單片機(jī)教學(xué)反思和創(chuàng)新教學(xué)方法應(yīng)用

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摘要:《C語(yǔ)言與單片機(jī)》是高職院校重要的專業(yè)課程，但傳統(tǒng)教學(xué)過(guò)程中存在的理論知識(shí)難懂、學(xué)習(xí)枯燥乏味，實(shí)踐教學(xué)缺乏創(chuàng)新性，實(shí)驗(yàn)器材短缺，考核機(jī)制過(guò)于陳舊等問(wèn)題，無(wú)法滿足新時(shí)代人才培養(yǎng)要求。因此，本文提出了利用網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺(tái)提高學(xué)生參與率，項(xiàng)目化教學(xué)建立分組討論，豐富課外實(shí)踐機(jī)會(huì)，以課帶研等方式為單片機(jī)翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)改革提供新思路。

關(guān)鍵詞:單片機(jī)教學(xué);教學(xué)改革;實(shí)踐;創(chuàng)新;以課帶研;虛擬仿真

一、緒論

《C語(yǔ)言與單片機(jī)》是高職院校電子、機(jī)電、計(jì)算機(jī)專業(yè)的一門重要專業(yè)課程。隨著實(shí)踐教學(xué)活動(dòng)創(chuàng)新發(fā)展，傳統(tǒng)的授課模式已經(jīng)明顯不適應(yīng)新時(shí)代的人才培養(yǎng)的目標(biāo)要求。因此，教師必須積極地探索新的教學(xué)方法，采用現(xiàn)代化教學(xué)手段，提高教學(xué)質(zhì)量和效率。本文旨在為教師如何進(jìn)行單片機(jī)課堂教學(xué)改革提供新思路。

二、課程教學(xué)現(xiàn)狀及問(wèn)題分析

(一)高職院校傳統(tǒng)《C語(yǔ)言與單片機(jī)》課的教育現(xiàn)狀

目前開(kāi)設(shè)《C語(yǔ)言與單片機(jī)》課程的院校主要為大學(xué)本科、高職專科等院校的機(jī)電專業(yè)、自動(dòng)化控制等專業(yè)。該課程課時(shí)量一般為一學(xué)期54學(xué)時(shí)，采用演示法、理實(shí)一體等教學(xué)方法，理論教學(xué)和實(shí)操教學(xué)課時(shí)各占一半。但是《C語(yǔ)言與單片機(jī)》課程理論抽象、實(shí)踐性強(qiáng)、需要學(xué)生掌握的知識(shí)點(diǎn)繁多，課堂傳授和學(xué)生內(nèi)化很難在有限的學(xué)時(shí)內(nèi)完成，另外在課程內(nèi)容時(shí)間緊迫、實(shí)訓(xùn)任務(wù)量大的情況下，單調(diào)、枯燥的傳統(tǒng)教學(xué)方式不會(huì)激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣及積極性，學(xué)生逐漸跟不上老師的節(jié)奏，嚴(yán)重影響了本課程的教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果。

