汽車專業單片機混合式一體化課程教學方法研究

陳華竣

在汽車領域中，隨著汽車電子自動化程度越來越高，單片機的應用也越來越廣泛。目前，國內許多院校的汽車相關專業都開設了單片機課程，教學方法也各式各樣。人們提出了“理論—實踐”一體化的改革設想；探討了以工程應用為中心的教學模式；提出了利用Proteus軟件的虛擬仿真功能進行單片機的教學方法。這些研究成果提出了許多新穎的想法，但是不完全適合汽車專業學生的知識結構和接受能力。為此，筆者結合學校汽車專業單片機課程教學實際，探討單片機課程的教學改革方法。

一、汽車專業單片機教學現狀

1.案例針對性較弱

單片機本身是一門綜合性較強的課程，涉及編程、硬件、電子技術方面的知識，筆者學校汽車專業只開設了電工電子技術課程，因此學生的電子技術、計算機等基礎知識偏少，學習單片機時比較困難。另外，原有的單片機課程的教學方法與電子類、機械類專業區別不大，所用的案例與汽車專業結合較差，學生不能很好地體會單片機在汽車領域的應用效果，學習起來比較茫然，學習效果不理想，積極性不高。

2.學時的限制

由于受到學校新的人才培養方案的限制，各專業都在壓縮培養計劃中各課程的學時。目前汽車專業單片機課程安排的學時共56個，其中理論學時50個，實驗學時6個。實驗學時偏少，造成學生對理論知識理解不透徹，學了之后不知該如何應用的情況。

3.理論與實驗沒有統一

目前的單片機課程理論內容安排在教室講授，實驗是在實驗室進行，兩個部分相對分離。雖然教師會在實驗前布置實驗內容，但是由于學生沒有事先熟悉實驗環境，實驗時比較茫然。學生只是機械地按照實驗指導的步驟去操作，得出相應的實驗結果就完成任務了，并沒有仔細思考這個實驗涉及哪些理論知識，可以用于什么樣的場景。另外，學校實驗室課外時間不對學生開放，學生課后不能進一步驗證或探究理論和實際一致性，缺少發現問題、解決問題的機會，逐漸失去對單片機學習的興趣。

4.編程能力較弱

雖然在單片機課程之前學生先修了C語言課程，但是由于專業的關系，學生對計算機相關知識接觸的較少，對程序設計思想、編程技巧掌握的不夠熟練，在單片機的學習中對于硬件編程的內容更是難以消化和理解，造成對單片機學習的恐懼心理。

二、混合式單片機課程教學改革思路

1.開發汽車相關的案例

單片機的教學離不開案例的支撐，設計與專業領域相關的案例能激發學生的學習興趣，同時能體現汽車專業的特點。教師可以在每個重點教學內容中都設計相應的案例，從易到難，案例不僅包含Proteus仿真案例，還包含實驗儀所支持的案例。

案例設計可以分為兩種：基礎案例和專業案例?；A案例重點與理論知識點相結合，讓學生掌握理論概念。專業案例與專業知識相結合，通過專業案例的講解與演示，學生可以進一步熟悉單片機在汽車上的具體應用，發掘興趣所在，為今后進一步學習打下良好的基礎。

以并行I/O口應用為例，流水燈是基礎案例，原理簡單易懂，學生容易接受。但是流水燈的閃爍形式可以千變萬化，取決于軟件的控制。流水燈不同的閃爍方式就是不同的案例，簡單的案例可以在課堂上詳細講解，復雜的只講解控制流程，提供參考流程圖和程序，讓學生課下思考完成。

汽車轉向燈是專業案例，教師通過講解轉向燈的控制原理，將單片機的I/O控制與轉向燈結合起來，學生能將單片機和汽車上的電器裝置聯系起來，從而理解單片機在汽車上的應用。

學生還可以將汽車轉向燈案例進行擴展，模擬控制汽車大燈、剎車、警示燈等，學生通過該案例了解汽車燈光控制系統的基本原理，為以后走向工作崗位打下良好的基礎。

2.采用混合式教學模式，并將理論講授和實驗操作相融合

由于學時的限制，為了保證學生在更少的學時內更多地掌握單片機的知識，縮小現有教學中理論和實踐之間的差距，可以采取以下兩種方式。

（1）在線學習和課堂講授相結合。如下圖所示，使用網絡課程平臺，鼓勵學生課下進行在線學習。教學流程如下：教師首先進行線上線下一體化的教學設計，并制作單片機關鍵知識點的教學視頻；視頻長度控制在10分鐘以內，將視頻、PPT、案例發布網絡課程平臺中，作為學習資源；每次上課前發布一個簡短的預習提綱（即導學信息及學習任務與活動），學生根據提綱先自主進行在線學習；課堂上教師著重結合相應的案例對重點、難點進行講解，解決學生在線學習中遇到的問題，學生在課堂上完成要求的案例；每個章節結束后，教師布置作業供學生復習，以鞏固所學的知識；課后教師可以對該次課進行總結，并整理擴展資源及案例發布到網絡課程中，學生可以在課下完成作業并有選擇的學習擴展資源中的內容，培養自主學習的習慣。

