李栓明 田敏

摘? 要 對(duì)單片機(jī)原理及應(yīng)用課程教學(xué)中存在的問(wèn)題進(jìn)行梳理和分析，發(fā)現(xiàn)在傳統(tǒng)的教學(xué)中存在學(xué)用脫節(jié)、教學(xué)方式單一、重理論輕實(shí)踐的問(wèn)題，在相關(guān)研究及教學(xué)實(shí)踐的基礎(chǔ)上針對(duì)問(wèn)題提出相應(yīng)的改革措施。

關(guān)鍵詞 單片機(jī)原理及應(yīng)用;教學(xué)改革;微課;實(shí)驗(yàn)室;實(shí)驗(yàn)教學(xué)

中圖分類號(hào)：G642.0? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1671-489X（2020）17-0101-03

1 引言

隨著信息化時(shí)代的到來(lái)，單片機(jī)在工業(yè)自動(dòng)化、家用電器、智能儀器儀表等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。單片機(jī)原理及應(yīng)用作為高校電氣控制、自動(dòng)化、電子信息等專業(yè)的必修課之一，具有較強(qiáng)的實(shí)踐性與綜合性，能夠有效發(fā)展學(xué)生對(duì)于軟硬件結(jié)合的認(rèn)知，提高學(xué)生運(yùn)用單片機(jī)進(jìn)行綜合設(shè)計(jì)實(shí)踐的能力，為后續(xù)相關(guān)課程的學(xué)習(xí)和從事電信相關(guān)領(lǐng)域的工作提供支持[1]。

在單片機(jī)原理及應(yīng)用課程中，學(xué)生以51單片機(jī)為學(xué)習(xí)對(duì)象，不僅需要學(xué)習(xí)單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)及各類指令，還要學(xué)習(xí)匯編語(yǔ)言與硬件接口設(shè)計(jì)，最后綜合以上學(xué)到的知識(shí)來(lái)進(jìn)行應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。學(xué)生在這一課程中需要熟悉單片機(jī)工作原理及運(yùn)行機(jī)制，提升自己在軟件方面的編程能力和硬件的操作調(diào)試能力，能夠獨(dú)立解決單片機(jī)開發(fā)過(guò)程中的常見(jiàn)問(wèn)題[2]。由上可知，單片機(jī)課程的教學(xué)目標(biāo)不僅僅局限于對(duì)于抽象理論知識(shí)的理解，更重要的是能夠通過(guò)編寫程序與硬件調(diào)試來(lái)完成常見(jiàn)的工程項(xiàng)目，從而提升學(xué)生的單片機(jī)的理論與實(shí)踐水平。

2 單片機(jī)教學(xué)中存在的問(wèn)題

學(xué)用脫節(jié)，教學(xué)內(nèi)容陳舊? 單片機(jī)課程知識(shí)點(diǎn)抽象，學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中不能將理論知識(shí)與實(shí)際操作相結(jié)合，導(dǎo)致教學(xué)效果不佳。傳統(tǒng)的單片機(jī)課程教學(xué)模式一般以單片機(jī)結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，通常講授單片機(jī)硬件結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)及各類指令，接著學(xué)生需要學(xué)習(xí)系統(tǒng)的擴(kuò)展及各類外圍器件，最后通過(guò)簡(jiǎn)單的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)進(jìn)行實(shí)踐教學(xué)[3]。整個(gè)課程的教學(xué)過(guò)程可以總結(jié)為先理論后實(shí)踐，這種教學(xué)模式可以使學(xué)生簡(jiǎn)單掌握單片機(jī)綜合設(shè)計(jì)的能力，但難以提升學(xué)生的綜合實(shí)踐能力。

單片機(jī)原理及應(yīng)用課程教學(xué)內(nèi)容相對(duì)抽象，知識(shí)點(diǎn)對(duì)于初學(xué)者難以理解，尤其是課程后期對(duì)于串行并行接口、定時(shí)器等內(nèi)容的學(xué)習(xí)，需要結(jié)合單片機(jī)結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)進(jìn)行學(xué)習(xí)，兩者無(wú)法充分結(jié)合則會(huì)造成學(xué)生知識(shí)體系的不連貫[4]。除此之外，單片機(jī)實(shí)用性較強(qiáng)，在應(yīng)用過(guò)程中更新迭代速度迅速，C語(yǔ)言慢慢取代匯編語(yǔ)言在工程應(yīng)用中的地位，因此，學(xué)生在教學(xué)中除了要學(xué)習(xí)基于匯編語(yǔ)言的指令系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)，還需要結(jié)合此前學(xué)習(xí)過(guò)的C語(yǔ)言等高級(jí)語(yǔ)言進(jìn)行單片機(jī)的學(xué)習(xí)。

