浅析高职单片机技术课程教学策略

刘天旺

（北海职业学院，广西 北海 536000）

1 高职单片机技术课程教学现状

单片机技术作为现代电子技术的基础，已经在各个领域得到了广泛的应用。高职院校许多工科专业，如应用电子技术、物联网技术、工业机器人技术、电气自动化技术和机电一体化技术等专业，一般都开设单片机技术课程，而且是各专业的核心课程。然而根据调查研究发现，目前高职单片机技术课程教学存在以下几个亟需解决的问题。

1.1 学习编程工具选用不合适

目前单片机技术课程教学使用的编程工具是Keil专业单片机开发平台。Keil 专业单片机开发平台，英文本色，使用汉化版本，也只是少数菜单汉化，英文本色不会改变；语言难学，无论是C 语言，还是汇编语言，对高职生来说都不是容易的事情；操作复杂，即使是编制一个很简单的程序，都要经过一系列复杂操作才能完成。

另外，使用Keil 编写单片机的控制程序，必须先要“推翻”三座“大山”：理解近百个抽象字符指令的用法、牢记字符指令关键字的拼写和熟悉字符编程的语法规则。要在短短几十个课时的时间里“推翻”这三座“大山”，实属是一件很不容易办到的事情。

因此，对于高职学生或其他初学者，选择Keil 作为入门学习的工具，显然不是很合适的。

1.2 学生学习的兴趣普遍不高

目前大多数高职院校的生源90%以上来自中职毕业生，这部分学生的特点是对感兴趣的事情会积极地、主动地去完成，对不感兴趣的事情会敷衍应付甚至不闻不问。除此之外就是通过单招考试录取的高中毕业生，当然偶尔会有个别是通过参加高考录取的高中毕业生。或许因为文科生参加高考被本科院校录取的难度较大，所以高职院校所录取的高中毕业生多数是文科生。无论是高中文科毕业生，还是非工科类中职毕业生，当他们学习工科类课程时，都会有比较强烈违和感，从而直接影响学生对课程学习的兴趣。

学习兴趣对学习效果的影响是有共识的。因此，必须从教学内容设计、教学活动组织和教学评价等多个维度，采取有效的教学策略，才能激发学生学习的兴趣，确保课程教学实现教学目标。

1.3 学生抽象思维能力比较弱

一般来说，职业院校学生喜欢直观形象的、简单模仿操作课程，而不喜欢计算思维和逻辑思维训练课程。由于学习过程中没有重视计算思维和逻辑思维训练，因此职业院校学生的抽象思维能力普遍比较弱。而单片机技术课程是一门技术技能综合型课程，不仅课程内容抽象，如CPU、控制器、运算器、数据总线、地址总线等抽象概念，而且编写控制程序还需要有一定的逻辑思维能力才能完成。

如何化抽象为形象、化复杂为简洁，帮助学生降低学习难度，突破课程教学难点，是单片机技术课程教学亟须解决的问题之一。否则，课程的教学和学习，不但不能让学生体验到学习成功的喜悦，反而让学生一次次承受学习失败的痛苦。“失败乃成功之母。”对于意志坚强者来说或许是正确的，但对于意志脆弱者来说就不一定正确啦。

1.4 教学班学生基础参差不齐

目前高职单片机技术课程教学班的学生组成真可谓“海纳百川”，既有已经学习过单片机课程的机电类专业中职毕业生，又有连“单片机”名称都未听说过的非工科类（如学前教育）中职毕业生，还有极个别高中文科或理科毕业生。可见，同一个教学班中不同的学生学习单片机的基础是不同的，甚至相差比较大。

作为任课教师重新调整教学班学生的组成是不现实的，唯独能做的是采用行之有效的教学方法和教学策略实施教学，让不同基础的学生在相同的教学环境下都能取得进步，实现课程教学目标。

