基于1344和PTP模式的单片机原理与应用课程的教学创新研究

任丰兰

常德职业技术学院 湖南常德 415000

单片机原理与应用[1]是高职院校机电一体化技术专业的一门专业核心课程，是一门理论和实践性很强的学科，它的特点是：逻辑性强、抽象、难懂，很多学生在学的时候都感觉枯燥乏味。如果沿用传统的教学模式[2]，学生听不懂，会感觉课程枯燥无味化。针对以上问题，以常德职业技术学院机电一体化技术专业2013级的两个班的学生为研究对象，结合单片机原理与应用[1]课程的特点，引入了“1344”[3]和“PTP”的教学理念，进行了基于“1344”和“PTP”教学模式的课程改革[4]，把专业知识、能力、素质等培养目标融入教学过程中[5,6]，激发学生学习的自主性和积极性，大大提高了学生的学习兴趣和教学效果。

1 “1344”和“PTP”的教学模式

“1344”和“PTP”的教学模式是以1条主线即单片机最小开发系统主线出发，结合3个典型项目、4个模块理论教学(包括软、硬件知识)和4个实践应用模块让学生对单片机的最对单小开发系统进行焊接实践(Practice实践)，形成片机最小开发系统的感性认知能力，提起学生对这门课程的兴趣，再通过对单片机最小开发系统中硬件结构和软件编程的理论教学(理论Theory)解决学生在感性认知中存在的问题，最后以Proteus软件和Keil C 软件的模拟仿真对整个开发系统进行调试和运用(再实践Practice)的教学模式，把感性的认识和理性认识相结合，把枯燥的知识融入实物之中，极大地提高了学生的学习兴趣。

2 基于“1344”和“PTP”模式的单片机原理与应用课程的教学实现

2.1 “1344”和“PTP”模式课程整体的设计

“1344”和“PTP”模式的单片机原理与应用课程整体设计是以“单片机最小开发系统”为主线，选择了3个典型项目、4个模块理论教学、4个模块应用作为教学内容(“1344”)，将相关的概念和原理等知识贯穿其中，通过“实践→理论→再实践”(“PTP”)的方法将理论与实践相结合，提高学生学习的积极性和主动性，以保证学生可持续发展能力的培养，达到知识掌握的目的。课程的整体内容设计如表1所示。

表1 “1344”和“PTP”模式的课程整体内容设计

2.2 “1344”和“PTP”模式的教学实施

“1344”和“PTP”模式的教学实施如表2所示。它把抽象的、纯粹的单片机的硬件知识与实物进行结合，提高了学生对知识的理解能力和学习兴趣；把对以前那种先讲解枯燥的指令的教学方式进行改革，把单片机的指令讲解融入程序中，让学生把抽象变成具体，从而提高了学生的兴趣，提高了学生的学习效果。最后结合Keil C 软件和Proteus软件进行程序的调试(再实践)，利用做好的单片机最小开发系统把4个模块进行运用，把硬件和软件进行结合，直接检验编程的对错，看到直观的编程效果，使学生理论联系实际，提高学生的动手和分析的能力。如在讲解循环彩灯、跑马灯硬件电路模块时，让学生把焊接好的单片机最小开发系统拿出来，并与这一模块的硬件进行对应，用Proteus软件对电路图进行绘制，把这一模块的元器件组成、作用和工作原理进行讲解，再启发学生说出这一模块的作用，把抽象与具体进行了结合，增加了学生的学习兴趣。在讲解这一模块的程序编制的时候，采用案例式等教学方法，把单片机与计算机进行比较，启发学生硬件在运行的时候需要用软件进行支撑，并结合硬件把这一模块的程序思维进行思考，一步步把程序语句、指令进行运用，达到编程的目的。

2.3 “1344”和“PTP”模式下的教学方法

在单片机原理与应用课程项目教学授课体系中，坚持“以学生为主体，以教师为主导”的原则，在教学中，采用实物和引导文、比较式、理—实一体、案例式等教学方法。针对不同的项目采用不同的教学方法，以项目一的单片机最小开发系统的制作为例，采用实物教学和引导为教学方法，先用一个已经做好的最小开发系统为模型进行演示，让学生明确单片机最小开发系统的结构和工作原理、安装要求，然后学生制订具体的工作计划，依据引导文件进行硬件结构的设计，学生依据引导文件进行单片机最小系统的焊接安装、检测，检测完后让学生进行交流，做自评和互评，整理文档和环境，最后教师根据学生做的情况进行总评。这样学生的实践性和独立工作能力得到了提高和加强，同时加强了学生的团队意识和团队协作精神，为以后的工作奠定了基础。

3 基于“1344”和“PTP”的教学模式与传统教学模式的对比

在为期1个学期的教学过程中，学院机电大专2013级的2个班进行了实践，机电1301班采用的是传统的教学方法，机电1302班采用的是基于“1344”和“PTP”教学方法，教程选用的都是李全利主编的《单片机原理及应用技术》，并对教学过程和教学效果进行了比较。

