、公平性和有效性，對專業基礎知識的評價可以通過筆試進行，檢驗學生對單片機基礎知識的掌握情況，筆試成績只占總成績的20%-30%。過程性考核貫穿于課程的整個過程，占總成績的70%-80%，在項目實施過程中對學生的知識點的掌握，各項能力作客觀評價。并且將學生的出勤情況、課堂討論表現、產品構思設計、創新實驗設計、實物制作能力、論文發表情況、項目設計匯報表現、項目資料整理等作為過程性考核的參考依據，通過綜合評判給出考核成績。

這種考核方式利于引導學生既要認真學習專業知識又要注重鍛煉工程實踐動手能力，從而提高了自身的綜合素質。

5 結語

通過教學改革實踐，培養了學生對單片機的學習興趣，調動了學生主動學習的積極性，提高了教學效率和教學質量。我校學生在2013中國機器人大賽中獲一等獎一組、二等獎一組，在2014中國機器人大賽中獲一等獎一組、二等獎二組、三等獎二組。當然，改革是一個長期的過程，需要不斷積累經驗、探索完善，拓展知識結構，加強科學研究，并把科研成果在教學中得到體現，需要教師不斷的改進教學方法，提高教學效果，使學生在知識的掌握與實踐能力的提升方面更多地收益。

［1］蕢秀惠.“CDIO”模式下單片機課程改革探索[J].寧波職業技術學院學報,2010(6)：35-43.

［2］張翼成,劉美,王濤.CDIO模式下“單片機原理及應用”課程教學改革[J].計算機教育,2012(12)：90-93.

［3］樊志遠,熊興隆.CDIO模式下 CPLD課程教學改革的探索和實踐[J].產業與科技論壇,2012(12)：148-149.