高职单片机课程教学改革与实施研究

许艳英包宋建陈帅华汤勇

（1.重庆科创职业学院机电工程系，重庆永川 402160；

2.重庆文理学院电子电气工程学院，重庆永川 402160）

高职单片机课程教学改革与实施研究

许艳英1包宋建2陈帅华1汤勇1

（1.重庆科创职业学院机电工程系，重庆永川 402160；

2.重庆文理学院电子电气工程学院，重庆永川 402160）

针对目前高职院校单片机课程教学工作中存在的突出问题，以“项目引导，任务驱动”的人才培养理念为指导，结合高职学生的认知规律，构建将教学内容与学习性工作任务相结合的课程教学实施方案，采用“工学交替”教学模式，按照学生的认识能力和认识规律，以“教、学、做”一体化课程项目为中心组织教学，确保课堂与实践一体化的教学效果。

单片机；课程改革；教学做一体化

高职教育的性质、目标及功能都是由课程教学具体呈现的，因此，课程的教学问题一直是高职教育的核心问题[1]。在高等职业教育的课程教学过程中，理论教学与实践教学的关系始终都是高职教育人才培养的核心问题。而随着电子技术的飞速发展，以单片机类课程为核心的电子系统的应用和设计开发能力已成为衡量电子类人才的重要标准。因此，积极探索高职单片机课程教学，正确处理单片机课程理论教学与实践教学的关系，是培养高质量高技能型电子类嵌入式人才的重要保障[2]。目前众多高职院校在进行单片机类课程教学时，虽然进行了一些探索性改革，但不少任课教师仍然难以摆脱传统的学科教学观念，教学过程中固定采用先理论后实践的教学模式，使理论教学和实践教学严重脱节。

一、单片机课程教学现状

许多高职院校在进行单片机类课程教学时普遍存在以下问题[3]：①理论教学与实践教学脱节；②实验应用机会少；③缺乏具体的实验教学内容和完善的考试、考核方法；④验证性实验较多，创新性操作太少；⑤实践教学内容与实践应用脱节等。采用这些传统的教学模式和方法，很难让学生完全掌握单片机类课程系统设计的基本原理和开发方法，更不利于培养高职学生的单片机应用能力、实践操作能力及设计创新能力。众多高职院校在进行单片机类课程教学时，虽然进行了一些探索性改革，但大多数教师在授课过程中，仍然固定采用先理论后实践的教学模式，使理论教学和实践教学严重脱节。任务驱动式教学任务设置过于分散，缺乏对现在的MCU（Micro Control Unit，中文名称为微控制单元，又称单片微型计算机或者单片机）发展前沿技术的介绍；任课教师对单片机类应用人才的专业核心能力把握不够，对教学中职业核心能力的培养重视度不够。诸如此类问题的存在，极大的影响了单片机课程的教学效果，更影响了以嵌入式为主导的电子类毕业生就业质量。

二、单片机课程教学改革方案

（一）教学内容与学习性工作任务的结合

由于大多数高职院校的学生学习基础较薄弱，学习兴趣不够浓，学习积极主动性不够强，若单片机课程教学模式仍采用传统的本科课程模式教学，是难以适应当前高职教育对高技能型人才培养的要求的[4]。针对于单片机课程的教学改革，实现课堂与实践一体化教学模式，以项目为中心组织教学，按照高职学生的认识能力和认识规律步步深入，彻底打破传统的以单片机课程结构理论为主线的教学模式和原有内容条块界限，为完成某一项目抽取能力目标的内容加以结合，形成一个以项目为任务而组合起来的教学单元。以项目为载体，将单片机的理论知识与实践能力有机融合在一起，使学生在“学中做、做中学”，学生真正成为了学习的主人，大大提高了学生的学习兴趣，使单片机课程不再是枯燥的理论课程。所有的教学项目均在实训室上课，使教学、实训环境仿真化，实施了“教、学、做”一体化，从而改变了把单片机理论知识、技能与工作任务相剥离的传统格局。单片机课程教学内容与学习性工作任务相结合的教学实施方案如图1所示。

图1 单片机课程教学实施方案

在实施教学改革的过程中，对于每一个工作任务的实施，都是按照单片机实际开发的工作过程进行组织安排教学内容的，特别注重学生软硬件调试能力的培养，很好地体现了职业性与实践性；同时在每个任务最后还安排一个产品调试维修分析环节，从而使学生在具备了一定软硬件调试、维护维修能力的基础上，进一步开阔了学生的视野、提升其分析问题与解决问题的能力及综合实践能力。教学活动中每个工作过程的实施过程如图2所示。

