基于创新式项目驱动的单片机课程教改探讨

2021-07-12苏俊维

科技视界 2021年8期

苏俊维

（广西民族师范学院，广西崇左 532200）

0 引言

当代科学技术迅速发展的环境下，各种技术培训机构应运而生，但是单片机的培训机构却为数不多，理由是单片机学习涉及交叉学科多、软硬件知识复杂和实践经验需要长期积累。

大学校园是单片机学习的主要场所，每年都开设单片机课程。高校仍然采用古老的8 位51 单片机作为该门课的内容，原因是这门课是学习嵌入式技术的奠基石。高校讲授的是比较经典陈旧的基础知识，但是学生却喜欢潮流先进的科学技术，他们对老学科老技术不感兴趣，导致很多同学对这门课程的学习感到迷茫，最终放弃单片机转向软件编程方向或参加软件培训班课程，最终也导致国家嵌入式领域人才缺乏和流失[1]。

针对上述共性问题，本文探讨该课程的改革，希望通过本文的探讨能对各高校的单片机有关课程的教改研究产生共鸣。

1 教改探讨

1.1 教材选定

本文理论教材采用了郭天祥编写的教材，该教材对51 单片机入门有较好的引导作用，内容安排合理，但是没有必要购买配套该书本的开发板。

本文实践教材是市面上一本买书送单片机开发板的教材，该教材的优势在于学生做实验再也不用待在实验室，也不需要费尽周章购买市面上其他开发板就能随时随地玩转单片机。理论和实践的程序都采用了C 语言，虽然理论教材与实践教材的原理图不一样，但是刚好让学生拥有了一个学以致用的平台，通过修改理论教材上代码去匹配实践教材开发板，让学生亲自的去研究原理图和接线，了解了单片机硬件的构造。

实验室配备有一批51 单片机最小系统板和一些制作智能小车常用的配件，供学生做实验使用，也为创新式项目做好铺垫。综上所述，教材的选定满足了改革的需求。

1.2 理论学习

理论学习普遍的特点就是枯燥、死板和抽象，所以本文提出基于创新式项目来驱动单片机学习的改革如下：首先，任课教师需要充分理解书本的理论知识和代码例程，然后制作社会上热门的、学生们感兴趣的科技作品，如智能小车、机械臂和人工智能管家等。教师通过书本知识点和单片机硬件改编成几个创新式项目出来，根据这些创新式项目来引导学生学习单片机技术。

下面以智能小车为例说明创新式项目驱动学习的过程。创新式的项目必须是书本上代码的改编、原理图是实验教材配套的，这样安排考核的时候就有依据。该项目结合理论教材的理论知识一起讲述，在实践课上现场编写程序改造和完善创新式项目，该项目不涉及过多的硬件设计，主要利用现成的模块进行搭建完成，如智能小车由变压模块、电机驱动模块、电池模块、单片机最小系统模块和串口蓝牙模块等组成，也不要焊接电路，用杜邦线连接更方便项目的扩展和完善。

理论课的教学方法主要是启发和总结归纳，首先要启发学生用书本上特定的知识点去完成该创新项目，例如，用定时器去实现单片机的串口收发功能，然后总结归纳定时器的原理和程序，最后当场改编书本定时器的代码变成智能小车无线蓝牙遥控代码。当学生看到教师根据书本知识点也都能做出遥控小车，他们就想尝试，这个时候教师要抓住时机，布置提高版本的创新项目作业要求学生课后完成，例如，要求学生根据定时器和I/O 口的操作原理编写程序控制智能小车自动左拐右拐前进后退，实现自动行进。

广西民族师范学院物联网工程专业的单片机课程的理论课时不多，虽然选好了教材，但因材施教也是需要改革，很多高校开设的单片机课程根据书本章节按顺序讲授，范围面广，学生理解能力有限的情况下复习该期末考试比较头疼。经过长期实践，本文总结出单片机课程中核心的内容包括：I/O 输出、I/O 输入、中断、串口和一种总线。对应的实验包括：点灯和数码管显示、独立和矩阵键盘、定时器中断和外部中断、下载程序和调试程序、I2C 或者SPI 总线。单片机学习内容是可以化繁为简的，没有必要去学习各种传感器的使用而迷失了单片机的精华，本文建议课堂上应该充分发挥51 单片机的性能，把所有的板载资源都用上，少用现成的传感器，组成一个创新式的项目，从项目的构思、设计和调试各个阶段融入上述的单片机核心内容，这样学生在做项目的同时巩固了单片机的核心技术，为日后的就业打下项目基础。

这样的改革好处是：将课本理论知识与实际的创新项目结合起来，老理论实现新创意提升学生学习兴趣，创新项目的材料新颖独特，网上资源难以匹配，学生只能依靠自己独立思考还要团结协作完成作业，达到增强学生随机应变的能力。所以综上所述，理论学习的改革满足了改革的需求。

1.3 实践操作

实践操作课程的特点是实践，以验证性实验为主。不少同学习惯验证，眼高手低，把代码拷贝到电脑上完成实验任务，最后自己写代码反而成问题。这种情况也是普遍存在，所以本文提出的基于创新项目来驱动单片机实践操作主要体现在项目的完善和教师带头示范创新性操作。

实践课的教学方法主要以学生观摩和动手实践为主。需要通过实践课来检验同学们学以致用的水平，检验方法是：完成实践教材上要求的验证性实验和创新式项目的功能完善。

验证性实验也不能拘泥于点灯、数码管显示和按键输入，这样的课程内容会显得乏味。本文建议将上述的知识点全部融入智能小车上，在车上同时实现点灯、数码管显示和按键输入，这样经过改良的创新式项目将会是一个很好的验证性实验。

创新式项目功能的完善需要师生合作，单靠任课教师一人之力是不可能做到面面俱到，所以要求学生团结协作完善创新式项目，如让学生完成了智能小车自动行进之后再让学生增加机械臂到智能小车上，实现遥控搬运智能小车。另外如果学生有好的其他想法和做法来完善项目，也能给他增加平时成绩。

当创新型项目的完善难度过大的时，就需要教师带头示范创新性操作。老师通过在课堂上总结同学们遇到的问题，展开师生间的课堂互动探讨，通过各种渠道，特别是网络资源的利用，找到合适的解决方案，亲自演示解决部分关键问题，剩下的问题留给同学们自行完成。通过这样的引导，学生学会解决问题的捷径。所以综上所述，实践操作的改革也满足了改革的需求。

1.4 考核方式

期末考核是检验学生在课堂上是否好好学习的一个有效标准。大部分高校采取的方案是：理论学习用闭卷笔试，实验操作用上机操作或者开卷上机笔试。如果出一些概念性很强的题目，可能会导致以下的结果：一些脑筋灵活的学生不喜欢背诵一些繁杂的概念，也不喜欢考前突击，会导致高能低分；一些不会灵活变通，但是背诵能力很强，注重考前突击的学生会导致高分低能；上述的结果应该都不是我们所希望的。

本文也属于该情况，但是在试题的内容上做出了很大的改革。本文建议在理论闭卷笔试中不妨出一些读程题和编程题结合的题型，读程题让学生知道程序的框架，自己将程序的功能表达清楚即可；学生在做编程题的时候可以参考读程题的框架，没有必要让学生默写出来，写出符合题意功能的新程序出来即可。本文考核题目的内容采用创新式项目中涉及理论教材中的知识点进行变换，再分散渗透到各种题型，平时接触多的同学都能做好这些题目，不用刻意背诵，试题也有一定的区分度。综上所述，考核方式的改革也满足了改革的需求。