（2）將授課地點安排在計算機房。將單片機的授課地點安排在計算機房，學生可以在聽完本次課的重點、難點講解后，馬上對案例進行驗證和拓展，實現理論講解和實驗相融合。如果機房資源有限，也可以讓學生自帶筆記本電腦在教室進行實驗。

實驗可以通過Proteus仿真軟件或便攜式實驗儀兩種方式進行。使用Proteus仿真軟件，學生可以完成案例中芯片選取、電路設計、程序編寫、加載、運行的整個過程；使用便攜式實驗儀，學生可以通過簡單的接線，將Proteus中驗證的程序加載到實物單片機系統中進行驗證。實驗儀可以讓學生課后繼續使用，以增加練習和實驗的時間。

3.采用C語言與匯編語言融合教學

在單片機課程教學中使用C語言與匯編語言融合的方式，可以強化學生對單片機工作原理及過程的理解。掌握單片機的匯編指令系統能幫助學生進一步熟悉單片機的硬件結構，有助于學生提高設計和實現單片機應用系統的能力，能編寫出效率更高、更可靠的C語言程序。

在單片機的教學案例中，教師可以使用C語言和匯編語言兩種形式進行程序編寫和講解，讓學生體會使用C語言和使用匯編語言實現單片機應用的優勢與劣勢，在以后的工作中可以更好地選擇合適的語言進行單片機項目開發。endprint

三、改革的實施及問題

1.具體實施

筆者將上述教學改革思路應用在汽車學院14級單片機原理與應用課程的教學中，取得了較為明顯的效果。

（1）設計了若干基礎案例和專業案例。共設計了5個基礎案例（LED流水燈、秒表、計數器、串行口通信、4*4矩陣鍵盤檢測）和4個專業案例（汽車轉向燈、倒車雷達報警、溫度控制、小型CAN總線）。由淺入深，學生學習興趣提高明顯。

（2）采用混合式教學模式，使用網絡課程平臺建立網絡課程，按教學進度制作微視頻、PPT、案例、試題、擴展資料等資源，布置學生課下在線學習任務。教師在課堂上著重結合案例講解重點、難點，學生在課堂上完成基礎案例的制作，教師演示專業案例，講解設計思路。布置課后作業，學生課下在線完成。

（3）將實驗與教學進行一體化安排，增加實驗時間。雖然受到學校資源限制，授課地點不能安排在計算機機房，但是可以鼓勵學生攜帶筆記本電腦到課堂，教師在講課過程中講解演示案例。學生每2～3人分成小組進行練習，每組配備一套便攜單片機實驗儀，由學生自行保管，課程結束再回收。在課堂上，學生不僅可以通過Proteus仿真軟件對單片機案例進行訓練，還可以直觀地對實驗儀中的單片機系統進行操作，將仿真系統與試驗儀中實物系統進行對照，掌握各案例的電路原理及制作過程，掌握單片機的程序編寫，編譯和下載步驟，從而更深入地理解單片機系統開發過程。

（4）采用C語言與匯編語言融合教學。案例中加強匯編程序和C程序的對比。學生進一步熟悉C語言的語法及使用。多數學生反映匯編語言讓他們對單片機的內部結構有了較詳細的了解，C語言使用起來更為方便、靈活。

2.存在的問題

混合式教學模式對教師提出更高的要求。教師既要完成線下現場教學，還要完成線上教學視頻的設計與錄制，制作相應的教學資源發布到網絡教學平臺，將線上線下作為一體設計課程。另外，任課教師需要同時具備汽車專業知識和單片機系統開發能力。理論課程與實踐課程相融合，課程實驗與汽車專業課程的有機結合，都需要教師利用較多的課外時間來準備。如何分配和控制課堂上的時間也是需要進一步解決的問題。因此，任課教師需要不斷學習，經常對教學計劃進行反思、總結、修改，完善教學內容，提高汽車專業單片機課程的教學能力。

針對汽車專業單片機教學的改革是個長期且不斷探索完善的過程。 為了能獲得更好的教學效果，需要在教學內容上不斷調整，充分結合專業需求，進一步探討提高學生學習興趣和創新能力、培養符合社會需要人才的方法。

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（作者單位：廣東技術師范學院）endprint