2 编程图形化、内容兴趣化、知识迁移化、研学实践化和教学层次化有效教学策略

2.1 降低门槛，便捷入门

能否挑选到一款适合初学者入门学习的编程工具（软件），直接决定了高职单片机技术课程教学和学习的成败。天问BLOCK 是国内公司研发出来的一款单片机编程工具（软件）。天问BLOCK，中文本色，不会给国内学生带来语言障碍；直观易学，它将生涩难懂的字符指令图形化为指令图块，而且没有复杂的语法规则；操作简单，编程时只需要将一个个直观的指令图块，拖拽到编程区中并且按照一定的控制逻辑“搭”起来，就能编制出具有一定控制功能的程序块。天问BLOCK，让复杂的、枯燥的编程作业变得简单而且有趣。

因此，选择天问BLOCK 作为初学时的编程工具（软件），不仅可以降低入门门槛，让学生轻松迈入单片机的“神秘世界”，而且将枯燥、抽象的编程作业转变成象“搭”积木一样的游戏，适合习惯“玩中学，学中玩”[1]的职业院校学生。

2.2 多措并举，激发兴趣

爱因斯坦曾说：“兴趣是最好的老师。”关注并挖掘职业院校学生的兴趣和爱好，对于做好当前的职业教育工作尤其显得重要。因此，开展单片机技术课程教学，要多措并举，激发学生学习的兴趣。

（1）学以致用，激发兴趣。充分利用课程认知活动环节，组织学生实地参观校内、校外单片机应用工程实例，如绚丽多彩的广告显示牌、忙而有序的十里路口交通信号灯，以及城市各种美化亮化工程。学以致用、用以促学、学用相长[2]，当然可以激发学生的学习兴趣。

（2）内容精彩，激发兴趣。精心设计每一次课的授课内容，将枯燥、抽象的课程内容以生动、形象的形式呈现，不仅可以降低学习的难度，而且可以提高学生学习兴趣。例如，将“单片机的内部结构”课程内容设计成为一个“和谐大家庭”[3]，如表1 所示，并由学生角色扮演在课堂上展示；又如，把“I/O 口结构和原理”设计成：点亮爱“♥”或控制爱“♥”闪烁，并将仿真运行结果制作成GIF 动图，发送给自己的知“♥”朋友。

表1 单片机“和谐大家庭”

（3）成果前置，激发兴趣。将每一次课的学习成果提前在课堂中展示，能够提高学生的学习兴趣和意志。例如，在学习“16×16 点阵移动显示广告牌”项目时，教师可以先将学习成果展示出来：一个16×16 的点阵屏广告牌，从左至右移动、循环显示“★无奋斗不青春无磨练不精彩★”励志语。

（4）师生互评，激发兴趣。在传统的课堂教学活动中，学生总是处于被人评价的“尴尬”位置，当然对课堂教学活动索然寡味。要提高学生参与课堂教学活动的积极性和兴趣，就必须创新课堂教学评价方式，不仅注重教师对学生学习情况和学习效果的评价，而且重视学生对教师教学情况和教学效果的评价。教学实践表明：平等和谐的师生互评，有利于促进学生提高学习的兴趣。

2.3 迁移认知，领会新知

在单片机技术课程学习过程中，对抽象概念的理解成为培养学生创新应用知识解决问题的一大障碍。在教学课时有限的情况下，让学生更深刻地理解单片机控制技术的相关知识，需要教师深度挖掘学生已有的知识和经验，引导学生进行经验链接，完成认知的迁移。

美国著名认知教育心里学家戴维·奥苏贝尔认为，一切有意义的学习都是在原有认知结构的基础上产生的，不受原有认知结构影响的有意义学习是不存在的。例如，定时/计数器是单片机内部的一个重要资源，利用它可以得到一个精度比较高的定时时间。但如何编写程序才能充分发挥它的效能？对于这个问题，学生往往百思不得其解。此时，教师应该及时引导学生，将日常闹钟使用方法（经验）迁移到编写定时/计数器控制程序（新知），如图1 所示。这种迁移认知的教学策略，会收获到意想不到的教学效果。

图1 从闹钟使用方法迁移到定时/计数器编程

学习的过程，就是运用已知去探究未知的过程。迁移认知的学习策略，可以促进学生对新知识的理解和记忆，同时还可以让学生明白事物之间相互关联的道理，从而引导学生主动构建、拓展认知体系和知识体系。

