浅谈单片机课程的教学改革

孙旭日 周桔蓉 丰 伟

随着全国高职高专的课程改革,单片机课程也被纳入了改革的范围。单片机课程是专业的重点课程,其教学质量直接影响学生专业能力。传统的单片机实验教学,是以验证单片机理论教学内容为目的而安排的,即以单片机的结构为主线,依照单片机课程内容的顺序布置。一般情况下,先做单片机硬件结构的认识实验,然后是指令和软件编程的验证实验,最后是一个应用实例的验证实验。按照这种教学结构,学生普遍觉得难学,且缺乏学习热情,对于高职院校的学生更是如此。

改革后采用了教、学、做一体的教学法,学生学习以项目为中心,有明确的任务,能让学生围绕项目组织已学知识和学习资源,学习的主动性、积极性能得以发挥。项目教学法能充分调动学生的积极性、开拓同学的思维、发挥同学的潜能、培养同学的个性、提高协调能力,培养团队精神、增强竞争意识,适应竞争激烈的社会。

一、单片机课程改革的特色

经过多年的努力建设,本课程与国内外同类课程相比较而言,课程设计理念与思路、教学模式新颖,针对性强,符合现代高职教育的新思想。课程采用了基于工作过程的教学设计思想,教学内容以“低温电热烘箱”的制作过程展开,贴近实际,实用性强;教学方法与手段灵活多样,将理论与实践教学相结合,通过“学做一体”的教学方式,使学生在学会一项产品的制作后,就可学会所需要掌握的全部知识点,教学效果良好。

1.以产品“低温电热烘箱”为引导贯穿所有知识点。课程采用以产品“低温电热烘箱”为导向的、基于工作过程的教学设计思想,将整个教学过程分为单片机的最小系统、低温电热烘箱的显示输出、低温电热烘箱的键盘输入、低温电热烘箱的温度检测、低温电热烘箱的温度控制、低温电热烘箱的综合六个情境,在每个情境下又按知识点由不同的子情境贯穿其中。将不同的项目与知识模块相结合,打破常见的以知识体系为主线的课程内容安排,按每个项目中所需的知识点重新组织教学。

2.以“学做一体”为教学模式,打破原有各教学方式相对独立的格局。教学模式采用课堂理论教学和实验室实践教学一体化,在每引入一个新项目时,都按实物演示?邛任务下达?邛知识点讲解?邛自制硬件?邛软件设计?邛综合调试的步骤,由教师讲解和实物演示同步,让学生主动参与,并以学生为主体、教师为指导的教学模式,将原先的教室、实验室、实训室合为一体,在一间教室中就可完成所有内容的教学,突破了教学时间和空间的限制。

二、单片机课程改革的教学设计

1.明确教学任务。经过在各厂矿和周边地区相关企业及对毕业学生从事工作岗位的调研,我们对各种智能型的监测、监控系统中单片机应用技术的职业岗位进行分析,研究、整合出单片机应用系统的典型工作任务,以此为依据,得出单片机技术人员应具备的知识、能力和素质。在课程教学内容的选取时,我们以广告艺术灯、音乐门铃、家用防盗密码锁、交通灯、广告屏、简易计算器、数字电压表、数字温度计、函数信号发生器、玩具小车转向系统、低温电热烘箱11个产品为载体,设计了11个教学情境,将分解出来的知识点按照循序渐进的原则分别放在各部分中进行讲解,由简单到复杂地贯穿于教学内容的全部。并将课程中所需要的,先修课程的知识,融入教学中,起到了承前启后的作用。

在教学过程中我们以行动为导向,注重培养学生的职业素养和职业能力,增加模拟行业企业实际工作岗位的工作过程。每个学习任务以任务单的形式下发给学生,以学生为主体,教师为主导,使学生在学校的学习过程,如同在工作岗位的工作过程一样。

2.制定计划。随着教学理念的更新和教学改革的深入,教学内容、教学方法、教学手段等也在更新。我们现在教学内容的设计思路是以知识为基础,以能力为核心,构建新的实践化课程内容体系,确保教学内容的合理性、实用性和先进性。

三、单片机课程改革的教学实施

项目教学法是在建构主义学习理论的影响下,通过选取“工程项目”来创建“情境”,通过“协作学习”的方式开展学习,以完成“工程项目”,达到“意义建构”的一种行之有效的教学方法。充分地展示现代职业教育“以能力为本”的价值取向,使课堂教学的质量和效益得到大幅度的提高。计划的实施就是对“学生为主体”的渗透,是对学生动手能力的培养和锻炼。在教学上,采用了投影仪、计算机、操作台、仿真软件等多种设备并用的方式,让学生能全方位、多角度地完成学习。具体教学实施方法有:多媒体课件教学;PROTEUS软件仿真教学;产品现场制作教学。

四、单片机课程改革的考核方法

考核方法按平时考核及结业考核两部分进行综合完成。平时考核按项目逐一考核的方式实现,每一项目考核分为平时表现、硬件考核、软件考核、产品调试及现场答辩五项内容。结业考核按所学项目自选的方式实现,要求在规定时间内完成从项目制作到软件调试全过程。考核内容包括硬件制作、软件调试、功能扩展、现场答辩四项内容。

1.产品制作的硬件考核。硬件考核主要包括产品的硬件电路图的绘制,按照功能设计要求用PROTEUS软件绘制原理图。按照原理图在实验实训台连接好硬件电路。实验实训台只是提供元件和接口,没有提供任何连接的电路,学生按照要求找到相应的元件,按照电路图连接电路。最后检查电路,直到故障全部排除。这种考核提高学生对电路原理更深刻的理解;提高了学生对元器件的选型技能;提高了学生对电路的故障排除能力;提高了学生绘制电路图的技能。

2.产品的软件考核。产品的软件考核包括建立单片机开发系统和编制调试相应的程序。我们选用的单片机的开发系统主要是DVCC、WAVE和KEIL等。DVCC只能把硬件和软件联合起来仿真;WAVE提供了软件的单独仿真能力,也可以结合仿真头一起硬件仿真;KEIL具有强大的功能,能和PROTEUS一起达到软件和硬件的计算机仿真。这种考核不仅提高了学生对软件的调试能力,也提高了学生对软件的编程能力。

3.产品的系统调试。产品的系统调试主要包括使用编程器将程序写进单片机、调试组装产品、产品的创新。这种考核提高了学生对产品的整个生产过程的认识;提高了学生对绘制PCB的技能;提高了学生对所涉及到的电子元器件的认识;也提高了学生对电路板的焊接技能。而这些都是传统的考试很难涉及到的。

4.现场提问。针对学生的设计现场,老师当场提出相关的考核问题,一般提3个问题。这种考核方式灵活性较大,要求学生对本产品有较深刻的理解。

五、单片机课程改革的归纳总结

项目完成过程是学生自己探索钻研的过程,为了能学众人之长,项目完成后的总结相当重要。在总结中帮助学生明晰项目所训练的内容及最佳思考方法,找出不足,确定努力方向,并指导学生对项目进行拓展和延伸,实现知识和技能的迁移。在单片机教学实践中,采用项目教学法不但使教学效果起到事半功倍的作用,更主要的是激发了学生的学习兴趣,使学生在学习中充满热情,兴趣盎然。

但是单片机课程教学做一体化的教学方法存在的问题是教学投入比较大。主要表现如下:

1.每次课程必须匹配两名经验丰富的教师。

2.每次考核必须完成产品的制作。购买元器件和PCB制作费用较大。

3.校企合作项目费用较大。其中聘请企业工程师现场讲课费用较高。

4.设备和软件更新较快,购置成本较高。