图2 课程内容的组织与安排过程

（二）理实一体化课堂，全面“工学交替”

传统的“工学交替”教学模式，是采用在学校（课堂）与企业（车间）两个地点交替组织教学，校内教学活动的组织者是教师，而企业教学活动的组织者主要是企业师傅[5]；但是针对到每一门课程的教学上，实现“学校教学”与“企业实习”的“工学交替”教学模式是非常难以实现的，学生要通过到企业来进行“学习”与“工作”交替的也是不现实的。针对单片机课程的特点，将工作任务恰当地与学习任务有机结合，在学习中完成工作任务，将“工学交替”的教学模式在学校教学活动中落实，却是非常有利于课程教学的。

为了促进学生职业行动能力的发展,落实“学习的内容是工作，通过工作实现学习”的教学理念，以学生为中心,以学生的兴趣为教学组织的起点，并使学生自始至终参与教学全过程，以实际工作过程为参照系，采用项目教学，学生以3-4人组成一个团队，共同实施一个完整的工作项目而进行教学活动。

教学实施过程中，为了完成每一个项目，又通过研究完成这些项目所需要的知识点，对每个项目细分为4-5个学习任务，通过完成相关的工作任务，生产一个具体的、具有实际应用价值的产品，学生在完成任务的工作中学习，边学习边工作，老师根据任务来讲解相关知识点，针对性很强，真正实现了“工学交替”。整个教学活动主要在实训室完成，实现了“理实一体化”的教学模式。教师通过解决任务案例问题来讲解单片机知识，充分体现单片机类课程的应用性、实用性，大大激发了学生学习该课程的学习兴趣。以任务引入理论，由理论指导任务的实现，充分体现了理论与实践相结合，突出教学中“以学生为中心”的教学理念，使学生由被动学习变主动学习。教学过程中的“工学交替”实施过程如图3所示。

图3 “工学交替”教学实施过程

三、单片机课程教学改革内容

（一）“教学做一体化”教学模式改革

在本课程的教学改革过程中，大力度与企业实施深度合作，引进了“合泰创新工厂”，改善了原有的教学环境比较封闭的局面，学生的实践活动地点可以从实践室到“合泰创新工厂”，学习时间也不再局限于上课时间，课余时间里，无论是实践室还是创新工厂，都是开放的，学生经与老师协商后，可以自主地安排每个项目的制作，而每个项目的设计方案通过论证后还可以参加每年一度的“重庆市合泰杯”单片机设计竞赛。自2010年建立“合泰创新工厂”以来，每年都有学生项目获奖，而这些作品的设计主要源于学生平时的自主开发项目。学生对单片机课程的学习，完全由被动变主动，而“教学做一体化”的教学模式，无论从空间还是时间上，都不再拘泥于以往的形式，而是给学生更多的自主安排权限。教学过程中，教师对学生加以引导，让学习内容及制作项目的任务与企业需求完全结合。鼓励学生与教师一起参与对企业的一些项目设计制作。这种以就业为导向的单片机类课程“教学做一体化”教学模式改革，大力度改变了本课程的传统教学模式，建立了“理实一体化课堂+创新工厂+企业实训”的教学模式，理论与实践一体化、重在实践、工学结合，教学模式改革如图4所示。

图4 “教学做一体化”教学模式

（二）教学内容改革

单片机课程教学改革的核心是教学内容的改革，传统的单片机课程教学内容基本上都是先讲各控制器的指令系统，然后再讲硬件组成，最后讲系统应用[6]。这样教学内容安排让学生学习倍感枯燥，并且对前面所学的内容很容易遗忘，最后讲的核心内容（系统应用部分）反而因课时分配不足等原因而讲授粗略，草草结束。改革后的单片机课程教学内容，完全结合“项目导向，任务引领”的先进高职教育理念，以一个大系统为背景分成10个左右的小系统，把课程中的指令和硬件知识融合到10个系统之中，使学生在系统应用中掌握各知识点。改变将技能、知识与工作任务相剥离的传统格局。弱化与其他课程中交叉或重复讲授的内容，并增加现在MCU发展前沿技术的介绍和行业规范的养成教育，要求学生利用课余时间撰写学习报告（课外作业）。根据专业课程目标和涵盖的工作任务要求，确定课程内容和要求，说明学生应获得的知识、技能与态度，单片机课程教学内容见表1。

