許燕萍 周 偉

（江蘇農(nóng)林職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 句容 212400）

單片機(jī)課程是高職高專電子信息、自動化等專業(yè)的必修課，是一門實踐性很強(qiáng)的課程，對學(xué)生解決問題能力和工程思維能力的培養(yǎng)具有重要作用。高職高專院校的培養(yǎng)目標(biāo)是服務(wù)于生產(chǎn)一線的技能型人才，單片機(jī)課程要求學(xué)生掌握單片機(jī)基礎(chǔ)理論知識，并應(yīng)用于實踐，能夠完成單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)等工作。而傳統(tǒng)的單片機(jī)課程教學(xué)是先講解理論再進(jìn)行若干驗證性實驗，且課程的多個章節(jié)、多個實驗相對獨(dú)立，不能構(gòu)成一個完整的小項目，這種教學(xué)方式理論教學(xué)與實踐教學(xué)聯(lián)系不緊密，往往難以達(dá)到應(yīng)有的目標(biāo)，只能使學(xué)生掌握基礎(chǔ)的理論知識，但如果要讓學(xué)生應(yīng)用所學(xué)的知識進(jìn)行具體的產(chǎn)品設(shè)計和項目開發(fā)，絕對大多數(shù)學(xué)生就無從下手了，這樣培養(yǎng)的學(xué)生離企業(yè)的實際人才需求有一定的距離。于是我們對單片機(jī)課程進(jìn)行了一些改革，并取得了一定的成效。

1 基于CDIO工程教育模式的單片機(jī)教學(xué)改革探索

CDIO工程教育模式是近年來國際工程教育改革的最新成果，是一種先進(jìn)的人才培養(yǎng)模式與教育理念。CDIO代表構(gòu)思（Conceive）、設(shè)計（Design）、實施（Implement）和運(yùn)作（Operate），它以產(chǎn)品研發(fā)到產(chǎn)品運(yùn)行的生命周期為載體，讓學(xué)生以實踐的、主動的、課程之間有機(jī)聯(lián)系的方式學(xué)習(xí)工程。CDIO是“做中學(xué)”原則和“基于項目的教育學(xué)習(xí)”的集中體現(xiàn)[1]。CDIO教育思想的核心內(nèi)容是將教學(xué)過程與工程實踐項目相結(jié)合，著重強(qiáng)調(diào)學(xué)生的實際動手能力與工程實踐能力，通過理論學(xué)習(xí)來解決工程實踐的問題，也通過工程實踐的問題強(qiáng)化理論學(xué)習(xí)內(nèi)容。教師在教學(xué)過程中運(yùn)用多種教學(xué)手段引導(dǎo)學(xué)生，將多門課程知識有機(jī)聯(lián)系起來，充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性，邊實踐邊學(xué)習(xí)，使學(xué)生在“學(xué)中做、做中學(xué)”達(dá)到理論教學(xué)與工程實踐相輔相成的效果。

1.1 以項目為主導(dǎo)，完善課程的教學(xué)內(nèi)容

教學(xué)以項目為邏輯主線組織教學(xué)內(nèi)容，以項目為知識學(xué)習(xí)與技能訓(xùn)練的載體，以解決實際項目的思路和操作為教學(xué)主線，貫穿多個知識點(diǎn)，可以將總項目劃分為若干子項目，以任務(wù)驅(qū)動的方式完成各子項目所設(shè)定的任務(wù)，用工作任務(wù)引領(lǐng)理論知識，使理論從屬于技能培養(yǎng)。教會學(xué)生如何完成項目，關(guān)注學(xué)生能做什么，而不是知道什么，通過完成項目來學(xué)習(xí)知識與技能。在項目的設(shè)計中要與職業(yè)崗位標(biāo)準(zhǔn)接軌，與企業(yè)合作，或來源于企業(yè)中的真實工作項目；在項目的組織上要基于工作過程，由低級到高級，由簡單到綜合；在項目的操作上要認(rèn)真貫徹“構(gòu)思、設(shè)計、實現(xiàn)、運(yùn)作”四個環(huán)節(jié)，掌握項目生產(chǎn)的方法與能力。

設(shè)計的工程項目要包括必須掌握的知識點(diǎn)、基本技能以及單片機(jī)產(chǎn)品制作與調(diào)試等方面的內(nèi)容，通過項目將這些知識點(diǎn)有機(jī)聯(lián)系起來，同時在完成項目的過程中可以復(fù)習(xí)前面學(xué)過的基礎(chǔ)知識。例如以數(shù)字鐘的設(shè)計項目為例，可以把此項目分為以下幾個子項目：數(shù)碼管顯示設(shè)計、數(shù)碼管顯示輸出時分秒顯示設(shè)計、按鍵控制設(shè)計、倒計時設(shè)計。此項目涉及鍵盤和顯示、定時/計數(shù)器等知識點(diǎn)。項目確定后，對給定的項目進(jìn)行需求分析、引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行硬件電路和軟件程序設(shè)計、系統(tǒng)綜合調(diào)試，讓學(xué)生獨(dú)立或者團(tuán)隊合作來開發(fā)完成該系統(tǒng)，使學(xué)生置身于實際的工作環(huán)境之中，利于學(xué)生掌握一個單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的實際設(shè)計過程和由此所涉及的相關(guān)原理、知識以及解決問題的思路和方法。學(xué)生完成了所有子項目的學(xué)習(xí)也就完成了各子項目的設(shè)計任務(wù)，整個教學(xué)是在項目的驅(qū)動下完成的。這種方式能夠極大地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)潛力和學(xué)習(xí)興趣，鍛煉學(xué)生的工程實踐能力。