(二)《C語(yǔ)言與單片機(jī)》教學(xué)過(guò)程及存在的問(wèn)題

教學(xué)過(guò)程采用項(xiàng)目化教學(xué)，每次課完成一個(gè)項(xiàng)目，教師首先講解專業(yè)知識(shí)，布置課堂任務(wù)，學(xué)生分組討論得出設(shè)計(jì)方案、設(shè)計(jì)程序。然后教師利用編程、仿真軟件演示教學(xué)過(guò)程，最后學(xué)生上機(jī)練習(xí)。教師在此過(guò)程中給予指導(dǎo)，并完成作業(yè)打分、評(píng)價(jià)。該過(guò)程看似安排得充分，但是通過(guò)實(shí)際教學(xué)反饋有以下幾個(gè)問(wèn)題。1．理論知識(shí)難懂、學(xué)習(xí)枯燥乏味。由于大部分學(xué)生C語(yǔ)言編程等專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)匱乏，有的從未接觸過(guò)編程甚至計(jì)算機(jī)。教師講解內(nèi)容太深太難，理論知識(shí)過(guò)多，學(xué)生難以理解，慢慢會(huì)就會(huì)失去聽(tīng)課興趣，干其他事，不僅影響課堂紀(jì)律還影響聽(tīng)課效果。單片機(jī)課程體系的特點(diǎn)是，所有知識(shí)點(diǎn)相互聯(lián)系相互影響。在既有的課堂教學(xué)活動(dòng)中，由于課程安排的限制，導(dǎo)致學(xué)生對(duì)于單片機(jī)的知識(shí)點(diǎn)形成了相互隔離的想法，即表現(xiàn)為學(xué)完編程技術(shù)忘了程序設(shè)計(jì)這樣的現(xiàn)狀，最后在展開(kāi)單片機(jī)的實(shí)驗(yàn)操作時(shí)，學(xué)生表現(xiàn)為操作能力差，無(wú)法很好地完成所設(shè)定的目標(biāo)任務(wù)。［1］2．實(shí)踐教學(xué)缺乏創(chuàng)新性?！禖語(yǔ)言與單片機(jī)》課程實(shí)際上就是一門實(shí)踐操作課，然而課堂教學(xué)時(shí)間緊、任務(wù)重，學(xué)生缺乏參與性。通過(guò)教學(xué)發(fā)現(xiàn)，有的項(xiàng)目功能多，程序復(fù)雜，教師會(huì)花更多時(shí)間講解理論及操作知識(shí)。留給學(xué)生思考時(shí)間不夠，學(xué)生分組討論很難得出結(jié)果，個(gè)別基礎(chǔ)差的學(xué)生不會(huì)參與討論。加之學(xué)生對(duì)軟件操作不熟悉，畫(huà)圖、編程過(guò)程中出錯(cuò)，需要教師指導(dǎo)糾正，整個(gè)教學(xué)過(guò)程的感覺(jué)就是老師教得累，學(xué)生學(xué)得累，時(shí)間不夠用。造成教學(xué)活動(dòng)的開(kāi)展遇到多方面的問(wèn)題，學(xué)生學(xué)習(xí)積極性有所下降。3．實(shí)驗(yàn)器材短缺，實(shí)訓(xùn)室建設(shè)不足。由于該門課用到C語(yǔ)言編程軟件，通過(guò)計(jì)算機(jī)完成仿真，偏向計(jì)算機(jī)領(lǐng)域。另學(xué)校資金投入有限，歷年來(lái)該門課程實(shí)訓(xùn)室建設(shè)無(wú)法滿足上課需要，單片機(jī)硬件設(shè)備不足且有損壞，連正常的教學(xué)演示都無(wú)法滿足。一套單片機(jī)實(shí)驗(yàn)箱成本高，還要配套PC機(jī)、示波器、萬(wàn)用表等儀器設(shè)備，由于許多高校面臨經(jīng)費(fèi)短缺問(wèn)題，無(wú)法保證學(xué)生人手一套。并且，隨著技術(shù)不斷發(fā)展、設(shè)備老化，需要不斷更新實(shí)驗(yàn)箱［2］。4．考核機(jī)制過(guò)于陳舊。對(duì)于《C語(yǔ)言與單片機(jī)》課程考核方式來(lái)說(shuō)，在早期進(jìn)行考核的時(shí)候，教師應(yīng)用的方法基本上都以筆試為主，這種模式的考察方式極為片面，無(wú)法有效了解學(xué)生的綜合水平，進(jìn)而影響了其自身的個(gè)人發(fā)展。這也是現(xiàn)階段教學(xué)工作存在的主要問(wèn)題［3］。

三、教學(xué)方法改革

(一)項(xiàng)目化教學(xué)實(shí)施和制定工程實(shí)驗(yàn)

目前，大部分院校的單片機(jī)教學(xué)采用計(jì)算機(jī)模擬仿真或開(kāi)發(fā)板進(jìn)行，這樣的傳統(tǒng)實(shí)踐教學(xué)方法使學(xué)生被動(dòng)地去學(xué)習(xí)，失去了思考、創(chuàng)新的能力，難以激發(fā)學(xué)生的主觀能動(dòng)性，難以使學(xué)生獲得真正的收獲，無(wú)法適應(yīng)現(xiàn)如今的教學(xué)要求。因此，高校有必要對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)方法進(jìn)行改革，增加學(xué)生自主創(chuàng)新和解決工程實(shí)際問(wèn)題的能力?！敖虒W(xué)做一體化”教學(xué)模式主要是指在教學(xué)活動(dòng)中，同時(shí)實(shí)現(xiàn)教、學(xué)和實(shí)踐三位一體，其根本目的在于改變傳統(tǒng)教學(xué)模式的靜態(tài)化發(fā)展，將實(shí)驗(yàn)基地同課堂教學(xué)融合在一起，讓學(xué)生能夠通過(guò)課堂學(xué)習(xí)掌握到單片機(jī)理論知識(shí)和實(shí)踐探索相互結(jié)合［4］。在開(kāi)展單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)，可以采用分組討論的方式，提高學(xué)生參與率，再根據(jù)項(xiàng)目要求設(shè)計(jì)電路，并用Proteus仿真軟件中畫(huà)出電路圖。在軟件編程時(shí)，首先畫(huà)出程序流程圖;然后利用Keil軟件編寫(xiě)C語(yǔ)言程序，通過(guò)編譯生成單片機(jī)可執(zhí)行的Hex文件。最后將Hex文件加載到Proteus仿真電路中的單片機(jī)中，進(jìn)行聯(lián)合調(diào)試，驗(yàn)證是否能滿足項(xiàng)目要求。學(xué)生可在AltiumDesigner繪制電路圖生成PCB圖或者利用Proteus直接生成PCB圖。最后讓學(xué)生通過(guò)萬(wàn)用表、焊錫以及電烙鐵等工具進(jìn)行單片機(jī)電路焊接，完成整個(gè)工程實(shí)際開(kāi)發(fā)過(guò)程。