表1 单片机程序设计与应用课程内容

（三）教学方法及考核方式改革

教学方法即包括教师的教法，也包括学生的学法。由于高职学生不善于集中注意力听教师讲解，而是以形象思维为主，所以教学方法不能将理论与实践分离。传统的教学几乎都采用理论教学满堂灌；先理论后实践，理论与实践严重脱节；重理论轻实践，把实践教学作为理论教学的附带品。在实践教学中演示验证性实验多，创新性实验少。改革后以大系统小项目为背景使用“理实一体化”教学方式，教学地点为实践室、创新室。教学过程中遵循“理论教学与实践教学交替”的原则，理论教学过程和实践教学没有严格的先后之分；软件教学“文学写作”化；硬件教学“模块”化；软硬件结合“系统”化。

传统的单片机课程考试方式多采用期末考试定“终身”。对于高职教育的理实一体化课程，光有理论考试是不够的，仅有实践考试也是不当的。将实践操作与理论知识有机地结合起来进行考核，采用加强过程考核，对每个子项目的学习情况进行考核，减少期末考试的分值权重。加强面对面提问式考核，弱化试卷式答题考核模式，效果会更好。对于制作项目的考核，可邀请企业专家参与实践考核评价，严格按照企业单片机设计开发制作的流程及要求进行考核，并给出制作项目的改进意见，会收到事半功倍的效果。如果有条件的话，实践考核的考题可以来源于企业，这样的考核内容更具真实性及实用性。

四、课程设计理念及设计目标

（一）课程设计理念

在“项目引导，任务驱动”的人才培养模式的理念和方法指导下，选择适合项目，以认识项目开始，学习必须够用的理论知识，在教师引导下，完成项目设计。以实际项目开发流程中的典型工作任务设计学习情境，建立真实工作任务与专业知识、专业技能的联系，增加学生的直观体验，激发学生的学习兴趣。要坚持学生为主体，教师为主导的教学理念。发挥学生主体作用，让学生主动探索，通过自己的努力来解决问题。教师是教学过程的组织者、指导者、促进者和咨询者。突出学生学习的主体地位，充分发挥学生的积极性和学习潜能，形成适合自己的个性化学习方法，提高学习效率和学习水平。

（二）课程设计目标

课程教学设计目标是以课程的培养目标为基础的。本课程的培养目标是培养适应于适应于电子产品设计、产品检测维修、销售及技术服务第一线需要，具有较强电子技术应用能力，熟悉基于单片机电路的应用技术设计，又具有自动化设备安装、调试、维护能力和良好的职业素质的高素质技能型专门人才[7]。

通过对电子产品设计助理工程师和电子产品测试员的工作任务、工作过程进行分析，确立了本课程的能力目标、知识目标和素质目标。

1.知识目标

掌握单片机基本结构和原理；掌握单片机存储系统、输入输出接口电路；掌握单片机仿真器和编程器使用方法；掌握MCS-51汇编语言基本指令，汇编语言程序设计方法；掌握常用电子元器件和芯片的检测方法；掌握典型A/D、D/A转换器的使用方法；掌握加、减、乘、除及延时等子程序调用方法；掌握MCS-51单片机的I/O接口、中断、定时器等模块工作原理。

2.素质目标

具有良好的职业道德、规范操作意识；具备良好的团队合作精神；具备良好的组织协调能力；具有求真务实的工作作风；具有开拓创新的学习精神；具有良好的语言文字表达能力。

3.能力目标

能熟练操作万用表、信号发生器、示波器、电子电压表、稳压电源等常用电子仪表；能熟练查阅常用电子元器件和芯片的规格、型号、使用方法等技术资料；能熟练的使用汇编语言进行电子产品软件程序设计；能用PROTEUS仿真软件对电子电路进行仿真；能熟练的利用单片机仿真器调试硬件电路；能分析典型的模拟、数字电路（信号的提取、电源、信号移相等等）。能制定电子产品开发计划和步骤，提出解决电路设计问题的思路；能查阅单片机外围电子元件的英文资料；能撰写产品制作文件、产品说明书。

五、课程教学实施

（一）教学实施方式

在教学实施过程中，采用实物演示、系统模拟、动画等多种教学手段，使学生们尽可能多的得到与单片机相关应用的感性认识，同时使一些较抽象的内容，如CPU时序、指令寻址—译码—执行过程、程序跳转时寄存器和堆栈的变化等，变得形象化、直观化，同时结合随堂实验和仿真实验，提高学生的动手能力、增强学生的工程意识。

