董慧

單片機(jī)課程在基于CDIO教育理念的教學(xué)改革初期，筆者想到了日新月異的單片機(jī)發(fā)展史：由最初的4位單板機(jī)，發(fā)展到現(xiàn)在32位可以移植操作系統(tǒng)的嵌入式ARM內(nèi)核，單片機(jī)的運(yùn)算速度越來(lái)越快，功能集成度越來(lái)越高，那么對(duì)于高校工科專業(yè)而言，如今選擇哪一款單片機(jī)作為初學(xué)者最適合入門的機(jī)型成為首要問(wèn)題。大多數(shù)高校在學(xué)生學(xué)習(xí)單片機(jī)之前都開設(shè)了“微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)”這門課程，主要學(xué)習(xí)8086/8088CPU的結(jié)構(gòu)原理與匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)，這與后來(lái)開設(shè)的單片機(jī)課程在理論上有很多相似之處，容易造成學(xué)生混淆，增添學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)，加之8086/8088現(xiàn)在已經(jīng)沒(méi)有太大實(shí)用價(jià)值，同時(shí)以8086/8088作為主講機(jī)型的課程存在實(shí)踐教學(xué)和實(shí)際應(yīng)用脫節(jié)以及教學(xué)效果不理想的問(wèn)題。因此筆者認(rèn)為有必要對(duì)“微型計(jì)算機(jī)原理”“微型計(jì)算機(jī)接口與應(yīng)用”“單片機(jī)原理與應(yīng)用”三門課程的內(nèi)容進(jìn)行整合。

那么該選擇哪一款單片機(jī)作為主講機(jī)型？它跟8086/8088系列CPU有什么區(qū)別和聯(lián)系？能否讓初學(xué)者快速入門且可以獨(dú)立完成屬于自己風(fēng)格的智能產(chǎn)品設(shè)計(jì)？綜上問(wèn)題，筆者最終在對(duì)單片機(jī)課程教學(xué)改革的首要問(wèn)題之一單片機(jī)機(jī)型的選取問(wèn)題中，還是選擇了51系列單片機(jī)。在選取了51系列單片機(jī)作為該課程的主講機(jī)型后，傳統(tǒng)的該機(jī)型的教學(xué)手段不適應(yīng)快速發(fā)展的信息時(shí)代對(duì)學(xué)生掌握該課程的基本要求，那么單片機(jī)課程的教學(xué)手段就必須做出根本性的改變。而選取一本合適的教材也是該課程教學(xué)改革的重要任務(wù)，因此筆者參閱了大量的51系列單片機(jī)教材后，選取由高等教育出版社出版，鄭郁正教授編著的《單片微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)》為“單片機(jī)原理與應(yīng)用”的主講教材。

一、課程總體教學(xué)改革

單片機(jī)課程的教學(xué)改革是基于CDIO教育理念模式，即構(gòu)思（Conceive）、設(shè)計(jì)（Design）、實(shí)現(xiàn)（Implement）和運(yùn)作（Operate），這種模式突破了傳統(tǒng)的以學(xué)科知識(shí)傳授為主的人才培養(yǎng)模式，更加適應(yīng)產(chǎn)業(yè)界對(duì)工程人才的需求。在該理念的引導(dǎo)下，單片機(jī)課程在過(guò)去近一年的時(shí)間里，已經(jīng)做出了以下幾個(gè)方面的教學(xué)改革：

（1） 構(gòu)建“單片機(jī)原理與應(yīng)用”課程理論與實(shí)踐一體化的教學(xué)體系，吸收世界先進(jìn)的工程教育理念，以學(xué)生為核心，合理安排理論課程與實(shí)踐課程，尤其是增加了實(shí)踐課時(shí)，讓學(xué)生在更多的實(shí)踐過(guò)程中對(duì)該課程的核心內(nèi)容進(jìn)行熟練掌握。并反過(guò)來(lái)在理論教學(xué)中以“單片機(jī)開發(fā)板”為教學(xué)工具，實(shí)時(shí)把理論知識(shí)當(dāng)堂給學(xué)生用實(shí)踐的方式展示出來(lái)，加深學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的印象。

