汽车专业单片机混合式一体化课程教学方法研究

陈华竣

在汽车领域中，随着汽车电子自动化程度越来越高，单片机的应用也越来越广泛。目前，国内许多院校的汽车相关专业都开设了单片机课程，教学方法也各式各样。人们提出了“理论—实践”一体化的改革设想；探讨了以工程应用为中心的教学模式；提出了利用Proteus软件的虚拟仿真功能进行单片机的教学方法。这些研究成果提出了许多新颖的想法，但是不完全适合汽车专业学生的知识结构和接受能力。为此，笔者结合学校汽车专业单片机课程教学实际，探讨单片机课程的教学改革方法。

一、汽车专业单片机教学现状

1.案例针对性较弱

单片机本身是一门综合性较强的课程，涉及编程、硬件、电子技术方面的知识，笔者学校汽车专业只开设了电工电子技术课程，因此学生的电子技术、计算机等基础知识偏少，学习单片机时比较困难。另外，原有的单片机课程的教学方法与电子类、机械类专业区别不大，所用的案例与汽车专业结合较差，学生不能很好地体会单片机在汽车领域的应用效果，学习起来比较茫然，学习效果不理想，积极性不高。

2.学时的限制

由于受到学校新的人才培养方案的限制，各专业都在压缩培养计划中各课程的学时。目前汽车专业单片机课程安排的学时共56个，其中理论学时50个，实验学时6个。实验学时偏少，造成学生对理论知识理解不透彻，学了之后不知该如何应用的情况。

3.理论与实验没有统一

目前的单片机课程理论内容安排在教室讲授，实验是在实验室进行，两个部分相对分离。虽然教师会在实验前布置实验内容，但是由于学生没有事先熟悉实验环境，实验时比较茫然。学生只是机械地按照实验指导的步骤去操作，得出相应的实验结果就完成任务了，并没有仔细思考这个实验涉及哪些理论知识，可以用于什么样的场景。另外，学校实验室课外时间不对学生开放，学生课后不能进一步验证或探究理论和实际一致性，缺少发现问题、解决问题的机会，逐渐失去对单片机学习的兴趣。

4.编程能力较弱

虽然在单片机课程之前学生先修了C语言课程，但是由于专业的关系，学生对计算机相关知识接触的较少，对程序设计思想、编程技巧掌握的不够熟练，在单片机的学习中对于硬件编程的内容更是难以消化和理解，造成对单片机学习的恐惧心理。

二、混合式单片机课程教学改革思路

1.开发汽车相关的案例

单片机的教学离不开案例的支撑，设计与专业领域相关的案例能激发学生的学习兴趣，同时能体现汽车专业的特点。教师可以在每个重点教学内容中都设计相应的案例，从易到难，案例不仅包含Proteus仿真案例，还包含实验仪所支持的案例。

案例设计可以分为两种：基础案例和专业案例。基础案例重点与理论知识点相结合，让学生掌握理论概念。专业案例与专业知识相结合，通过专业案例的讲解与演示，学生可以进一步熟悉单片机在汽车上的具体应用，发掘兴趣所在，为今后进一步学习打下良好的基础。

以并行I/O口应用为例，流水灯是基础案例，原理简单易懂，学生容易接受。但是流水灯的闪烁形式可以千变万化，取决于软件的控制。流水灯不同的闪烁方式就是不同的案例，简单的案例可以在课堂上详细讲解，复杂的只讲解控制流程，提供参考流程图和程序，让学生课下思考完成。

汽车转向灯是专业案例，教师通过讲解转向灯的控制原理，将单片机的I/O控制与转向灯结合起来，学生能将单片机和汽车上的电器装置联系起来，从而理解单片机在汽车上的应用。

学生还可以将汽车转向灯案例进行扩展，模拟控制汽车大灯、刹车、警示灯等，学生通过该案例了解汽车灯光控制系统的基本原理，为以后走向工作岗位打下良好的基础。

2.采用混合式教学模式，并将理论讲授和实验操作相融合

由于学时的限制，为了保证学生在更少的学时内更多地掌握单片机的知识，缩小现有教学中理论和实践之间的差距，可以采取以下两种方式。

（1）在线学习和课堂讲授相结合。如下图所示，使用网络课程平台，鼓励学生课下进行在线学习。教学流程如下：教师首先进行线上线下一体化的教学设计，并制作单片机关键知识点的教学视频；视频长度控制在10分钟以内，将视频、PPT、案例发布网络课程平台中，作为学习资源；每次上课前发布一个简短的预习提纲（即导学信息及学习任务与活动），学生根据提纲先自主进行在线学习；课堂上教师着重结合相应的案例对重点、难点进行讲解，解决学生在線学习中遇到的问题，学生在课堂上完成要求的案例；每个章节结束后，教师布置作业供学生复习，以巩固所学的知识；课后教师可以对该次课进行总结，并整理扩展资源及案例发布到网络课程中，学生可以在课下完成作业并有选择的学习扩展资源中的内容，培养自主学习的习惯。