講授為主，教學(xué)方式單一? 在當(dāng)前工科課程教學(xué)中，簡(jiǎn)單的理論講授替代了學(xué)生的創(chuàng)新學(xué)習(xí)，這種以講授為主的單一的教學(xué)方法也大量出現(xiàn)在單片機(jī)課程的教學(xué)過(guò)程中。教師在教學(xué)中一般在課堂中借助多媒體進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容的講授，一定程度上將抽象的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行形象表達(dá)，有助于學(xué)生建立對(duì)學(xué)習(xí)內(nèi)容的感性認(rèn)識(shí);但是學(xué)生在課堂中缺乏對(duì)知識(shí)點(diǎn)實(shí)際應(yīng)用的認(rèn)識(shí)，難以激發(fā)對(duì)學(xué)習(xí)過(guò)程的主動(dòng)參與，學(xué)習(xí)的積極性不足，教學(xué)過(guò)程中的重難點(diǎn)難以被突破。隨著課程的深入，學(xué)生的問(wèn)題不斷累積，難免打擊學(xué)生學(xué)習(xí)單片機(jī)原理及應(yīng)用課程的興趣和積極性，使其慢慢喪失學(xué)習(xí)的信心[5]。

創(chuàng)新不足，實(shí)踐內(nèi)容固定? 單片機(jī)教學(xué)一般遵循基礎(chǔ)知識(shí)講解—典型案例講授—實(shí)際動(dòng)手操作的教學(xué)模式。在教學(xué)中，教師成為課堂的主體，學(xué)生被動(dòng)地進(jìn)行學(xué)習(xí)，不能主動(dòng)思考和提出問(wèn)題。消極的學(xué)習(xí)方式不僅不能發(fā)展學(xué)生在解決問(wèn)題方面的創(chuàng)新能力，而且教學(xué)與實(shí)踐的分離也不利于學(xué)生知識(shí)體系的構(gòu)建[6]。

單片機(jī)課程作為一門實(shí)用性較強(qiáng)的學(xué)科，重在發(fā)展學(xué)生的實(shí)踐操作能力和問(wèn)題解決能力。在單片機(jī)課程的實(shí)踐環(huán)節(jié)，實(shí)驗(yàn)開展在課程的后部分，并且課內(nèi)實(shí)驗(yàn)是實(shí)驗(yàn)教學(xué)的主體，主要利用實(shí)驗(yàn)箱和Keil軟件進(jìn)行系統(tǒng)仿真。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中按照指導(dǎo)書連好線之后測(cè)試程序，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)仿真，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果。在該實(shí)踐課程的教學(xué)方式下，學(xué)生能夠進(jìn)行單片機(jī)的簡(jiǎn)單操作，不利于發(fā)展單片機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)能力，固定的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容使學(xué)生在學(xué)習(xí)中創(chuàng)新不足。

紙筆測(cè)驗(yàn)，考核方式單一? 在原有的單片機(jī)原理及應(yīng)用課程中，對(duì)于知識(shí)掌握程度的考核以紙筆測(cè)驗(yàn)為主，考卷設(shè)置的出發(fā)點(diǎn)是單片機(jī)課程中講授的理論知識(shí)點(diǎn)，缺少對(duì)于單片機(jī)具體應(yīng)用的考核。對(duì)于學(xué)生對(duì)課程知識(shí)的掌握程度和應(yīng)用水平的考核除了理論知識(shí)點(diǎn)外，還需要考查他們規(guī)范的程序編寫、電路設(shè)計(jì)及制作等實(shí)際操作能力。單一傳統(tǒng)的終結(jié)性考核方式無(wú)法真正檢測(cè)學(xué)生的學(xué)習(xí)水平，無(wú)法診斷教學(xué)過(guò)程，難以實(shí)現(xiàn)教學(xué)評(píng)價(jià)激勵(lì)與改進(jìn)教學(xué)的功能。

3 單片機(jī)課程教學(xué)改革措施

調(diào)整教學(xué)內(nèi)容，課外主題分享? 針對(duì)單片機(jī)課程原有教學(xué)模式學(xué)用脫節(jié)的問(wèn)題，在前期的理論教學(xué)過(guò)程中加入對(duì)元器件結(jié)構(gòu)及原理的學(xué)習(xí)。在硬件學(xué)習(xí)方面，課程前期可以簡(jiǎn)單介紹單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)，然后在后期結(jié)合定時(shí)、中斷、串口通信等功能進(jìn)行重點(diǎn)講解，在中斷系統(tǒng)操作過(guò)程中開展指令系統(tǒng)相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的教學(xué)。在軟件學(xué)習(xí)方面，在兼顧匯編語(yǔ)言教學(xué)的基礎(chǔ)上，針對(duì)學(xué)習(xí)程度較好的學(xué)生利用微課資源進(jìn)行C語(yǔ)言等編程語(yǔ)言的教學(xué)，使學(xué)生對(duì)單片機(jī)的應(yīng)用有更深的了解。