（2） 突出學(xué)生的主體地位，把課堂還給學(xué)生。教師和學(xué)生處于同等地位，在學(xué)生自主發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的同時(shí)，與老師、同學(xué)一起討論后解決問(wèn)題，讓課堂真正成為“說(shuō)課”式的教學(xué)模式。

（3） 建立多樣的教學(xué)評(píng)價(jià)體系。該課程的教改方向、所取得的教改成績(jī)以及需要解決的教改問(wèn)題都已經(jīng)有了一個(gè)對(duì)照改革目標(biāo)所進(jìn)行的評(píng)估與反饋的教學(xué)評(píng)價(jià)模式，以便持續(xù)改進(jìn)。當(dāng)然建立教學(xué)評(píng)價(jià)體系是為了更好地指導(dǎo)改革確保落實(shí)、自我提高、持續(xù)改進(jìn)、方便比較、促進(jìn)交流、積累經(jīng)驗(yàn)便于推廣等。

（4） 撰寫具有應(yīng)用實(shí)例背景的劇本式教案，針對(duì)該課程的特點(diǎn)聯(lián)系生活實(shí)際。很多電子產(chǎn)品的設(shè)計(jì)都可以利用單片機(jī)來(lái)完成，包括產(chǎn)品的硬軟件設(shè)計(jì)等，因此以電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)案例為主撰寫劇本式教案與相應(yīng)的PPT，可以大大激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

（5）教師可以以團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目制為主增加設(shè)計(jì)任務(wù)，布置一些基于單片機(jī)的電子線路設(shè)計(jì)任務(wù)以及電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)任務(wù)作為該課程的實(shí)訓(xùn)內(nèi)容，讓學(xué)生實(shí)現(xiàn)實(shí)訓(xùn)內(nèi)容的基本要求，這不僅增加了學(xué)生對(duì)單片機(jī)課程學(xué)習(xí)的成就感，而且也帶動(dòng)了他們的其他相關(guān)課程的學(xué)習(xí)和掌握。

以上單片機(jī)課程的教學(xué)改革措施在具體的實(shí)施過(guò)程中一開始是很困難的，但是隨著教學(xué)改革的深入，學(xué)生對(duì)這門原本很枯燥難懂的課程會(huì)很快入門，因?yàn)榻虒W(xué)改革的初期學(xué)生在面對(duì)一種全新的教學(xué)模式以及了解到該課程與生活相關(guān)的電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)緊密相連時(shí)，都會(huì)表現(xiàn)出一種濃厚的學(xué)習(xí)興趣和高漲的學(xué)習(xí)熱情。另外，筆者在理論課堂上利用“單片機(jī)開發(fā)板”為教輔工具，巧妙地把單片機(jī)難懂的學(xué)習(xí)技巧簡(jiǎn)化，直接引出課程重難點(diǎn)讓學(xué)生舉一反三，融會(huì)貫通，因此學(xué)生在“說(shuō)課”式的課堂教學(xué)模式下，輕松地掌握了單片機(jī)諸多理論知識(shí)。

二、課程實(shí)踐與實(shí)訓(xùn)教學(xué)改革

1.實(shí)踐環(huán)節(jié)的教學(xué)改革

單片機(jī)課程教學(xué)改革的主要手段之一就是單片機(jī)理論教學(xué)采用了“單片機(jī)開發(fā)板”等教輔工具，而單片機(jī)課程的實(shí)踐教學(xué)便是基于這個(gè)教輔工具展開，這相當(dāng)于把在實(shí)驗(yàn)室才能教學(xué)的內(nèi)容搬到了理論課堂上，即：提出單片機(jī)課程的某個(gè)知識(shí)點(diǎn)，圍繞這個(gè)知識(shí)點(diǎn)衍生出的硬軟件知識(shí)都可以一并在課堂講授。例如：在講授單片機(jī)某個(gè)接口電路原理及其C51語(yǔ)言（匯編語(yǔ)言）的編程方法時(shí)，都可以事先在理論課堂上結(jié)合多媒體啟發(fā)式地給學(xué)生進(jìn)行講解，而后在實(shí)驗(yàn)室里讓學(xué)生復(fù)現(xiàn)其課堂內(nèi)容，并要求加入自己的軟硬件設(shè)計(jì)思路，這樣使得學(xué)生對(duì)這個(gè)知識(shí)點(diǎn)的印象更加深刻，理解更加透徹，從而不再感到枯燥難懂。