（2）将授课地点安排在计算机房。将单片机的授课地点安排在计算机房，学生可以在听完本次课的重点、难点讲解后，马上对案例进行验证和拓展，实现理论讲解和实验相融合。如果机房资源有限，也可以让学生自带笔记本电脑在教室进行实验。

实验可以通过Proteus仿真软件或便携式实验仪两种方式进行。使用Proteus仿真软件，学生可以完成案例中芯片选取、电路设计、程序编写、加载、运行的整个过程；使用便携式实验仪，学生可以通过简单的接线，将Proteus中验证的程序加载到实物单片机系统中进行验证。实验仪可以让学生课后继续使用，以增加练习和实验的时间。

3.采用C语言与汇编语言融合教学

在单片机课程教学中使用C语言与汇编语言融合的方式，可以强化学生对单片机工作原理及过程的理解。掌握单片机的汇编指令系统能帮助学生进一步熟悉单片机的硬件结构，有助于学生提高设计和实现单片机应用系统的能力，能编写出效率更高、更可靠的C语言程序。

在单片机的教学案例中，教师可以使用C语言和汇编语言两种形式进行程序编写和讲解，让学生体会使用C语言和使用汇编语言实现单片机应用的优势与劣势，在以后的工作中可以更好地选择合适的语言进行单片机项目开发。endprint

三、改革的实施及问题

1.具体实施

笔者将上述教学改革思路应用在汽车学院14级单片机原理与应用课程的教学中，取得了较为明显的效果。

（1）设计了若干基础案例和专业案例。共设计了5个基础案例（LED流水灯、秒表、计数器、串行口通信、4*4矩阵键盘检测）和4个专业案例（汽车转向灯、倒车雷达报警、温度控制、小型CAN总线）。由浅入深，学生学习兴趣提高明显。

（2）采用混合式教学模式，使用网络课程平台建立网络课程，按教学进度制作微视频、PPT、案例、试题、扩展资料等资源，布置学生课下在线学习任务。教师在课堂上着重结合案例讲解重点、难点，学生在课堂上完成基础案例的制作，教师演示专业案例，讲解设计思路。布置课后作业，学生课下在线完成。

（3）将实验与教学进行一体化安排，增加实验时间。虽然受到学校资源限制，授课地点不能安排在计算机机房，但是可以鼓励学生携带笔记本电脑到课堂，教师在讲课过程中讲解演示案例。学生每2～3人分成小组进行练习，每组配备一套便携单片机实验仪，由学生自行保管，课程结束再回收。在课堂上，学生不仅可以通过Proteus仿真软件对单片机案例进行训练，还可以直观地对实验仪中的单片机系统進行操作，将仿真系统与试验仪中实物系统进行对照，掌握各案例的电路原理及制作过程，掌握单片机的程序编写，编译和下载步骤，从而更深入地理解单片机系统开发过程。

（4）采用C语言与汇编语言融合教学。案例中加强汇编程序和C程序的对比。学生进一步熟悉C语言的语法及使用。多数学生反映汇编语言让他们对单片机的内部结构有了较详细的了解，C语言使用起来更为方便、灵活。

2.存在的问题

混合式教学模式对教师提出更高的要求。教师既要完成线下现场教学，还要完成线上教学视频的设计与录制，制作相应的教学资源发布到网络教学平台，将线上线下作为一体设计课程。另外，任课教师需要同时具备汽车专业知识和单片机系统开发能力。理论课程与实践课程相融合，课程实验与汽车专业课程的有机结合，都需要教师利用较多的课外时间来准备。如何分配和控制课堂上的时间也是需要进一步解决的问题。因此，任课教师需要不断学习，经常对教学计划进行反思、总结、修改，完善教学内容，提高汽车专业单片机课程的教学能力。

针对汽车专业单片机教学的改革是个长期且不断探索完善的过程。 为了能获得更好的教学效果，需要在教学内容上不断调整，充分结合专业需求，进一步探讨提高学生学习兴趣和创新能力、培养符合社会需要人才的方法。

参考文献：

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[2]罗湛，陈永川.非计算机专业单片机课程教学改革[J].中国现代教育装备，2015（1）.

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[4]袁锋伟，赵立宏，朱慧玲等.基于Proteus的单片机课程教学与实验改革[J].实验室研究与探索， 2007（12）.

[5]赵巍，冯娜，李彬.机械专业单片机课程教学方法研究[J].科技资讯，2012（24）.

（作者单位：广东技术师范学院）endprint