將課外教學(xué)引進(jìn)到單片機(jī)的學(xué)習(xí)中，以此來(lái)激發(fā)學(xué)生對(duì)于單片機(jī)學(xué)習(xí)的興趣，借助課外主題分享的形式，將最新最前沿的單片機(jī)的應(yīng)用借助課外活動(dòng)的渠道介紹給學(xué)生。如邀請(qǐng)單片機(jī)從業(yè)人員進(jìn)課堂，對(duì)相關(guān)專業(yè)的學(xué)生開展科技講座;聯(lián)系相關(guān)公司組織學(xué)生參觀學(xué)習(xí)，將課堂理論知識(shí)與實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

創(chuàng)新教學(xué)方式，分層進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)? 在原有的單片機(jī)課程教學(xué)中，通常采用先理論后實(shí)驗(yàn)的方式，在課堂開展理論課教學(xué)，在講授相關(guān)知識(shí)點(diǎn)之后單獨(dú)安排時(shí)間在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。這樣的教學(xué)方式導(dǎo)致理論與實(shí)驗(yàn)結(jié)合不夠緊密，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中需要再?gòu)?fù)習(xí)理論知識(shí)，無(wú)形中加重了學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)。為了增強(qiáng)理論課和實(shí)驗(yàn)課的結(jié)合程度，進(jìn)行教學(xué)方式的創(chuàng)新。

在改革教學(xué)方式上，一方面將理論課的教學(xué)場(chǎng)所換成實(shí)驗(yàn)室，教師在講授理論知識(shí)時(shí)通過(guò)實(shí)驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行演示，增加知識(shí)點(diǎn)的直觀性。在理論知識(shí)講授后，引導(dǎo)學(xué)生開展相應(yīng)的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，學(xué)生需要在教師引導(dǎo)下進(jìn)行電路設(shè)計(jì)，繪制仿真原理圖。這一教學(xué)方式將理論課與實(shí)驗(yàn)課緊密結(jié)合，能壓實(shí)學(xué)生的基礎(chǔ)知識(shí)，有利于學(xué)生將剛學(xué)習(xí)的內(nèi)容靈活應(yīng)用到實(shí)踐中，增強(qiáng)對(duì)知識(shí)的理解;同時(shí)有利于教師發(fā)現(xiàn)理論教學(xué)中的不足并及時(shí)解決。另一方面，不需要實(shí)物支撐的實(shí)驗(yàn)及對(duì)應(yīng)理論內(nèi)容在課堂上進(jìn)行講授，學(xué)生使用計(jì)算機(jī)進(jìn)行課堂小設(shè)計(jì)。這一部分分組進(jìn)行，學(xué)生使用Proteus軟件進(jìn)行仿真，使用C語(yǔ)言編寫程序并進(jìn)行聯(lián)機(jī)調(diào)用，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)效果的演示。

在以上實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，學(xué)生遇到問(wèn)題在小組學(xué)習(xí)氛圍下進(jìn)行討論，解決不了的問(wèn)題可請(qǐng)求教師幫助，盡量將遇到的問(wèn)題在課堂上解決，確保每個(gè)學(xué)生完成學(xué)習(xí)任務(wù)，實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)目標(biāo)。

結(jié)合不同學(xué)習(xí)層次的學(xué)生，在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)置上進(jìn)行分層。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容主要分為兩類：基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)與創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)。

基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)主要是課堂知識(shí)點(diǎn)的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)和單片機(jī)的功能性實(shí)驗(yàn)，比如通過(guò)點(diǎn)亮發(fā)光管、中斷循環(huán)控制燈和音樂(lè)播放來(lái)鞏固單片機(jī)輸入/輸出端口的基本操作;通過(guò)8*8點(diǎn)陣顯示來(lái)熟悉LCD顯示相關(guān)知識(shí)點(diǎn)。所有學(xué)生都需要完成基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)。

