探索高职院校的单片机教学改革

2011-10-10张宗璐

长春教育学院学报 2011年10期

关键词：C语言实训室单片机

张宗璐

（烟台职业学院，山东烟台 264670）

探索高职院校的单片机教学改革

张宗璐

（烟台职业学院，山东烟台 264670）

传统单片机教学模式已经无法满足高职人才的培养需要。本文从传统单片机教学的不足入手，探讨如何对单片机教学进行改革，培养出优秀的单片机人才。

高职院校；单片机；教学项目；一体化教学

随着科技水平的不断发展，单片机作为微控制器被广泛地应用在智能电器、汽车电子、工业控制、航空航天、数码产品等领域。单片机发展迅速，不断有新型号、新技术涌现。高职院校普遍开设了单片机课程，但是传统的单片机教学模式已经无法适应社会发展的需求。

一、传统单片机教学的不足

传统单片机教学模式是以教学大纲为基准，主要教授课本内容。一般情况下是老师在台上讲，学生在台下听。这种传统教学模式存在着很多弊端。

1.理论知识多，课程枯燥乏味。在单片机的教学中，强调理论知识体系的完整性、严密性。以单片机的知识结构为主线，把单片机知识系统分成硬件结构、指令系统、软件编程、单片机系统的扩展和各种外围器件的应用，按顺序授课，最后再讲一些实例。在这种教学模式下，学生昏昏沉沉地被灌输一套似懂非懂的理论，开始学生可能还听得很认真，但是渐渐地学习越来越吃力，很多学生最终失去了学习单片机的兴趣。

2.实训时间短，学生动手能力差，无实战经验。传统单片机教学为了构建完整的知识体系，理论教学占据了大量的时间，实训时间只能压缩，导致学生实践时间少。往往学生刚刚学会将理论知识应用到实践中，实训就结束了，此后再很少有机会接触单片机设备。从而形成了理论知识多，动手能力差的局面。另外，学校安排实训一般都放在学期末，这对学生来说，前期所学习的知识可能被遗忘，很难得到验证与运用。很多班级单片机实训时间只有一周，在这一周时间内，很多学生只是观看老师的演示，或者照着老师讲的操作要领进行照本宣科的操作，虽然也作出了结果，却没有从根本上掌握单片机知识。学校所采购的设备中，硬件已经成型，学生对硬件的操作仅仅是连连线，拨动一下开关而已，剩下就是编写程序，而实际上在整个单片机系统中，硬件的设计是重要环节，从设计电路板到购买元器件、焊接都属于硬件的范畴，传统教学模式无法实现学生自主设计单片机产品，这也是导致学生动手能力差的重要原因。

3.考核机制陈旧，无法考察学生真实水平。传统单片机课程考核采取在期末笔试的方法，这种方法只能片面地考察学生对理论知识的掌握情况，无法考察学生的实践能力以及与单片机相关电子产品的设计能力。这种考试方法适合那些擅长死记硬背的学生，背背重点就能考出好成绩，而对于那些动手能力强、具有创新能力的学生来说，却无法考察他们的真实水平。

二、单片机教学改革

为了能够让学生真正掌握单片机知识，提高学生的动手能力，提高单片机教学质量，应该彻底打破传统的单片机教学模式，以实际企业单片机开发产品为参考，设计全新教学项目，建立一套有效的适合高职教学的单片机教学模式。

1.授课方式的改变。打破传统的授课方式，把单片机教学场所由教室转移到实训室，实现一体化教学，让学生学中做，做中学，提高学习兴趣。通过一体化教学，可以达到以下几个改变：教学从“单片机知识的教授”向“单片机能力的提高”转变；学生由“被动接受者”向“主动学习设计者”转变；教学组织形式由“固定教室、集体授课”向“单片机实训室、电子产品设计室”转变；教学手段由“口授、黑板”向“多媒体、网络化、现代化教育技术”转变。

2.教学项目的选取。按照以提高学生的综合素质为基础，以能力培养为核心，结合技术领域和职业岗位的任职要求，优化教学内容，根据生活生产中基于单片机设计的产品及企业对单片机人才需求情况，选取具有代表性的产品作为单片机教学项目，以达到学为所用的目的。笔者在教学中选取了以下8个项目：（1）霓虹灯；（2）电子钟；（3）数字温度计（4） 16*16点阵显示；（5）单片机多机通信系统；（6）交通灯控制系统；（7）智能机器人；（8）综合产品开发。其中综合产品开发是指研发某个具体的基于单片机的电子产品，学生必须从设计电路板开始，包括选取元器件、构建硬件电路，然后进行软件调试，最终保质保量地完成这个电子产品。基于对以上8个项目的学习，学生不仅能学到单片机及常用的传感器知识，也能熟悉一个产品的研发过程，并将所学知识构成一个完整的系统。

