基于任务驱动的单片机教学方法改革

2018-07-13吴爱萍

中国现代教育装备 2018年11期

吴爱萍

南京工程学院自动化学院江苏南京 211167

1 单片机教学现状

单片机是自动化类学生必修的专业基础课，也是以后学生开发智能控制系统的基础，该课程具有很强的实践性和系统性，旨在提高学生的工程设计开发能力，提高学生的竞争力。

目前我院该课程分配了40学时的理论教学，8学时的实验教学以及一周的课程设计。从前面几届的教学效果来看，该课程的教学效果不尽如人意，只有少数同学能掌握单片机的开发步骤，自己设计出以单片机为控制核心的应用系统，多数同学云里雾里不知道怎么下手开发系统，没有达到我们预期的教学效果。究其原因主要有以下几点。

(1)理论教学和实践教学严重脱节。在单片机的教学中，我们通常是在讲完单片机的内部结构、指令系统及汇编语言程序设计之后才安排第一次上机实验，而在这之前学生学习的大量知识点是零碎的、抽象的，显然是很枯燥。等到上机时，面对这么多的知识点学生不可能很轻松地在实验中加以运用，那么前面学习的知识点就像是一堆建房材料无序地堆在那，学生不知道怎样利用这些建材构造自己的小房子，与实际应用脱节。另一方面由于理论课时偏少，当下流行的接口也无法讲授，学生碰到相关的器件不会使用。

(2)实践环节课时偏少。8学时的实验和一周的课程设计远远不能让学生建立单片机系统的概念。目前实验室的实验设备都是实验箱，其自身开发能力较弱，完成一些简单的验证性实验没有问题。但是在课程设计、实习等集中实践环节，由于时间紧，学生只能在教师的指导下在实验箱上搭建硬件电路，编制程序，在实验箱上调试。学生没有经历原理设计、PCB板设计、元器件购置、元器件安装及调试的全过程，对单片机应用系统的开发过程没有直接体会，动手能力得不到预期的提高，大部分学生单片机应用系统的设计能力不理想，对单片的开发过程缺乏认识，导致学生不能发挥自己的主观能动性。

(3)学生学习单片机的兴趣未能激发，学生被动学习，得过且过，考试通过就行，学生从中体会不到成就感。

(4)考核方式单一，期末采用闭卷考试形式，只注重基础知识点的考查，忽视学生开发调试能力考核。目前实习课程考核实习报告占的比重太高，实践过程考核比重低，学生只要到场不管做的效果如何都会得到一个差不多的分数，因此学生在实验室消极怠工，不积极思考、调试。针对以上几点问题，为了达到“学以致用”的培养理念，我院对单片机的教学从教学理念、教学体系、教学方式、考核方式等方面进行了一系列的改革。目前，已实施了一年，教学效果喜人。

2 教学体系的改革

为了提高学生单片机应用系统的设计水平，提升学生创新实践能力，增加单片机理论课时到56学时，增加I2C总线、SPI总线和单总线接口及应用等教学内容，与当下检测元件的接口对接；适当增加基础实验学时，基础实验还在原有的实验箱上做，让学生有个过渡过程；对现有实践教学模式进行改革，将单片机课程实习更改为2周，并且与电子线路CAD实习联合起来做，将单片机课程实习的硬件设计任务安排到电子线路CAD实习中，摒弃原有实验箱的束缚，让学生自己动手设计电路原理图，学习常用器件的参数选取、购买，为防止学生自己设计的电路有问题，教师事先可以准备一些常见接口单元电路，提供典型模块的印制电路板，学生自己进行元件的焊接，最后进行硬件系统的调试和程序写入。这样学生课余时间也可以调试，充分锻炼学生的动手能力。学生直接参与微处理器应用系统开发的全过程，有效培养学生微处理器应用系统的开发能力和动手能力。