2.4 研学实践，突破难点

使用天问BLOCK 图形化编程软件，让编程就如玩积木一样容易上手，但编程的难点依然没有突破。例如，点阵显示广告牌是如何实现横向移动、循环显示汉字或其他字符信息？其底层的控制逻辑是什么？诸多问题未解，当然无从下手编写系统控制程序。毛泽东在《实践论》中指出：“认识从实践始，经过实践得到的理论的认识，还须再回到实践去[4]。”

认识既然从实践开始，当问题百思不得其解时，不如直接参加实践，在实践中寻求问题的答案。因此，组织学生来到校园内点阵显示广告牌现场研学。经过学生现场观摩、教师实时引导和师生共同讨论，取得以下3 个方面的收获。

（1）点阵屏逐列扫描、显示每一列的信息，人眼看到的也应该是一列信息而不是一帧完整的图像，为什么我们实际看到的是一幅完整的、绚丽的图像？原来这是人眼视觉暂留特性综合作用的结果，只要保证依次扫描一遍点阵屏的所有列，所消耗的时间足够短（一般要求小于200ms），那么在人眼中就会综合呈现一帧完整的图像。掌握了点阵屏扫描显示工作原理后，及时引导学生自主绘制控制流程图。

（2）如果第i 帧图像仅仅扫描、显示一遍，那么这帧图像在人眼中呈现的时间仅有几十毫秒时间。如此之短的时间，或许人的大脑还来不及反应，图像就消失了。因此为了能够看清楚图像，必须将它重复多次扫描、显示（如20 次）。这个环节的控制逻辑比较简单，只需要循环20 次调用“第i 帧图像扫描、显示一遍的函数”就可以达到目的。虽然简单，但依然要求学生把控制流程图画出来。

（3）要产生移动显示的效果，必须先将要显示汉字拆分成若干帧图像，拆分出来后再从第1 帧图像开始依次扫描显示各帧图像，就可以实现移动显示的效果。这个环节的控制逻辑也不复杂，循环若干次（=帧数）调用“第i 帧图像扫描显示20 次函数”就可以实现控制功能。例如，从左至右移动显示“★无奋斗不青春无磨练不精彩★”，可以拆分出16×14=224 帧图像，则必须循环224 次调用“第i 帧图像扫描显示20 次函数”。

研学实践，不仅可以突破教学的难点，而且还能引导学生树立科学探究精神，培养学生创新应用知识解决问题的能力。

2.5 分层教学，共同进步

教学班学生基础参差不齐，是目前单片机技术课程教学存在的主要问题之一。为切实做到“各取所需”和“各尽所能”，实现课程学习的共同进步，有效的教学策略是分层教学。因为无论对哪一门学科，分层教学都是较为理想的教学模式[5]。

高职单片机技术课程能够顺利开展分层教学关键是：选则一款合适的编程工具（软件）。天问BLOCK 工具（软件），具有入门级别功能（图形化编程）、进阶级别功能（图形化程序自动转为C 语言字符程序）和专业级别功能（C 语言字符编程），完全可以满足不同学生的不同需求：对于初学者或暂时不具备编程基础的学生，可以运用入门级别功能进行图形化编程学习和练习；对于略有基础但不熟练的学生，可以使用进阶级别功能，先进行图形化编程，然后对照分析自动生成的字符程序，促进编程能力进阶；对于编程基础比较好的学生，可以使用字符编程功能进行编程学习和练习。

因此，选用天问BLOCK 工具（软件）可以满足高职单片机技术课程分层教学的要求。教学实践表明：如果不考虑分析系统控制逻辑障碍的影响（如事先制定系统控制流程），那么一个教学班的绝大部分学生都能够把系统的控制程序编写出来，实现了课程学习共同进步的愿景。只可惜系统控制逻辑的分析是无法避免的，因为它既是编程的重点，更是编程的难点。

3 结语

在高职单片机技术课程教学中，教师要特别关注教学内容和教学活动的设计是否有助于学生的抽象思维活动，培养学生编程的素养；充分考虑单片机技术学科的特点以及教学班的学情，结合具体的教学目标以及职业（岗位）目标，灵活运用有效的教学策略，改善学生对单片机技术课程的情感态度，在兼顾趣味性的同时，使学生创新应用知识解决问题的能力得到提升。