1.2 “做中學(xué)”理實一體化

“做中學(xué)”充分體現(xiàn)了學(xué)與做的結(jié)合，它使課堂里知識的獲得與工程實踐活動聯(lián)系起來。以項目為載體分解成具體的任務(wù)，采用任務(wù)驅(qū)動的方法進(jìn)行教學(xué)，理論與實踐融為一體，針對高職高專學(xué)生，理論知識以夠用為原則來進(jìn)行教學(xué)。在項目教學(xué)的過程中，根據(jù)子項目規(guī)劃的實踐內(nèi)容做到與理論教學(xué)同步，即許多模塊的教學(xué)內(nèi)容直接在單片機(jī)實訓(xùn)室進(jìn)行，課堂上采用多功能單片機(jī)實驗板，此實驗板不僅可以完成發(fā)光二極管、數(shù)碼管、按鍵開關(guān)、蜂鳴器、液晶顯示等多個基礎(chǔ)實驗，還可以通過預(yù)留接口擴(kuò)展多個外部設(shè)備，完成直流電機(jī)控制、步進(jìn)電機(jī)控制、紅外線實驗、溫度檢測等。課前，將學(xué)習(xí)板原理圖發(fā)放給學(xué)生，老師一邊講授，學(xué)生一邊動手練習(xí)，生動直觀，促進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)和理解，這樣比在課堂上重復(fù)講解程序的效果好很多。例如在“數(shù)碼管顯示控制”項目中，先從讓一個數(shù)碼管循環(huán)顯示0-9十個數(shù)字開始，到讓6個數(shù)碼管顯示“123456”，再到00-99秒表的設(shè)計，循序漸進(jìn)，引導(dǎo)學(xué)生不斷思考，隨著任務(wù)難度的逐步加大，學(xué)生的好奇心增強(qiáng)，不斷地嘗試完成這些任務(wù)，在這一過程中就由被動的接受知識轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃犹剿鹘鉀Q問題。

在項目實施過程中，學(xué)生在做中發(fā)現(xiàn)問題，讓學(xué)生通過上網(wǎng)查閱或者去圖書館查閱相關(guān)資料，最后難以解決的問題由老師指導(dǎo)，充分發(fā)揮學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，盡量促使學(xué)生能自主解決問題、完成項目任務(wù)。

2 基于C語言的單片機(jī)教學(xué)

單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的程序設(shè)計，既可以采用匯編語言，也可以采用C語言。C語言相比于匯編語言，具有良好的可讀性，可移植性。在之前的教學(xué)中我們都采用匯編語言來編寫程序，但在單片機(jī)的實際開發(fā)中，由于應(yīng)用系統(tǒng)的規(guī)模較大，程序設(shè)計人員更多地是采用C語言進(jìn)行程序設(shè)計。采用C語言編寫程序，編譯器能自動完成變量存儲單元的分配，編程者只需要簡單了解單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)，使編程者可以更多地專注于應(yīng)用程序的邏輯思想，并且C語言中有豐富的函數(shù)，編程者可以利用已有的函數(shù)，大大降低編程者的工作負(fù)擔(dān)，所以我們在教學(xué)中，采用C語言編程，將學(xué)生從單片機(jī)復(fù)雜的硬件結(jié)構(gòu)中解放出來，側(cè)重高職高專院校學(xué)生技能和動手能力的鍛煉，掌握C語言的程序設(shè)計方法，對單片機(jī)開發(fā)能力的提升有很大幫助。此外，在開設(shè)單片機(jī)課程之前，已開設(shè)過C語言程序設(shè)計課程，學(xué)生對C語言已有基礎(chǔ)，利于理解和掌握單片機(jī)知識。

3 “虛實”結(jié)合的教學(xué)方法

在單片機(jī)教學(xué)過程中采用“虛實”結(jié)合的教學(xué)方法，即在教學(xué)過程中既要進(jìn)行虛擬仿真又要進(jìn)行硬件電路實訓(xùn)。

下面介紹一下進(jìn)行虛擬仿真教學(xué)用到的兩個軟件：Keil和Proteus。

Keil C51軟件是美國Keil Software公司出品的51系列兼容單片機(jī)C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，它提供了豐富的庫函數(shù)，生成目標(biāo)代碼效率高。

Proteus軟件是英國Labcenter electronics公司推出的，是一款EDA工具軟件，它不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機(jī)及外圍器件。在編譯方面，能支持Keil、IAR等多種編譯。

