單片機技能競賽促進單片機教學改革的實踐探索

（廣州市電子信息學校，廣東 廣州 510091）

[摘 要] 隨著智能化時代的到來，單片機技術越來越重要，但中等職業教育學校中單片機的教學存在一些問題：教學重知識體系，教學內容與實際生活應用相脫節，教學評價方式單一，學生往往覺得非常難學，或者學了也不知道怎么實際運用，提不起學習興趣。為更好地提高教學效果，更有效地促進學生的專業成長，結合以賽促教思想、實訓經驗以及“行動導向”的教學思想，進行了單片機的教學改革。詳細探討了單片機技能競賽促進教學改革的思路和具體實踐。

[關 鍵 詞] 單片機教學；單片機技能競賽； 教學改革

[中圖分類號] G712 [文獻標志碼] A [文章編號] 2096-0603（2016）29-0048-04

一、單片機教學現狀

隨著智能化時代的到來，單片機技術的應用越來越廣泛，電子技術的應用領域中，幾乎可以說“想得到就用得上”。單片機是中職學校電子專業的一門重要的基礎學科，但這門課也往往是學生覺得“怕”的一門課程，為什么怕呢？學生回答，一是難，二是沒興趣。究其原因，傳統的單片機課程教學，的確存在以下問題。

（一）教學重知識體系，輕實踐體系

傳統的單片機教學是以單片機的知識結構為主線，把單片機知識系統分成硬件結構、指令系統、軟件編程、單片機系統的擴展和各種外圍器件的應用。教學過程就是按照知識體系來進行的，最后才講一些實例。按照此種教學結構，別說中職學生了，就是高等院校的學生，也會感到難學。

（二）教學內容與實際生活應用相脫節

當前單片機教學中選取的實例，大都只體現了單一的知識點，無法形成一個完整的系統，更說不上實際運用了。而實際生活中、生產中運用的單片機控制系統往往是多個知識點的綜合應用，學生往往覺得課程學習和實際應用相距太遠，提不起學習的興趣，也就沒有了學習動力。

（三）學習兩極分化，無法兼顧

中職學校普通的教學班里，學習能力兩極分化現象比較嚴重，部分學習能力強的學生，對知識和技能的掌握比較快，經常出現“喂不飽”的情況，而學習能力弱的學生會出現跟不上的情況，傳統教學中教師很難做到兩頭兼顧。

二、單片機技能競賽任務分析

（一）競賽的任務要求

參賽選手在4個小時內獨立完成任務書上的工作任務，大致分為三項：

第一項：控制裝置硬件搭建。按照任務書設定的控制裝置要求選擇相應的硬件模塊和元器件，合理確定各模塊的擺放位置，并按相關技術規范連接電路。第二項：控制裝置電路圖繪制。規范地畫出所搭建的控制系統的電氣模塊連接圖。第三項：控制裝置軟件編寫與調試。編寫該系統的控制程序，調試并實現任務書中所要求的功能。

（二）競賽所用的設備

單片機技能競賽所用的設備采用亞龍公司生產的教學設備，包含了十二個功能模塊：主機模塊、電源模塊、顯示模塊、繼電器模塊、指令模塊、ADC/DAC模塊、交直流電機控制模塊、步進電機控制模塊、傳感器配接模塊、擴展模塊、溫度傳感器模塊、智能物料搬運裝置。采用連接線把所需的功能模塊和單片機所在的主機模塊連接以來，這就是競賽中的控制裝置硬件搭建了。

（三）競賽任務的特點

單片機競賽任務有三大特點：（1）貼近生活、生產實際運用。歷年的競賽任務都是模擬生活中常用到的或者生產上的實際運用的智能控制系統。（2）任務量大，涉及面廣。競賽任務書通常都在8頁以上，涉及十多個方面的控制，競賽選手需學習和掌握的知識面非常廣。（3）時間緊湊，要求嚴謹。在短短的4個小時內從各模塊間電氣連接線的連接、整理，到系統圖的繪制，再到每個部分每個功能的實現都有嚴謹細致的要求。