(二)建立分組討論考核制度

要脫離傳統(tǒng)的教學(xué)方式，就要圍繞學(xué)生開(kāi)展教學(xué)，以學(xué)生為本。把學(xué)生分成若干學(xué)習(xí)小組，每個(gè)組選出組長(zhǎng)，后續(xù)以小組為單位完成項(xiàng)目的實(shí)施、展示，便于課程組織管理。每次課在課前給學(xué)生分配項(xiàng)目任務(wù)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)、報(bào)紙以及期刊論文等渠道收集資料，課中完成設(shè)計(jì)制作。同時(shí)，教師還要為學(xué)習(xí)小組布置課后任務(wù)，讓學(xué)生采用發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題的學(xué)習(xí)方法進(jìn)行討論，不斷深入學(xué)習(xí)。另外，可以建立一套先小組成員匯報(bào)進(jìn)展情況，后小組匯報(bào)的考核機(jī)制，對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況進(jìn)行評(píng)分。通過(guò)分組討論考核方式提高每名學(xué)生參與項(xiàng)目的積極性。

(三)加強(qiáng)實(shí)訓(xùn)室建設(shè)以賽代練

在實(shí)驗(yàn)設(shè)備方面，學(xué)校應(yīng)該加大資金投入，改善辦學(xué)條件。采購(gòu)最新的單片機(jī)教學(xué)設(shè)備，滿足教學(xué)要求。同時(shí)創(chuàng)辦學(xué)生社團(tuán)，鼓勵(lì)學(xué)生利用課余時(shí)間，進(jìn)行各種課外實(shí)踐活動(dòng)，通過(guò)社團(tuán)活動(dòng)培育出基礎(chǔ)知識(shí)扎實(shí)、有一定動(dòng)手能力、對(duì)單片機(jī)感興趣的學(xué)生參加校級(jí)、省級(jí)、國(guó)家級(jí)大賽。通過(guò)各種比賽帶動(dòng)社團(tuán)發(fā)展建設(shè)，促進(jìn)學(xué)科發(fā)展。不僅可以鍛煉學(xué)生的實(shí)踐能力，還可以有效地鍛煉學(xué)生團(tuán)隊(duì)合作能力，提高創(chuàng)新能力。

(四)增加網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺(tái)在《C語(yǔ)言與單片機(jī)》教學(xué)中的應(yīng)用

除了傳統(tǒng)教學(xué)外，還可以利用職教云、慕課、在線直播等網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺(tái)將《C語(yǔ)言與單片機(jī)》的教學(xué)內(nèi)容整合。把每一個(gè)項(xiàng)目的內(nèi)容和重點(diǎn)難點(diǎn)等知識(shí)點(diǎn)制作成微課、短視頻、PPT等學(xué)習(xí)資料，把這些資料放在網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺(tái)上供老師和學(xué)生學(xué)習(xí)使用，如遇到難于理解的地方還可以回看微視頻，反復(fù)學(xué)習(xí)。利用職教云網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺(tái)教學(xué)，布置課前預(yù)習(xí)作業(yè)，課中隨堂練習(xí)，課后作業(yè)。并且當(dāng)堂課就可以看到學(xué)習(xí)平臺(tái)上的完成情況和得分情況、學(xué)生的課堂表現(xiàn)。利用網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺(tái)的優(yōu)勢(shì)來(lái)輔助教學(xué)，不僅可以通過(guò)制作微課和短視頻激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，同時(shí)還可以在日常教學(xué)中不斷改進(jìn)課程內(nèi)容，合理整合與優(yōu)化學(xué)習(xí)平臺(tái)。