學(xué)習(xí)水平高的學(xué)生在完成基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，根據(jù)所學(xué)知識(shí)點(diǎn)和相關(guān)主題，可開展更高難度的創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)。如綜合水箱控制系統(tǒng)，學(xué)生需要根據(jù)需求進(jìn)行功能設(shè)計(jì)，學(xué)習(xí)通過(guò)水位傳感器實(shí)現(xiàn)信號(hào)輸入、外部中斷設(shè)計(jì)、A/D及D/A轉(zhuǎn)換相關(guān)知識(shí)點(diǎn)。除此之外，學(xué)生可以設(shè)計(jì)溫度控制系統(tǒng)、多音階電子琴、讀卡器等，實(shí)現(xiàn)對(duì)單片機(jī)知識(shí)的綜合應(yīng)用與創(chuàng)新。

整合多種評(píng)價(jià)方式，促進(jìn)教學(xué)提升? 在原有的教學(xué)體系中，學(xué)生的學(xué)習(xí)成果評(píng)價(jià)主要由期末的紙筆測(cè)驗(yàn)分?jǐn)?shù)組成，部分教師會(huì)結(jié)合平時(shí)表現(xiàn)，但是沒(méi)有形成規(guī)范化的評(píng)價(jià)體系。因此，在教學(xué)改革中為了更好地促進(jìn)教學(xué)質(zhì)量的提升，改善學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)，應(yīng)盡可能全面地考查學(xué)生的學(xué)習(xí)水平，整合多種評(píng)價(jià)方式。

新的評(píng)價(jià)體系基于理論與實(shí)踐并重的理念，引導(dǎo)鼓勵(lì)學(xué)生重視實(shí)驗(yàn)及知識(shí)應(yīng)用等實(shí)踐環(huán)節(jié)，提升學(xué)生平常學(xué)習(xí)的學(xué)習(xí)積極性，積極參與課堂教學(xué)及實(shí)踐;真實(shí)反映學(xué)生對(duì)于知識(shí)的掌握情況，將一次性的期末評(píng)價(jià)轉(zhuǎn)變?yōu)檫^(guò)程性考核。新的評(píng)價(jià)體系注重對(duì)學(xué)生實(shí)踐操作能力和知識(shí)應(yīng)用能力的考查，調(diào)整后的評(píng)價(jià)結(jié)構(gòu)為“期末考試40%+期末綜合設(shè)計(jì)40%+課內(nèi)實(shí)驗(yàn)完成情況20%”。課內(nèi)實(shí)驗(yàn)成績(jī)主要由學(xué)生在課程實(shí)踐教學(xué)中實(shí)驗(yàn)的完成情況和期末單片機(jī)綜合設(shè)計(jì)組成。課程實(shí)驗(yàn)的完成情況考查主要參考學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程、實(shí)驗(yàn)結(jié)果、實(shí)驗(yàn)報(bào)告等因素進(jìn)行評(píng)定。期末綜合設(shè)計(jì)由教師進(jìn)行分組，每組分工進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)并完成設(shè)計(jì)報(bào)告。這部分分?jǐn)?shù)主要對(duì)單片機(jī)設(shè)計(jì)作品的完成度、難度、創(chuàng)新程度等方面進(jìn)行考查。為了鼓勵(lì)學(xué)生綜合應(yīng)用所學(xué)單片機(jī)知識(shí)進(jìn)行積極探索，將學(xué)生在相關(guān)學(xué)科競(jìng)賽中的成績(jī)按一定比例折合加到實(shí)踐部分的分?jǐn)?shù)中。

4 結(jié)語(yǔ)

作為一門強(qiáng)實(shí)踐性，高綜合性的課程，單片機(jī)原理及應(yīng)用課程在教學(xué)中存在教學(xué)與應(yīng)用脫節(jié)、重理論輕實(shí)踐等問(wèn)題。對(duì)單片機(jī)課程進(jìn)行教學(xué)改革，將理論教學(xué)與實(shí)踐環(huán)節(jié)緊密結(jié)合，將實(shí)驗(yàn)教學(xué)與理論教學(xué)穿插進(jìn)行，及時(shí)鞏固所學(xué)知識(shí)，提高教學(xué)效率;調(diào)整教學(xué)內(nèi)容，引進(jìn)單片機(jī)知識(shí)分享講座和課外參觀，使學(xué)生對(duì)于所學(xué)知識(shí)應(yīng)用有直觀的感受，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。在教學(xué)評(píng)價(jià)上，重構(gòu)教學(xué)評(píng)價(jià)體系，理論與實(shí)踐并重地開展過(guò)程性評(píng)價(jià)，極大程度上使得評(píng)價(jià)更好地促進(jìn)教學(xué)。教學(xué)實(shí)踐表明，這些措施對(duì)于解決單片機(jī)原理及應(yīng)用課程傳統(tǒng)教學(xué)中存在的問(wèn)題，提升教學(xué)質(zhì)量，具有積極作用。■

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