2.實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)的教學(xué)改革

當(dāng)學(xué)生逐步掌握了單片機(jī)課程理論知識(shí)及實(shí)踐方法后，就可以逐漸形成屬于自己的基于51系列單片機(jī)的電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)風(fēng)格，因此在單片機(jī)課程的實(shí)訓(xùn)教學(xué)中提出若干電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)題目及其設(shè)計(jì)要求，讓學(xué)生以團(tuán)隊(duì)合作的形式完成，這樣既可以鍛煉學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作能力，又可以鍛煉學(xué)生實(shí)際的動(dòng)手能力，尤其是在設(shè)計(jì)制作產(chǎn)品的過(guò)程中，學(xué)生需要針對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求，進(jìn)行產(chǎn)品的市場(chǎng)調(diào)研、產(chǎn)品的設(shè)計(jì)方案論證、產(chǎn)品電路的器件選型等，按照公司研發(fā)生產(chǎn)一條龍的模式親歷實(shí)踐一遍，最后再編寫技術(shù)文檔或者實(shí)訓(xùn)報(bào)告。

由于學(xué)生專業(yè)課程的基礎(chǔ)不同，對(duì)專業(yè)知識(shí)的理解力不夠，不同學(xué)生所表現(xiàn)出來(lái)的設(shè)計(jì)水平一開始是參差不齊的，但是隨著單片機(jī)實(shí)訓(xùn)教學(xué)的深入，學(xué)生在產(chǎn)品調(diào)試的過(guò)程中會(huì)發(fā)現(xiàn)越來(lái)越多的問(wèn)題，且這些問(wèn)題環(huán)環(huán)緊扣，所涉及的知識(shí)面也越來(lái)越廣，已經(jīng)不單單只局限于單片機(jī)本身的范疇，而是更加靈活地只把單片機(jī)作為產(chǎn)品開發(fā)工具，設(shè)計(jì)出不同功能要求的電子產(chǎn)品，這使得學(xué)生的設(shè)計(jì)思維達(dá)到了實(shí)質(zhì)訓(xùn)練，更是體現(xiàn)了各學(xué)科的專業(yè)知識(shí)綜合應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)，單片機(jī)課程基于CDIO教學(xué)理念的教學(xué)改革的目的之一也就在于此。

三、課程考核體系改革

1.課程的理論考核改革

單片機(jī)課程教學(xué)改革對(duì)學(xué)生的期末成績(jī)?cè)u(píng)定打破了傳統(tǒng)的成績(jī)?cè)u(píng)定方法，把該課程的理論考試由原來(lái)的閉卷考試只考單一的基礎(chǔ)知識(shí)，改成了現(xiàn)在的開卷考試，考核單片機(jī)的應(yīng)用和設(shè)計(jì)。例如：在試卷考核內(nèi)容的編排上，除了少量基礎(chǔ)知識(shí)外，大部分考核內(nèi)容是基于單片機(jī)的電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)題或者是基于單片機(jī)的接口線路設(shè)計(jì)題，需要學(xué)生完成其硬件設(shè)計(jì)和軟件編程。在考試過(guò)程中，學(xué)生不僅可以查閱所帶教材而不必死記單片機(jī)枯燥的理論知識(shí)，而且還可以訓(xùn)練自己查閱相關(guān)資料的技能。這部分考核成績(jī)占期末總成績(jī)的50%。

2.課程的實(shí)驗(yàn)考核改革

單片機(jī)課程的實(shí)驗(yàn)考核成績(jī)占期末總成績(jī)的30%，以實(shí)驗(yàn)室“單片機(jī)開發(fā)板”為主要考核工具，在開發(fā)板上編寫軟件程序，實(shí)現(xiàn)板上某個(gè)電路模塊的功能，根據(jù)該功能的達(dá)成度給出成績(jī)。學(xué)生同樣可以查閱相關(guān)資料，完成單片機(jī)課程的實(shí)驗(yàn)考核。