三、單片機教學改革的思路

我國職業教育的政策明確指出：“要站在突出培養學生綜合職業能力的高度上思考，充分發揮技能競賽的導向性作用，讓技能競賽體現面對全體學生，競賽的內容、要求和設備進入中職教育的課堂教學，促進教學面向生產實踐，形成競賽與教學互動機制，以賽促教，以賽促學。”

“行動導向”教學思想指出：為培養學生的綜合職業能力，必須圍繞選定的訓練學生能力的任務，設計“能力的實訓過程”，整個教學過程要以學生為主體，做好教學過程設計，以實現技能、知識一體化，教、學、做一體化。其中任務教學法的核心是將知識與工作任務整合進行學習，項目教學法的核心是讓學生通過一個完整的項目來實現知識、技能之間的聯結，發展完整的職業能力。

筆者從事多年的單片機教學工作和單片機技能競賽的培訓輔導工作，為更好地提高教學效果，更有效地促進學生的專業成長，筆者結合以賽促教思想、實訓經驗以及“行動導向”教學思想，按以下思路進行單片機的教學改革：

1.教學內容與競賽內容銜接。

2.設定面向生產實踐的教學目標。

3.教學載體接近競賽設備。

4.教學過程采用“行動導向”指導的任務教學法及項目教學法。

5.參考競賽任務的要求進行考核和評價。

四、單片機教學改革的實踐

（一）課程內容設計

根據教學改革的思路，將整個課程內容設計為四大開發項目，如圖：

每個開發項目都是一個完整的單片機應用系統。四個開發項目由易到難，呈階梯上升，以循序漸進的方式學習單片機的相關知識和技能，培養綜合職業能力。如，第一個項目是“花樣流水燈設計與調試”，任務比較簡單，只是控制若干個發光二極管按照需求點亮和熄滅，并由此變幻出多種花樣，但它是一個很實用的單片機控制裝置，在生活中隨處可見。這是一個入門級的開發項目，旨在讓學生對單片機及其編程語句有一個整體上的認識，并學到初步的開發思維。接下來的三個開發項目難度逐漸加大，學習的知識、技能將更深更廣，力求在四個開發項目的驅動下，通過設計與調試，使學生具備從事單片機設計與控制的工作能力，為后續的專業課程打下堅實的基礎。具體的課程結構和內容見表1：

每個開發項目根據需完成的任務設計相應的知識點和技能點，并且在完成項目任務的基礎上，選擇與該項目對應的競賽任務作為優秀學生的拓展練習。下面以開發項目二：可調數碼管時鐘設計與調試為例，詳細介紹項目內的具體設計（如表2）。

（二）教學實施載體

考慮到教學的學時數限制，如果采用學生自己動手設計、焊接各開發項目的電路板作為學習載體，一來耗費太多時間成本，二來自己設計的電路有可能不穩定從而影響后續的程序開發，因此，筆者采用的教學載體以單片機學習板為主，以仿真軟件和競賽設備為輔。

單片機學習板是采用公司定制的一塊實驗板，以AT89S52單片機芯片為核心，外圍已經連接好了8只LED彩燈、4個數碼管以及4個獨立按鍵的連接電路。該學習板提供了較多的擴展接口，可以外接LED彩燈、數碼管、液晶模塊、溫度傳感器、直流電機、接近開關等元器件，可以方便快速地實現上述改革的教學內容，同時外接元器件的過程鍛煉了學生的電路連接能力。

在外接電路不太方便的情況下，也可以使用Proteus仿真軟件輔助或者競賽設備輔助。學生在設計、繪制仿真軟件的電路圖，或者用競賽設備搭建電路的同時，也會對電路的連接原理和單片機的控制原理有更深刻的理解。

（三）教學改革的實施

每個開發項目分為三個階段進行，第一個階段：分解項目涉及的各個知識點和技能點，以學習任務書的形式，引導每個學生獨立自主探究，逐個理解掌握，從而奠定開發項目的基礎；第二個階段：項目的綜合設計階段，采用3人小組合作形式，靈活運用第一階段掌握的技能，共同設計電路的連接方式、程序的編寫調試，以及項目的整體介紹和展示，這樣學生既能扎實地掌握知識和技能，又能在實際項目開發中獲取經驗和成長；第三個階段：拓展任務，節選本項目相關的有代表性的競賽任務作為優秀學生的拓展練習，該階段利用課外時間完成，學生可自由選擇。

