理实一体化教学模式在单片机课程中的应用

戴剑

摘要：阐述单片机课程的理实一体化教学模式，以单片机为控制核心实现数控机床各种功能，将传统教材的知识点进行重构，以项目导向法进行教学设计，使学生在做中学，学中做。

关键词：理实一体化；单片机；项目导向法

中图分类号：G4

文献标识码：A

doi：10.19311/j.cnki.16723198.2017.17.094

1单片机课程教学现状分析

单片机是一种小型MCU，常用于仪器仪表智能化、机电一体化设备自动控制，家用电器自动化方面，是智能设备控制系统的核心部件。是机电、自动化专业必修的专业课程。

单片机课程是实践性非常强课程，并且其前导课程涉及的基础知识广泛，一般有《电工电子技术》、《传感器技术》、《PCB设计与制作》、《C语言基础》等课程。单片机技术系统性、应用型较强，对学生逻辑思维能力有一定要求，又是软、硬件结合，采取传统课堂理论教学方式显然是无法达到教学目标的。

随着高职教育的普及，职业院校的生源质量有所下降，大部分学生数学基础差，逻辑思维能力不强，并且在学习过程中不适应传统课堂教学方式。

目前，大部分开设单片机课程的院校对单片机课程的教学是以课堂理论教学为主，以实验箱的实验为辅助，按照实验箱中的指导手册做验证性实验。学生按照指导书上的步骤进行实验，盲目的观察实验现象，对整体的系统构架不理解，一旦脱离了试验箱，独立进行应用系统设计时，学生往往不知所措，不知道从哪里入手。这种以课堂理论教学为主，单独靠几个固定实验进行实践训练的教学方式显然也是无法达到教学目标的。

2理实一体化教学模式应用的可行性

“理实一体化”教学模式是运用现代化的教育技术手段，打破傳统的授课方式，将理论、实验、实训等教学内容整合在一起，教室、实验室与实训室融为一体。在一个课堂内完成理论知识与实践技能的传授，以技能训练为核心，融知识传授、能力培养、素质教育于一体的全新教学模式。

“理实一体化”教学模式突破了以往理论与实践相脱节的现象，教学环节相对集中。它强调充分发挥教师的主导作用，通过设定教学任务和教学目标，让师生双方边教、边学、边做，突出学生动手能力和专业技能的培养，充分调动和激发学生学习兴趣，丰富课堂教学和实践教学环节，提高教学质量。

高职教育的培养目标是以培养技术应用能力为主，理论适度，重点培养学生的基本实践能力与操作技能，从而进一步培养学生的综合实践能力与综合技能。职业学校的学生动手能力和感性思维能力较强，非常适合采用“理实一体化”教学模式。

3理实一体化教学模式的应用

3.1教学设计

通过企业调研，我们得到单片机系统开发的典型工作任务，结合我院机电一体化技术专业的专业核心课程《数控机床操作与编程》，选取利用单片机进行简易数控系统的完整设计作为课程的教学项目。同时结合《单片机开发与应用工程师》岗位职业资格证书的要求，理论教学本着“实用为主、够为度”的原则，实践教学本着“能力本位、逐层递进”的原则，坚持“以职业能力培养”为核心，以实际工作项目为驱动，将部分内容相互融合交叉，注重教学过程设计。将整个课程分为五个项目，十二个学习情境，每个项目都有明确的能力目标.每一个学习情境都足一个完整的工作过程。学生完成学习后，既可以使学生掌握单片机系统开发的主要内容，又可以使学生深入理解数控机床控制系统的运行原理。

3.2实施步骤

理实一体化教学一般采用项目导向法，项目导向法是一种高效的教学方法，以教师为主导、学生为主体，以一个完整的项目工作为教学内容，重构原有教材的教学内容，以项目为载体，以职业能力的培养为目标的系统化教学方法。具体实施过程如下：

