四元教學法在單片機教學中的探索與實踐

曹利云

摘 要：針對技工院校單片機課程教學存在的問題，依據單片機技術應用課程本身的特點及筆者學校學生的上課狀態，遵循學生可持續發展的理念，就四元教學法在單片機教學中的應用進行探索與實踐。即以四元教學方法為載體，重新設計單片機課程的教學方案，將原來教學過程的學習任務利用簡化條件法分解成為學習任務序列，讓學生由易到難、由簡到繁、由淺入深、循序漸進地學習與工作，收到了很好的教學效果，培養了學生的綜合職業能力，提高了學生的整體素質。

關鍵詞：四元教學法 教學設計 單片機

四元教學法是技工院校采用的一種新型的教學方法，是指運用學生已經積累的知識與經驗，讓學生快速進入教師所設置的學習情境中，在課堂中能自主思考，積極探究，使課堂更加活潑而高效的教學方法。筆者學校教師經過企業調研、實踐專家訪談會、提取典型工作任務等一系列活動研發的學習任務，在教學過程中由于種種原因卻難以實施，為了解決這一難題，本文對比分析“四元教學”實施前后單片機技術應用課程的教學效果，基于實踐分析研究的成果，說明四元教學法在單片機課程中對于教學設計的重要性。

一、課程簡介

單片機技術應用課程是技工院校自動化專業實踐性很強的一門專業拓展課，與其他專業課程聯系緊密。學習該課程之前，學生需要掌握電工基礎、電子產品的安裝與調試等方面的基礎知識。學好該課程為世界技能大賽電子技術項目競賽夯實基礎，更為學生畢業后能找到電子信息類相關工作起著不可替代的作用。筆者學校在教學計劃中已把單片機技術應用課程定位為工學結合項目教學課程。該課程涵蓋了流水燈控制系統設計與實現、電動機控制系統設計與實現、送料小車控制系統設計與實現、數字鐘控制系統設計與實現、數字溫度計控制系統設計與實現等五個學習任務的教學內容，承載了該門課程最主要的基礎知識點與技能點。

二、課程現狀

筆者學校單片機技術應用課程上課的現狀是，老師以講解理論知識和演示技能為主，學生在被動接受知識，被動看教師演示技能，甚至有的教師滿堂灌，導致很多學生不能主動積極地參與到課堂中，教學效果非常不理想。因此，結合當前學校學生上課的現狀，在進行該課程教學改革與實踐時，運用四元教學法重新設計課程，讓全體學生都能主動積極參與到課堂中。同時，爭取把該課程的重點與難點化整為零，使學生學習起來得心應手，提高學生學習積極性。下文以單片機技術應用課程中“流水燈控制系統設計與實現”這一學習任務為例，分析運用四元教學法設計前后課堂得到的不同教學效果。

三、改革前教學設計

流水燈控制系統設計與實現主要涵蓋了七個方面的知識與技能點。第一，單片機最小系統的硬件設計；第二，單片機硬件仿真軟件Protues的使用方法；第三，單片機匯編語言編譯軟件Keil的使用方法；第四，LED流水燈控制系統的電路設計；第五，單片機LED燈亮與滅的匯編語言程序設計；第六，單片機控制系統的延時程序設計；第七，系統聯調。

學生在學習流水燈控制系統設計與實現之前，對單片機的基本知識點與技能點，有了初步的認識。如單片機最小系統組成、Protues軟件的使用方法、Keil軟件的使用方法、匯編語言及電路的簡單控制方式等。這些基礎知識在講解學習任務之前都進行簡單的介紹。流水燈控制系統設計與實現教學設計如下。

1.教學活動

流水燈控制系統設計與實現由四個教學活動組成，即教學活動一“接受任務，查詢資料，制訂計劃”，教學活動二“裝調前的各項準備工作”，教學活動三“系統的裝配、編程與調試”，教學活動四“工作總結與產品展示”。

2.教學環節

就教學活動三來說，課堂教學共分為四個教學環節，分別是：教學環節一“流水燈電路的安裝”，教學環節二“運用Keil軟件對流水燈電路進行程序設計”，教學環節三“運用Protues軟件進行軟件模擬”，教學環節四“流水燈控制系統軟、硬件聯調”。

3.教師活動

（1）指導學生安裝流水燈電路；（2）指導學生運用Keil軟件對流水燈電路進行程序設計；（3）指導學生利用Protues軟件對流水燈電路進行模擬仿真；（4）指導學生調試流水燈控制系統。

4.學生活動

（1）安裝流水燈電路；（2）在Keil軟件中使用匯編語言編寫流水燈程序：（3）運用Protues軟件模擬仿真流水燈電路；（4）下載程序到流水燈硬件電路板，實現系統聯調，完成學習任務。