3 教学方式的改革

对常规教学进行改革，引入任务驱动教学法。任务驱动教学法是一种建立在构建主义学习理论基础上的教学法，以任务为主线，以学生为中心，以教师为主导，让学生带着任务进行自主探索和协作学习，培养学生从实际问题出发、分析问题、解决问题的能力。强调学生的学习主体地位，发挥教师的主导作用，突出任务的目标性和真实情景创建。任务驱动教学法的实施过程通常包括：设计并提出任务、分析任务、自主协作完成任务，交流评价等环节。这一改革与学校正在积极推进的实践教学综合改革，实施“学以致用”的宗旨一致。这需要学院提供实践平台，同时要求学生发挥学习的主动性和能动性，让学生带着任务进行自主探索和协作学习，可以使得学生变被动学习为主动学习，成为学习的主体。这需要课程组的老师针对单片机的应用现状，构建单片机课程实习的任务体系，并对每个任务要完成的内容提出详细要求，在课程讲授时帮助学生分析任务要求和控制方案选择。

我们课程组的老师根据控制类专业应用背景，统一思想，为实施任务驱动教学法通力合作，团结协作，每位教师提出2～3个设计课题，将课程组教师提出的任务反复精选出10个具有一定典型性、实用性、开放性的课题构建单片机实习任务驱动教学法中需要的任务体系。同时将每个实习任务划分为几个典型子模块(显示模块、MCU模块、电源模块、键盘模块、下载接口、电机驱动模块、超声波模块、红外模块等)，便于实习时学生在子模块的基础上搭建自己的控制系统。每一个任务都包含设计要求、资料查询、硬件原理设计、元器件的选择、安装调试、软件设计、程序写入、撰写实习报告等部分。任务体系中任务数越多，学生个体越能得到锻炼，所以在教学实施的过程中需要不断扩充任务体系。所以这部分需要项目组成人员的共同努力。其中硬件电路是重要的基础，为防止学生的硬件电路设计问题使得实习不能进行下去，由教师提供常见的电路基本模块，学生根据自己原理图选择需要的模块连接构成系统，学习常用器件的参数选取、购买，自己进行元件的焊接，最后进行系统的调试。在电子线路CAD课程学习基础上，让学生独立完成一个基于单片机的小型应用系统设计。学生自己进行电路图设计、元器件的购买、焊接、写入程序、安装调试等，每位学生直接参与单片机应用系统开发的全过程，学生经过该项目的实施，综合创新能力、科技开发能力均有较大程度的提升。

采用任务驱动式的教学方法。在开始上理论课的时候就给学生分配好两周课程实习所要完成的实习任务，让每个学生都可以带着任务学理论，做实验，思考如何将学到的知识点应用到自己的实习任务上。这样可以加深理论知识的理解与掌握，提高应用能力，建立系统性。教师上课可以以某一任务为导向讲解各知识点，让学生从简单的子项目开始边学边做，将课程的理论教学和实践教学融合在一起。这样也可以避免个别任课教师对实践教学参与较少，教师不重视、不愿意参与实践教学的问题，同时提升教师的创新实践能力。通过任务的实施改变理论知识与实践相脱节的局面。

4 课程考核方式的改革

目前我院单片机的考核分为理论课的考核和单片机的课程实习考核。单片机的理论考核采用闭卷方式，比较注重基础知识点的考查，基本忽视学生开发调试能力考核。我们课程组的教师正积极思考采用开卷考试方式，题目尽量开放式，和我们给定的任务体系密切相关，这项工作还在雏形之中。工科院校以“应用型”人才培养为目标，在课程设置上安排了较多的实践课程，以培养学生的专业技能和工程实践能力，科学合理地评价学生实践课程的成绩是实践课教学的重要环节。目前单片机的课程实习考核基本是教师以学生在操作和调试过程中处理问题的能力和实习报告的质量为依据综合评定成绩，按优秀、良好、中等、及格和不及格五级计分，由于学生较多，教师很难全面了解每个学生实际实践情况，成绩的评定很大程度上看实习报告质量，带有较大的随意性和主观性，严重挫伤了学生的积极性，实习报告占的比重太高，实践过程考核比重低，导致报告抄袭现象严重。现在的思路是要加强实践过程、设计思路、实习成果的考核，真实全面考核学生实践课程的表现情况，成绩考核表见表1。