(五)以課帶研等創(chuàng)新思維

談到科研課題，不少教師和學(xué)生認(rèn)為自身的專業(yè)知識(shí)有限或選題困難等原因不敢參與。為了使廣大師生積極參與到各類科研項(xiàng)目，從心理上克服對(duì)科研項(xiàng)目的畏懼，結(jié)合本校實(shí)際情況，采用“以課帶研，問(wèn)題即課題，教學(xué)即研究”的思路。通過(guò)教學(xué)發(fā)現(xiàn)存在的問(wèn)題，以解決問(wèn)題帶動(dòng)課題研究創(chuàng)新。也可以收集學(xué)生在課程學(xué)習(xí)中提出的新項(xiàng)目、新想法，鼓勵(lì)他們多動(dòng)手做出成果，作為教師的課題研究參與進(jìn)來(lái)。不僅能提高學(xué)生的科研能力，也能提高教師自己的教育教學(xué)能力，這種創(chuàng)新思維方法應(yīng)該被廣大高校推廣。

四、《C語(yǔ)言與單片機(jī)》翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)的實(shí)證性分析

下面通過(guò)倒計(jì)時(shí)交通燈的項(xiàng)目制作，介紹《C語(yǔ)言與單片機(jī)》課程改革的途徑方法。項(xiàng)目要求運(yùn)用AT89C51單片機(jī)的P1口的6個(gè)引腳控制12個(gè)LED的亮滅，同時(shí)利用P2口控制數(shù)碼顯示管計(jì)算倒計(jì)時(shí)。

(一)課前預(yù)習(xí)

課前教師上傳本次課內(nèi)容至網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺(tái)并布置課前預(yù)習(xí)作業(yè)，讓學(xué)生了解課程知識(shí)點(diǎn)，利用職教云等網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺(tái)與學(xué)生互動(dòng)，在線解答問(wèn)題、布置課堂練習(xí)，最后總結(jié)評(píng)價(jià)。

(二)硬件設(shè)計(jì)

課中，根據(jù)項(xiàng)目要求讓學(xué)生分組討論，利用計(jì)算機(jī)Proteus軟件虛擬仿真，進(jìn)行電路設(shè)計(jì)。如圖2所示為倒計(jì)時(shí)交通燈系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)圖。

(三)軟件設(shè)計(jì)

根據(jù)程序流程圖利用Keil編寫(xiě)C語(yǔ)言程序，選擇Keil環(huán)境下項(xiàng)目文件的“Project”選項(xiàng)，選擇“Optionsfortarget”菜單，勾選“Output”選項(xiàng)卡中“CreateHEXFile”選項(xiàng)。通過(guò)Keil軟件編譯源程序，生成Hex文件。最后，在Proteus環(huán)境中加載Hex文件驗(yàn)證項(xiàng)目結(jié)果。若出現(xiàn)錯(cuò)誤，回到Keil環(huán)境中進(jìn)行修改，直至運(yùn)行結(jié)果正確為止。

(四)硬件制作

學(xué)校購(gòu)買或?qū)W生自行采購(gòu)本項(xiàng)目所需的元器件材料，學(xué)生自己通過(guò)萬(wàn)用表、焊錫以及烙鐵等工具進(jìn)行單片機(jī)電路焊接，完成整個(gè)工程項(xiàng)目實(shí)際開(kāi)發(fā)過(guò)程。如圖3所示。

五、結(jié)語(yǔ)

綜上所述，教學(xué)、實(shí)驗(yàn)和實(shí)訓(xùn)三位一體的教學(xué)方法改革，基本上解決了以往《C語(yǔ)言與單片機(jī)》教學(xué)中理論和實(shí)踐難以統(tǒng)一的問(wèn)題。教師在進(jìn)行授課時(shí)，應(yīng)結(jié)合學(xué)生實(shí)際情況，不斷改進(jìn)教學(xué)方法，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，利用先進(jìn)教學(xué)手段，引導(dǎo)學(xué)生們積極思考教學(xué)內(nèi)容，提高動(dòng)手能力的同時(shí)增強(qiáng)學(xué)習(xí)興趣和綜合能力。

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作者:孫東東 楊永春 劉煥海 李震 單位:新疆交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院