（二）教学实施过程

每个项目的教学都采用“明确项目目标-项目分析-项目实施-项目评估”四大环节；每个任务也要做到“明确任务目标-任务分析-任务实施-任务拓展-项目评估”五个步骤。通过教学实施，学生能够建立起单片机课程软件和硬件的完整知识体系结构，同时能够掌握汇编语言编程和C语言编程方法，熟练掌握各类控制器的CPU、存储器体系结构、MCU的引脚功能及使用、定时/计数器、中断系统、串行通信、各种接口电路、LED显示、LCD显示、电机控制等。通过项目分析及项目实施，学生能够掌握单片机技术硬件开发能力和软件开发能力。对于硬件开发能力，学生可以根据每个项目的要求选择合理的器件，首先在Proteus硬件仿真平台上进行系统的仿真调试；在PROTEL软件平台上绘制原理图和PCB图，然后制板，焊接，硬件调试；对于软件开发能力，学生可以根据设计目标构思设计方框图，选择合适的编程语言编写程序，再进行程序调试，最后进行程序烧写并整体调试。最终使学生建立起系统开发的思想和能力。整个项目完成后，必须完成每个项目的评估表。具体实施流程图如图5所示。

图5 教学流程图

（三）教学实施效果

通过项目组对单片机类课程的教学改革研究，

突破了以往理论与实践相脱节的现象，教学环节相对集中。充分发挥了教师的主导作用，通过设定教学任务和教学目标，让师生双方边教、边学、边做，全程构建素质和技能培养框架，丰富课堂教学和实践教学环节，提高了教学质量。在整个教学环节中，理论和实践交替进行，直观和抽象交错出现，没有固定的先实后理或先理后实，而理中有实，实中有理。突出了学生动手能力和专业技能的培养，充分调动和激发了学生学习兴趣，提高了学生的专业核心能力。通过单片机课程教学改革，培养学生了学生的自学能力、不断探索的精神和系统开发工程师在设计过程中应当具备的行业规范习惯。培养了学生开发项目的团队意识、协作意识、时效意识和竞争意识，提高了学生的职业核心能力。

[1]李雄杰．职业教育理实一体化课程研究[M]．北京：北京师范大学出版社，2011：7-15.

[2]包宋建．单片机类课程“理实一体化”教学改革探索与实践[J]．工业控制计算机，2013（7）：113-115.

[3]廖德华，谢光彩，陈向，何成．工学结合下选矿专业人才培养模式研究[J]．岳阳职业技术学院学报，2014（1）：10-1.3

[4]刘超．单片机课程一体化开放式教学模式研究[J].理论创新，2014（1）：12-13

[5]鲍爱达，曲秀杰．基于MPC563的ECU嵌入式系统设计与应用[J].工业控制计算机，2005（3）：59-60.

[6]戴士弘.高职教改课程教学设计案例集[M].北京:清华大学出版社，2007.

[7]彭伟.单片机C语言程序设计实训100例：基于8051+Proteus仿真[M].北京：电子工业出版社，2011：28-30.

（责任编校：马余平）

The Research of Teaching Reform and Im p lementation in Higher Vocational MCU Course

XU Yan-ying1BAO Song-jian2CHEN Shuai-hua1TANG Yong1

(1.DepartmentofMechanical and Electrical Engineering,Chongqing Creation Vocational College, Yongchuan,Chongqing 402160;
2.College of Electronic and Electrical Engineering,Chongqing University of Arts and Sciences,Yongchuan,Chongqing 402160)

Aiming at the present outstanding problems that exist in the course teaching of MCU in Higher vocational colleges,taking the"talent training project,the task-driven"talents cultivation asa guide,combing the cognitive rulesofhigher vocationalstudents,thispaperbuilt the course teaching implementation plan of combining the contentof teachingand learning tasks,applied the"workingand learningalternation"teachingmodelaccording to the students'cognitiveability and cognition rule,with the integration of"teaching,learningand doing"projectas the center toorganize teaching,toensure theeffectofclassroom and practice integrated teaching.

micro-programmed control unit(MCU);course reform;teaching,learning and doing integration

G 712；TP 368.1

C

1672－738X（2014）04－0074－05

2014-06-21

重庆市高等教育教学改革研究一般项目“行动导向高职‘单片机程序设计与应用’教学实践研究”（1203180）。

许艳英（1974—），女，内蒙古赤峰人，电气工程专业副教授。主要研究方向：高职教育理论，嵌入式控制系统开发及应用。