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教改前沿

单片机课程标准化教学改革探索实践

发布时间:2021-07-24 17:49:08 作者:  来源:
1开放教育中单片机技术课程现状1.1教学现状目前,开放教育的单片机技术课程多数仍采用传统的知识体系教学,而这种模式更加注重的是课程本身的体系结构和前后的逻辑关系,教学顺序...

1开放教育中单片机技术课程现状

1.1教学现状

目前,开放教育的单片机技术课程多数仍采用传统的知识体系教学,而这种模式更加注重的是课程本身的体系结构和前后的逻辑关系,教学顺序多以89C51单片机的结构为主线,过于重视知识体系的前后关联性,具有很高的抽象性,对学生思辨能力和思维灵活性的要求相对较高。教材第一部分是单片机引脚结构,一开始就提出地址、总线等概念,理解起来非常困难。第二部分是单片机汇编指令,111条指令,不分重点,都需要记住。第三部分是单片机程序编写,短时间内大多数学生都很难掌握程序编写的相关知识和技巧。最后还有一些人机接口扩展、单片机应用系统开发方法等内容。然而,在单片机的应用中,这种内容组织方式却严重与实际脱节。另外,开放教育的理论教学与实践教学也是脱节的。课程考试形式和内容以理论为主,仅凭一张试卷定学生能力,没能体现考查学生实际应用知识的动手实践能力,如果要求学生做一个实际应用的设计,他们往往无从下手或生搬硬套书上的例子。这也就是说,大部分开放教育学生仍停留在纯理论的“开发”上,把一门应用性很强的课程与实际完全脱离了。

1.2学习现状

单片机课程具有涉及学科多、内容多、概念多、逻辑性强、关联性强、抽象等特点,对于一个开放教育的单片机课程学生,除要掌握单片机的专业知识外,还应具备较扎实的电路硬件设计能力和动手操作能力,此外,还需熟悉计算机操作与一般的编程方法。除此之外,由于不同功能单片机系统的外部结构不同,所以这些芯片的技术路线和电路结构等也不近相同,没有固定的模式,这就使得初次接触的学生觉得它既神秘又摸不着边。据了解,多数的开放学生都觉得这门课程难学,难入门,能够应用更是一个难以逾越的“门坎”。因此,解决开放教育单片机课程教与学都难的问题是十分必要的。所以,在教学过程中,打破原有的知识体系,重构项目驱动的行动体系,实施可复制、可推广过的标准化教学,围绕特定项目的需求来引入知识点,组织并实施教学,有利于提高教学的针对性和实效性。

2开放教育单片机课程教学改革方案

2.1构建基于工作过程的行动体系

解构单片机课程传统的学科体系,重构基于工作过程的行动体系。将传统的学科体系里的知识按照单片机产品开发步骤进行序化,针对每一个工作过程环节来传授相关的课程内容,使得理论知识的总量未发生变化,仅改变其排序的方式,实现实践技能与理论知识的整合。这种方式下,教师教学结合实际应用例子,指导学生自行根据设计要求,阅读单片机芯片说明书,从而使学生较为容易地掌握实用技术。最后,再把实际例子进行虚拟仿真,便会更好地巩固相关的理论知识点。

2.2采用项目载体、任务驱动的教学模式

课程教学过程中采取以应用为主线,把原有的理论内容分解成若干典型的项目与任务,将教学内容进行整合,建立“边做边学、边做边教”的教学模式;以项目为载体进行教学设计,采用任务驱动模式,依照“确定产品功能、准备技术资料、设计硬件电路、设计软件程序、产品仿真制作、软硬件联调、产品测试”的工作过程重构课程内容。每个项目均设计了4个任务;并应用Proteus仿真软件、KeilC软件对项目进行分析讲解,并让学生能够自行利用Proteus软件进行项目任务的设计练习。

3开放教育单片机课程教学改革实践

下面以笔者参加的《单片机技术》课程“基于工作过程系统化”教学改革为例,具体介绍项目教学法在单片机课程教学中的实践情况。笔者针对《单片机技术》课程采用项目式标准化教学,基于工作过程,并依据系统的复杂程度,共设计了六个项目,分别是彩灯控制、汽车信号灯控制、交通灯控制、数字钟设计、步进电机控制键盘设计、秒表计设计。授课时,打破原有顺序,以任务为单元,每一次教学均以一个具体任务为教学内容,围绕该任务目标组织各教学环节,进行相关知识点和技能点的讲解。任务中用到什么知识点和技能点就讲解什么知识点和技能点,用到多少就讲多少,在哪里用就在哪里讲。以教师为主导,以学生为中心,边讲边学,边学边练。此外,开放教育中,教师通过雨课堂直播开展教学,教师先对项目、任务进行分析,然后对该任务所涉及的单片机必要知识点进行讲解,最后通过子任务让学生在远端利用Proteus软件,自己动手进行相关的设计与仿真。例如,项目一为彩灯控制,项目要求是单片机控制8个LED,使其先由右向左,再由左向右亮,每次只有一个LED灯亮,如此往复循环。硬件原理如图1所示。这个项目是本门课程的入门,这是一个大项目,因此将它分解成了4个任务,对应4个知识点,分别是:任务1彩灯控制项目分析(知识点:单片机功能)、任务2彩灯控制硬件电路设计(知识点:单片机引脚结构及LED的驱动)、任务3彩灯控制软件程序开发(知识点:如何实现跑马灯式循环控制)和任务4彩灯控制项目制作及调试(知识点:Keil及Proteus软件功能)。接下来,再从软硬件方面进行分析。硬件方面分析:要完成此项目,首先需要搭建单片机最小系统,再加上外围的LED灯,因此,需要学习单片机的功能,引脚结构以及LED的驱动方法,通过让学生阅读89C51单片机芯片说明书、观看LED介绍视频,一点点引导学生找到解决这些问题的答案。软件方面分析:通过移位指令,循环转移指令的讲解,结合对硬件电路的分析,引导学生绘制软件流程图,并补充完整源程序。单片机课程具有很强的实践性,但由于开放教育的特点,使得学生无法亲自到实验室动手操作,因此,在本研究中,通过利用“雨课堂”教学平台和Proteus仿真软件结合的方式开展远程直播教学,解决了这一难题,使得学生对于课上老师演示的每一任务,都能在课后自行利用Proteus软件进行训练并修改相关参数,对于不清楚的地方还可以随时利用“雨课堂”的回放功能进行复习巩固,这样不但加强了学生对课堂教学内容的吸收,同时也激发了学生的学习兴趣。通过这种混合式教学方式,使得单片机技术课程的开放教育教学效果得到了很大的提升。

4结论

综上所述,通过标准化教学,开放教育中的单片机课程通过项目驱动的方式,并增加教师在线直播演示的教学模式,以学生作为学习中心,教材内容不再是知识获取的唯一途径,信息化教学手段及软件成为主动学习、创作学习的认知工具。相比于原有的教学来说,这种新型的教学模式更大的激发了学生学习的兴趣,实现自主学习,大大提高了学生的思维和动手能力。

【参考文献】

[1]贡益明,徐信,陈聪.“课程思政”在单片机原理及应用课程教学中的建设与实践[J].现代职业教育,2021(13):34-35.

[2]王红茹,唐炜,王后连,等.基于OBE理念的机械类专业“单片机”课程教学改革与实践[J].科技与创新,2021(5):66-68.

[3]李莎.单片机课程实践教学模式探索[J].湖北第二师范学院学报,2021(2):80-82.

作者:马骏 单位:辽宁装备制造职业技术学院