3.1 教学过程比较

3.1.1 传统的教学模式教学过程

在机电1301班中的教学中采用的是传统的教学方法：基本上都是理论的教学模式，采用多媒体和黑板结合，按照书上的目录从绪论、80C51结构和原理、80C51指令系统、80C51的汇编程序设计、80C51的中断系统及其定时器/计算器、串口、单片机的扩展、应用等进行教学，即把硬件知识、软件知识、应用进行讲解。

3.1.2 “1344”和“PTP”的模式教学过程

在机电1302班采用的是基于“1344”和“PTP”的教学模式，没有按书上的顺序进行讲解，而是分为四步走。

第一步：先把已经做好的一个包括4个模块的最小系统展示给学生，告诉学生这就是最小开发系统，然后让学生进行模仿制作(焊接实践)，让学生对单片机的基本的硬件部分形成感性认识。

第二步：进行硬件理论教学，在讲解中采用的是以单片机最小开发系统为主线，以3个典型项目、4个模块的硬件与最小系统进行结合，实现对单片机的结构和原理、串口、扩展等知识进行融合，并与第一步做好的实物进行展示，同时采用Proteus软件把4个模块的硬件进行了绘制，把实物、模拟进行了结合，把纯粹的硬件知识由抽象变成了具体，把本来枯燥的课堂变得生动起来。

第三步：把4个模块的软件理论教学与纯粹的指令系统、汇编程序设计进行了融合，使得在讲解指令和程序过程中不只是讲解指令和程序，而是为了实现4个模块的程序的讲解，并与利用Keil C软件进行了结合。

第四步：把第二步和第三步做好的4个模块的Proteus和Keil C软件进行联合仿真，把软硬件进行结合，并对实物进行应用，实现再实践的过程。

3.2 教学效果比较

3.2.1 硬件教学效果比较

传统教学模式与“1344”和“PTP”的教学模式相比较如图1所示。

图1 传统教学模式、“1344”和“PTP”教学模式比较图

在机电1301班先把80C51的结构原理进行阐述，再讲中断系统和定时/计数器，然后才讲串口、扩展，虽然是按书上的顺序进行讲解的，同时用了Proteus软件对书上的电路图进行绘制。而在机电1302班讲硬件时，如在讲解循环彩灯、跑马灯硬件电路模块时，让学生把焊接好的单片机最小开发系统拿出来，并与这一模块的硬件进行对应，用Proteus软件对电路图进行绘制，把这一模块的元器件组成、作用和工作原理进行讲解，再启发学生说出这一模块的作用，并把单片机的硬件知识进行了融合。

从这2个班的硬件的教学效果看，在机电1301班自己在讲台上讲了一大通，但是学生对硬件还是搞不明白；而在机电1302班自己同样地讲一大通，是4个模块进行单片机最小系统的知识的融合，并辅以实物结合，把抽象的进行具体化，学生兴趣提高了，大都数学生都能说出各个部分的作用，都能理解硬件的作用和工作原理。

3.2.2 软件教学效果比较

软件是单片机中是很重要的，它对硬件起支撑作用。在机电1301班的软件讲解时是按指令系统、程序设计进行讲解的。在讲解指令系统时发现讲解得特别吃力，如在讲解传送类指令和加、减、乘、除指令时，都不知怎么讲解才能让学生记住这些指令，而在讲解汇编程序设计这章时，讲解的都是书上的实例，虽然加入了Keil C软件和Proteus软件，但对有些硬件与软件、实物的结合不是很紧密，学生听起来还是很茫然，一个班上大多数学生感觉还是听不懂。而在机电1302班采用的是不为只讲指令而讲指令，如把指令与循环彩灯、跑马灯中所用到的传送类指令和循环指令进行了结合应用，把软件、软件、实物进行了结合，给单调的指令和程序赋予了灵与肉，使学生产生了极大的兴趣，自然地就把指令掌握了，都对能对4个模块的程序进行编程，达到良好的学习效果。

4 结语

通过一个学期的教学，常德职业技术学院机电大专2013级的实践，新教学模式下的单片机原理与应用课程取得了明显的成效。

(1)听得懂课的学生明显增多，在课堂上提问的学生也明显增多，有很多学生根据身边的电器使用情况提出很多新鲜的问题并进行动手实践，学习的主动性明显提高。

(2)学生愿意将更多的时间花在实训室，并以单片机兴趣小组为基点，制作出了很多新鲜的电子小产品，专业基础水平和团队合作意识比以往有了明显提高。

(3)教师上课变得有趣了，教师的业务水平、实践能力比以往有了更大的提高，师生之间交流与合作，教师间的交流明显加强。

总之，在单片机原理与应用课程中，采用“1344”和“PTP”的新模式教学，以单片机最小开发系统为主线，通过“实践→理论→再实践”，把专业知识、能力、素质等培养目标融入3个项目、4个模块的理论知识、4个模块应用的教学过程中，取得了较好的教学效果。