以開發項目二：可調數碼管時鐘設計與調試為例，具體列出各個階段的任務內容和學時分配情況，如表3：

下面詳細介紹第一階段和第二階段的教學實施。

第一個階段：分解為6個學習任務，采用“任務驅動、自主探究”式學習方法，每個學習任務都設計了相應的學習任務書。學生根據任務書的指引，逐步完成學習任務一和任務二，在完成的過程中融入知識點的理解和運用，然后學生可自主選擇完成提高的任務三，同時學會靈活運用，并把學習過程和結論紀錄到學習任務書中，從而掌握知識點和技能點。其學習的流程如圖：

第二個階段：項目的綜合設計，面對一個實踐性的、真實或接近真實的完整的“開發項目”，學生以小組為單位，根據項目開發任務書中的客戶需求，按流程設計、搭建、編寫、調試并填寫項目開發報告，其學習的流程如圖所示：

（四）考核及評價

根據教學的實施過程，考核和評價也分為兩部分，以完成任務的情況和效果分ABCD四個等級評價，第一部分是學習任務的評價，反映了學生對基礎知識技能的掌握程度；第二部分是項目綜合設計后的展示評價，反映了學生綜合設計運用的水平和能力。兩部分的評價綜合起來，就能全面客觀地體現學生的學業水平和實力。兩個評價表分別如表4、表5：

自主選擇并完成了第三階段拓展任務的學生，則按完成效果進行相應的加分，以此鼓勵更多的學生提升自己。

五、教學改革實踐的效果與反思

經過2014、2015兩個學年的單片機教學改革，學生學習單片機的積極性大大提高了，上課睡覺、玩手機的現象大為減少，都能主動地按照任務書的指引，一步一步完成任務。學生在任務完成過程中互相啟發、互相交流、互相借鑒，學習能力強的學生帶動能力稍弱的學生共同探究，完成一項項目開發，學生都為自己小組的成功而歡呼雀躍。2014學年、2015學年課程綜合評價與2013年的課程評價相比，取得A、B等級的學生人數比例大增，被評為C、D等級的學生人數比例大為減少，具體數據如表6：

本教學改革突破了三個教學難點：

（一）突破了學生在開發項目過程中的心理障礙

以前一說起開發項目，學生都會覺得是很高深、很難的一件事情，還沒開始就有了畏難情緒；現在經過第一階段、第二階段的教學實施，學生在學習任務書的指引下掌握了該項目的技術點，再由項目報告書的指引把這些技術點進行綜合，學生能夠在不知不覺中一步一步地完成項目開發過程，并在項目展示中獲得成就感，對下一個項目的開發充滿了信心。

（二）突破了傳統教學中學生學到的技能與實際開發存在很大差距的教學難點

每個開發項目的設計都是圍繞生活或工作中的實際應用系統開展的，從易到難，層層遞進，學生每做完一個項目，都會對實際開發工作有了更多的認識和經驗，這樣整個課程學習完成后，能夠具備初步的實際項目開發技能，更好地適應今后職業的需求。

（三）突破了不同學習能力的學生如何各盡其材的教學難題

在教學實施第一階段，學習能力強的學生可以完成提高任務，能力弱的學生只需要完成基礎任務即可，這樣可以增強學習的信心；在教學實施第二階段，學習能力強的學生可以作為組長，帶動整組的學習進度，學習能力弱的學生在遇到困難的時候，也能獲得組長和其他組員的幫助指引，各自都能獲得學習的成就感，鍛煉了綜合能力；在教學實施的第三階段，給學習能力強的學生提供更廣闊的空間去探究、去成長。

實踐證明，對于中職學生來說，單純學習單片機的編程原理和語句是非常困難的，筆者在單片機的教學中引入技能競賽的實際項目，既提高了學生學習單片機的興趣，又能使學生將枯燥的編程學習與實踐開發相結合，體會了開發的樂趣，給學生帶來了成就感。學生不再懼怕單片機課程，甚至喜歡上單片機課程，這就是教學改革最好的回報。

參考文獻：

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