由以上教學設計細節可知，雖然已經是當前流行的任務引領式教學，但教學設計過程大多數還是以教師的經驗為主，設計欠缺條理性，導致教師在上課的過程中出現一系列問題，比如，教師在講臺上唱獨角戲，學生只聽講不主動積極思考；或者有的學生聽得云里霧里，根本融入不到課堂中去。筆者在實施教學的過程中，偶爾也有學生動手實踐環節，如安裝流水燈電路、編寫程序，但由于學生沒有從根本上理解關鍵知識點、技能點，只能在教師的指導下完成任務，沒有自主學習的能力，甚至在編寫程序的過程中無所適從。大部分學生是在教師編寫好程序上，他們直接輸入到軟件中，遇到問題不能通過自己或小組解決，分析問題、解決問題的能力欠缺。另外，從教師層面來說，經驗不同的教師按照這份教學設計進行教學，上課的效果可能完全不同，或生動有趣，或呆板乏味，導致工學結合課成為單一的理論課或者技能課，沒有達到預期的教學效果。

四、改革后教學設計

對于以上達不到理想教學效果的問題，經過學校自動化專業教研組討論研究，形成了按照四元教學法重新進行教學設計，把流水燈控制系統設計與實現學習任務分解為任務難度與學生基礎、能力相匹配的，由易到難、由簡到繁、由淺入深的三個學習任務序列的意見。即：任務序列一“單個LED燈閃爍”，任務序列二“8個LED燈間隔亮并閃爍的控制系統設計與實現”，任務序列三“8個LED燈循環亮1s并閃爍的控制系統設計與實現”。下文以任務序列一“單個LED燈閃爍”為例進行如下教學設計。

教師：布置任務——展示單個LED燈閃爍控制系統，并提問此電路的基本組成及怎樣實現單個LED燈閃爍。

學生：自主思考，積極探索，小組討論，查閱所需資料，并記錄總結。

教師：將單個LED燈閃爍與生活中廣告牌相比較，引出單片機最小系統的組成，要求學生用軟件搭建單片機最小系統。

學生：利用Protues軟件搭建單片機最小系統。

教師：總結學生在最小系統搭建過程中遇到的問題，給予統一指導與講解。

學生：進一步完善本組的最小系統設計。

教師：在最小系統的基礎上，指導學生搭建單個LED燈控制電路。

學生：分組搭建單個LED燈電路。

教師：如何實現單個LED燈亮或者滅？講解LED燈亮與滅的工作原理，及如何編寫亮燈程序，并利用仿真軟件演示單個LED燈閃爍電路。

學生：自主思考，積極探究，觀察仿真電路，查閱所需資料，編寫單個LED燈的亮燈程序，利用Protues軟件及Keil軟件模擬仿真并總結記錄。

教師：指出各小組在仿真過程中遇到的問題，及時評價反饋。

學生：在評價反饋的基礎上，進一步完善本組作品。

教師：LED燈亮與滅的時間如何設置？講解延時程序的結構。

學生：根據教師的講解，各小組設置不同的延時時間，可以是0.5s或1s，再次對電路進行仿真，靈活運用延時程序，完成任務。

學生：展示本組成果，進行小組自我評價、小組互相評價，小組轉圈評價。

教師：總結各組在展示產品的過程中遇到的問題，給予及時的評價反饋。

學生：根據各小組及老師的反饋，進一步完善單個LED燈閃爍電路，并寫出總結記錄。

教師：布置作業——如何實現8個LED燈間隔亮并閃爍（下個學習任務序列需要準備的資料）。

從本教學設計可以看出，教學過程中每一個環節環環相扣。全體學生都能主動積極地參與到課堂中去，求知欲望極其強烈。教師布置任務，引領學生積極思考，積極探索，再通過小組合作共同完成學習任務。通過小組之間互相評價，取長補短，互相學習，共同提高，從中鍛煉了學生解決問題的能力與語言表達能力，提高了學生整體素質。教師對學生完成任務情況及時給予合理評價，并對實施過程中存在的共性問題進行解答，如大部分學生在編寫程序時不會計算延時時間，教師則可以給出延時時間編寫流程圖，提示學生如何合理設置程序，讓學生都能形成良好的編程習慣，快速有效地完成學習任務，進一步提高學生的學習積極性。本教學設計中，教學過程具有可控性，可執行力強，且對于教師的資歷要求不高，只要按照本設計進行教學，按部就班要求學生完成每一項工作任務，學生和教師都能靈活融入情境，快樂教學與學習，能達到預期的教學效果，能很好地實現教學目標。當然，經驗豐富的教師運用起來會更加靈活自如。

五、小結

本文對比分析了單片機技術應用課程在教學設計改革前后的效果。運用四元教學法設計與實施的課堂，通過簡化條件法把原來的學習任務分解為學習任務序列，形成由易到難、由簡到繁的漸進學習過程，遵循學生的身心發展規律。運用四元教學法設計的單片機技術應用課程，課堂更加生動活潑有趣，更具有可操作性，不僅增強了學生自主學習、積極探索的能力，提高了學生分析問題、解決問題的能力，還提高了學生語言表達能力與溝通能力和綜合職業能力，達到了高技能人才的培養標準，為國家培養優秀的高素質技能型人才奠定基礎。

參考文獻：

[1]孔維功.《單片機編程與實現》課程教學設計揭秘[J].邢臺職業技術學院學報，2015（5）.

[2][美]加涅等.教學設計原理[M].上海：華東師范大學出版社，2007.

（作者單位：邢臺技師學院）