把Keil軟件和Proteus軟件結(jié)合起來，在Keil中編寫源程序，編譯生成HEX文件，把此Hex文件加載到Proteus硬件電路圖的單片機(jī)中，可得到直觀的演示。通過Proteus和Keil軟件進(jìn)行仿真實驗，只需要一臺計算機(jī)，隨時可以搭建一個單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)，完成單片機(jī)硬件設(shè)計到軟件設(shè)計調(diào)試的全過程，可以不受課堂學(xué)時的限制，不怕實驗儀器損壞，學(xué)生有更多的訓(xùn)練機(jī)會，有利于加深抽象概念的理解，提高了教學(xué)效果，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，同時也省了成本，提高了效率。

但不能完全用虛擬仿真來代替硬件電路實訓(xùn)，因為實際硬件電路實訓(xùn)對訓(xùn)練學(xué)生的動手能力、故障診斷與分析能力及綜合能力有著不可替代的作用，再完善的模擬仿真對于真實的電路還不能做到百分之百的準(zhǔn)確性，不能保證在實際電路的運(yùn)行過程中不出問題，而解決出現(xiàn)的問題是訓(xùn)練學(xué)生能力的重要途徑，并且硬件電路實訓(xùn)可以加深學(xué)生對元器件、外圍電路的認(rèn)識，還可以訓(xùn)練學(xué)生焊接或接線能力，如果電路設(shè)計成功，學(xué)生看到自己的成果實際運(yùn)行，可以激發(fā)學(xué)生的興趣和成就感，使得學(xué)生能夠積極主動的學(xué)習(xí)，以及產(chǎn)生深刻的記憶。實際工程項目的研究，可以先在軟件環(huán)境中模擬仿真通過，再進(jìn)行硬件的投入，讓學(xué)生了解如何將仿真軟件和具體的工程實踐結(jié)合起來。

所以，在單片機(jī)教學(xué)過程中合理的將虛擬仿真和硬件實訓(xùn)相結(jié)合，能夠?qū)纹瑱C(jī)教學(xué)提供有效的幫助。

4 考核方式的改進(jìn)

學(xué)生的考核原則是注重學(xué)生的操作能力、過程學(xué)習(xí)、學(xué)習(xí)實效，端正學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。而傳統(tǒng)的考核通常是由任課教師以試卷考試的形式對學(xué)生進(jìn)行考核，學(xué)生的考核成績由平時成績和卷面成績按照若干比例構(gòu)成。這種考核方式側(cè)重于基礎(chǔ)知識的獲取，很難對學(xué)生的動手實踐能力做出客觀的評價，造成學(xué)生以應(yīng)試為目的、死記硬背書本知識點(diǎn)的局面，還有部分學(xué)生寄希望于期末考試作弊上。為了確保考核方式的合理性、公平性和有效性，對專業(yè)基礎(chǔ)知識的評價可以通過筆試進(jìn)行，檢驗學(xué)生對單片機(jī)基礎(chǔ)知識的掌握情況，筆試成績只占總成績的20%-30%。過程性考核貫穿于課程的整個過程，占總成績的70%-80%，在項目實施過程中對學(xué)生的知識點(diǎn)的掌握，各項能力作客觀評價。并且將學(xué)生的出勤情況、課堂討論表現(xiàn)、產(chǎn)品構(gòu)思設(shè)計、創(chuàng)新實驗設(shè)計、實物制作能力、論文發(fā)表情況、項目設(shè)計匯報表現(xiàn)、項目資料整理等作為過程性考核的參考依據(jù)，通過綜合評判給出考核成績。

這種考核方式利于引導(dǎo)學(xué)生既要認(rèn)真學(xué)習(xí)專業(yè)知識又要注重鍛煉工程實踐動手能力，從而提高了自身的綜合素質(zhì)。

5 結(jié)語

通過教學(xué)改革實踐，培養(yǎng)了學(xué)生對單片機(jī)的學(xué)習(xí)興趣，調(diào)動了學(xué)生主動學(xué)習(xí)的積極性，提高了教學(xué)效率和教學(xué)質(zhì)量。我校學(xué)生在2013中國機(jī)器人大賽中獲一等獎一組、二等獎一組，在2014中國機(jī)器人大賽中獲一等獎一組、二等獎二組、三等獎二組。當(dāng)然，改革是一個長期的過程，需要不斷積累經(jīng)驗、探索完善，拓展知識結(jié)構(gòu)，加強(qiáng)科學(xué)研究，并把科研成果在教學(xué)中得到體現(xiàn)，需要教師不斷的改進(jìn)教學(xué)方法，提高教學(xué)效果，使學(xué)生在知識的掌握與實踐能力的提升方面更多地收益。

［1］蕢秀惠.“CDIO”模式下單片機(jī)課程改革探索[J].寧波職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報,2010(6)：35-43.

［2］張翼成,劉美,王濤.CDIO模式下“單片機(jī)原理及應(yīng)用”課程教學(xué)改革[J].計算機(jī)教育,2012(12)：90-93.

［3］樊志遠(yuǎn),熊興隆.CDIO模式下 CPLD課程教學(xué)改革的探索和實踐[J].產(chǎn)業(yè)與科技論壇,2012(12)：148-149.