（1）项目分析：教师介绍项目背景，提出项目要求和具体功能指标，同时简要讲解本项目相关的单片机知识点，帮助学生初步理解项目，使学生明白要做什么。学生收集资料，调查项目需求，分析项目的可实施性。

（2）制定计划：教师对学生进行分组，每组3-5人。学生将项目分成多个任务，并根据每项工作任务的要求，制定具体的实施方案，制作详细的项目指导书。

（3）项目实施：学生按照项目指导书要求进行操作，教师在学生具体实施过程进行监督和指导。在实施过程中，注重培养学生的合作意识和沟通能力，主动积极思考、解决具体问题的能力、培养学生的综合职业技能。

（4）项目评价：项目导向教学的评价是多元的，采取过程性评价和总结性评价相结合、学生自评、互评和老师评点相结合的方式。项目导向教学强调通过项目的完成情况，考核学生综合运用相关知识解决实际具体问题的能力。

（5）项目总结：教师对项目的特点、关键步骤、主要理论知识点进行梳理，帮助学生进一步增强对知识点的理解和掌握，并通过发现学生作品中的优点，让学生产生成就感，激发学生学习的兴趣。同时，通过布置相关课后思考题，使学生继续巩固所学知识并加以拓展，培养学生综合应用的能力。

3.3教学案例

下面以“项目一：数控机床的显示”为例进行教学设计。

项目一：数控机床的显示：数控机床的显示包含数控系统显示面板和各类指示灯，这里仅对指示灯的显示进行项目设计。在学生学习《数控机床操作与编程》课程中，学生已经初步掌握了数控机床的基本操作，下面请同学们说一下在操作数控机床时指示灯的状态有什么特点？

在数控机床操作面板上有的指示灯按下对应按键后常亮，如机床准备就绪时的绿灯，进给倍率F等；有的指示灯按下时亮、松开按键后灭，如方向按键X+等；有的指示灯会闪烁，如报警灯；有的指示灯是触发某一状态才会亮，如回零灯。这些现象是如何通过单片机的控制实现呢？

学习情境1-2 绿灯：

前面学生学习了单片机的最小系统，了解了只有加上最基本的外部复位电路、震荡电路后单片机才能工作，但是没有任何的输入、输出。现在我们加上一个绿灯试试。

（1）项目分析：机床准备就绪后绿色指示灯持续常亮，在单片机最小系统的基础上，在单片机的输出引脚上加上一个绿灯，并通过程序持续给引脚低电平信号就可以使绿灯常亮了。

（2）制定计划：按照单片机系统开发的过程，总体设计、硬件电路设计（Proteus仿真、面包板搭建电路）、软件设计（Keil仿真）、综合调试（软硬件）、项目文档整理等各组进行分工。根据学习情境的要求，各组员制定具体的实施方案并制作详细的项目指导书。

（3）项目实施：教师在学生具体实施过程进行监督和指导，学生在实验过程中难免会遇到障碍，首先鼓励学生自行分析、思考，进行小组讨论，或以提问的方式引导学生思考。如：在硬件电路设计时，能够直接在输出接口P1.0连接发光二极管吗？在软件设计中，reg51.h是什么文件？P1.0=0就是低电平了吗？

（4）项目评价：小组完成项目内容后，先根据组员分工进行自评和互评，最后教师对每组的项目文档进行点评，对在项目实施过程中发现的亮点提出表扬。

（5）项目总结：教师对全班的项目完成情况做汇总，对项目整体设计思路，关键要点做详细说明，对外围电路的设计、软件设计不同方案进行讲解。同时，提出新问题，灯怎么灭掉？1个灯点亮了，8个灯呢？

单片机课程是实践性很强的专业课程，尤其是在强调动手能力、职业能力的高职教育中，培养学生单片机外围硬件电路的设计、软件的设计能力只有通过大量的练习。采用理实一体化的教学模式，能够充分调动学生学习的积极性，并通过项目实施过程中的操作、思考、交流、讨论等环节，锻炼学生的动手能力和团队协作精神，使学生全面发展。