3.教学过程的组织。在单片机项目教学中，对学生进行分组，根据班级人数将2-3人分为一组，上课时老师提出项目要求，学生首先自己思考、并查找相关资料。在学生有一定准备的基础上，老师对必要知识点和注意事项进行讲解，然后由学生进行设计，老师负责答疑并指导，最终学生完成项目所提出的任务。老师检查学生完成的情况并评分。

4.与Proteus仿真开发软件相结合。Proteus嵌入式系统仿真与开发软件是英国Labcenter electronics公司出版的EDA工具软件,它不仅与其它EDA工具软件一样具有仿真数字、模拟电路的功能，还具备由微控制器及外围器件组成的混合电路的仿真功能，它是目前世界上最先进、最完整的嵌入式系统设计与仿真平台之一。引入Proteus软件进行辅助教学会起到很好的效果。学生在实训室的时间始终是短暂的，课外他们可能有更多的时间，如果要学习单片机又没有相应设备，那么只能凭空想象，这样不利于单片机的学习。引入Proteus仿真开发软件后，学生就可以在教室或寝室的电脑上通过Proteus平台进行仿真学习，从硬件的搭建、软件的设计，到软硬件的联合调试都可以做，这样到了实训室后就可以节省很多准备的时间，提高了学习的效率，而且学生对整个项目会有一个深刻的认识和理解。在单片机综合技能训练中，学生可以根据自己的课题先在Proteus平台上进行设计，在仿真运行正确无误以后，再购买元器件进行电路的搭建、软件的设计和系统的调试，最终完成一件作品。采用这种方式可以节省因方案不正确所造成的硬件投入浪费，而且可以有效缩短开发产品的时间，提高学习和动手的效率。

5.汇编语言与C语言相结合。在单片机程序开发中可以采用汇编语言，也可以采用C语言。汇编语言比较直观，能够直接对硬件进行操作，目标代码质量高，程序的执行效率高，有利于学生深入理解单片机的内部结构及工作原理。C语言作为一种高级语言，其优点是C程序由函数构成、语言简洁、数据类型丰富，能够直接控制硬件，具有位运算功能。生成的目标代码质量高，执行效率较高。对于一些大型程序，通常采用在C语言中嵌套汇编语言来实现。在传统的单片机教学中，绝大部分教师都只采用汇编语言进行教学，很少有教师采用C语言进行教学。C语言对于单片机来讲有着很重要的作用，因此，在单片机的教学中应实现汇编语言和C语言相结合的教学模式。

6.编写讲义、教材以适合一体化项目教学。传统的单片机教材注重知识的系统性，理论知识多、实践内容少，很难适应项目教学与一体化教学的需要，因此，根据一体化教学实际情况编写适合的单片机教材是必要的。教材内容应以项目教学为主，把项目实施过程中所需的单片机知识穿插其中，这样学生学习有兴趣，提高了主观能动性，更加有利于提高教学质量。

7.考核机制的改变。传统考核机制采用一卷定乾坤的模式，无法系统全面考察出学生学习单片机的水平，所以有必要进行改革。在采用项目化教学后，学生每完成一个项目就对其考察并打分，计入平日成绩。平日成绩占到学期总评的70%，期末考试的卷面成绩只占学期总评的30%。这样既可以考察出学生的理论成绩，也可以考察出学生的动手能力与创新设计能力。

三、单片机教学改革后的效果

自2009年，我院对单片机课程进行项目教学改革后，学习场所移到了实训室，并根据项目自己编写出版了一体化教材，改变了考核机制。在采取这一系列的措施后，学生学习效果显著提高，主观能动性大大增强，学习成绩有了明显进步。学生参加电子设计大赛多次获奖。一批学习好的毕业生从事基于各类单片机的电子产品开发工作，工资待遇不错。我们对2008级、2009级、2010级学生进行了问卷调查（如图1、图2），结果都显示改革取得了明显效果。