結(jié)合平時(shí)對(duì)學(xué)生出勤率的考核以及課后作業(yè)的批改，促使學(xué)生慢慢養(yǎng)成一個(gè)良好的單片機(jī)課程學(xué)習(xí)習(xí)慣。根據(jù)該課程的綜合問(wèn)卷調(diào)查顯示，絕大部分學(xué)生都非常認(rèn)可這種理論和實(shí)驗(yàn)考核方式，這樣會(huì)給他們帶來(lái)輕松愉快的學(xué)習(xí)氛圍。他們一致認(rèn)為單片機(jī)課程的教學(xué)改革更能注重能力的培養(yǎng)，而不再是傳統(tǒng)的一張?jiān)嚲矶ā吧馈钡哪Ｊ?。因此，單片機(jī)課程考核體系也是單片機(jī)課程教學(xué)改革的目的之一。

四、課程教學(xué)改革的影響

1.課程教學(xué)改革對(duì)其他學(xué)科的影響

單片機(jī)課程的教學(xué)改革會(huì)帶動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)其他學(xué)科的學(xué)習(xí)熱情，掌握其他學(xué)科的基礎(chǔ)知識(shí)，因?yàn)閱纹瑱C(jī)課程教學(xué)注重的是實(shí)踐，而實(shí)踐以產(chǎn)品設(shè)計(jì)和接口電路設(shè)計(jì)為主，這樣必然會(huì)涉及其他學(xué)科知識(shí)的綜合應(yīng)用，例如：“模擬電子技術(shù)”“數(shù)字電子技術(shù)”“計(jì)算機(jī)控制原理”“自動(dòng)控制原理”“電路分析”“C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)”“匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)”以及相關(guān)EDA軟件工具等學(xué)科知識(shí)的綜合應(yīng)用。一項(xiàng)好的課程教學(xué)改革舉措，不僅要看它本身的教學(xué)改革手段與教學(xué)改革成效，而且更要看重它與其他學(xué)科的交叉融合點(diǎn)，看重它能否促進(jìn)其他學(xué)科一起探索學(xué)生容易接受的教學(xué)方法，看重它能否一起培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)能力以及學(xué)生的思維方式，如果能滿足以上這幾點(diǎn)，筆者認(rèn)為這才是一項(xiàng)好的課程教學(xué)改革。

2.課程教學(xué)改革對(duì)學(xué)生學(xué)科競(jìng)賽的影響

有了單片機(jī)課程的教學(xué)改革經(jīng)驗(yàn)，學(xué)生在較全面地掌握51系列單片機(jī)的理論知識(shí)和應(yīng)用實(shí)踐之后可以自主學(xué)習(xí)更高級(jí)別的單片機(jī)，其學(xué)習(xí)方法和實(shí)踐方法跟學(xué)習(xí)51系列單片機(jī)是一樣的。有了單片機(jī)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，學(xué)生在參加學(xué)科競(jìng)賽時(shí)就會(huì)加入基于單片機(jī)的控制方法，其中包括控制電路的設(shè)計(jì)和控制算法的設(shè)計(jì)，這樣大大簡(jiǎn)化了競(jìng)賽方案的論證和選取，提高了系統(tǒng)設(shè)計(jì)效率。例如，學(xué)生在參加全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽、物聯(lián)網(wǎng)競(jìng)賽、機(jī)器人競(jìng)賽、信息技術(shù)應(yīng)用大賽等學(xué)科競(jìng)賽時(shí)，幾乎都是以單片機(jī)為核心控制器件展開系統(tǒng)設(shè)計(jì)。因此學(xué)生的學(xué)科競(jìng)賽是檢驗(yàn)單片機(jī)課程教學(xué)改革成效的試驗(yàn)田，且取得了不錯(cuò)的成績(jī)。

當(dāng)然單片機(jī)課程的教學(xué)改革步伐肯定不是一蹴而就的，也不會(huì)是一帆風(fēng)順的，打破傳統(tǒng)的教學(xué)模式需要慢慢進(jìn)行，腳踏實(shí)地地慢慢探索，步伐不能邁得太大，欲速則不達(dá)。通過(guò)該課程教學(xué)改革項(xiàng)目的實(shí)施，筆者在遇到教學(xué)改革問(wèn)題時(shí)，也在不斷地改進(jìn)改革的方法和手段，采取不同的措施，積極吸取同事們的寶貴意見(jiàn)和建議，這些都可以作為以后單片機(jī)課程的教學(xué)改革經(jīng)驗(yàn)傳承下去。

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