顧敏明 潘海鵬

摘要：針對(duì)電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)“單片機(jī)原理與應(yīng)用”課程的內(nèi)容特點(diǎn)和教學(xué)實(shí)際，通過(guò)總結(jié)多年來(lái)的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，提出一種“任務(wù)驅(qū)動(dòng)”的教學(xué)模式并融入到單片機(jī)原理與應(yīng)用的課程中，對(duì)教學(xué)內(nèi)容、組織形式、實(shí)踐教學(xué)和評(píng)價(jià)制度進(jìn)行了改革。學(xué)生更加明確了學(xué)習(xí)目標(biāo)，提升了學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，實(shí)踐能力得到了有效的提升，對(duì)學(xué)生綜合能力的培養(yǎng)起到了積極的促進(jìn)作用，課程改革取得了滿意的效果。

關(guān)鍵詞：任務(wù)驅(qū)動(dòng);單片機(jī);自制實(shí)驗(yàn)設(shè)備

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0079（2014）33-0065-02

“單片機(jī)原理與應(yīng)用”課程是一門很重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，把編程語(yǔ)言知識(shí)、模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)、電路知識(shí)等綜合在一起，屬于技術(shù)性、工程性、實(shí)踐性很強(qiáng)的一門課程。該課程作為電氣工程自動(dòng)化、自動(dòng)化、機(jī)電一體化等專業(yè)最重要的核心課程之一，它是“自動(dòng)化”高素質(zhì)復(fù)合技能型人才所需自動(dòng)控制類知識(shí)結(jié)構(gòu)的載體之一，占據(jù)著相當(dāng)重要的地位。

然而，傳統(tǒng)的“單片機(jī)原理與應(yīng)用”教學(xué)一般以學(xué)科體系為出發(fā)點(diǎn)，注重課程本身的體系結(jié)構(gòu)和前后的邏輯聯(lián)系，理論性很強(qiáng)，但卻忽略了“可學(xué)性”，學(xué)生缺乏明確的目標(biāo)，致使學(xué)生學(xué)得吃力，老師教得辛苦，教學(xué)效果不佳。傳統(tǒng)的“單片機(jī)原理與應(yīng)用”教學(xué)，一般以單片機(jī)的結(jié)構(gòu)為主線，按部就班，先講單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)，再講指令和軟件編程，然后是單片機(jī)系統(tǒng)的擴(kuò)展和各種外圍器件的應(yīng)用，最后再講一些實(shí)例。按照此種教學(xué)結(jié)構(gòu)，學(xué)生普遍感到難學(xué)。很多書一開(kāi)始就提出的總線、地址、寄存器等概念，學(xué)生往往難以理解;到了后面，如果還是延續(xù)以往教材中單片機(jī)的七種尋址方式則更抽象，有很多學(xué)生直到學(xué)完單片機(jī)還不能理解尋址方式究竟是什么意思，為什么需要這么多尋址方式。然后是單片機(jī)指令、111條指令，如果再不分重點(diǎn)，等到指令全部學(xué)完，大部分學(xué)生已對(duì)單片機(jī)望而生畏，開(kāi)始打退堂鼓了，到了考試時(shí)候，老師也愁，題目出的簡(jiǎn)單還怕學(xué)生不會(huì)，至于應(yīng)用能力就更不知道從何談起了。

因此，對(duì)單片機(jī)課程進(jìn)行教學(xué)改革是十分必要的。通過(guò)對(duì)教學(xué)理論的深入學(xué)習(xí)和教學(xué)實(shí)踐的摸索，筆者越來(lái)越認(rèn)同“興趣是最好的老師”這一看法，而階段性成果是引導(dǎo)教學(xué)、激發(fā)學(xué)生興趣的有效辦法之一。基于此，論文提出“任務(wù)驅(qū)動(dòng)”這一教學(xué)模式，主要包括以下內(nèi)容：

一、改革課程內(nèi)容體系結(jié)構(gòu)，突出課程特點(diǎn)

單片機(jī)是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，然而在以往的教學(xué)模式中卻表現(xiàn)為抽象性強(qiáng)、理論要求高、記憶內(nèi)容多的特點(diǎn)，這樣就要求對(duì)選修課程學(xué)生的記憶力、思辯能力和思維靈活性的要求較高，大部分學(xué)生難以掌握，顯然不符合教學(xué)的期望，同單片機(jī)應(yīng)用為王的本質(zhì)相背離，也不符合教學(xué)的特點(diǎn)。單片機(jī)又是一門發(fā)展很快的學(xué)科，大部分教材的教學(xué)語(yǔ)言還是采用“匯編語(yǔ)言”，而實(shí)際情況是在現(xiàn)實(shí)的應(yīng)用過(guò)程中，除了特殊的一些行業(yè)外，絕大部分都采用C語(yǔ)言進(jìn)行開(kāi)發(fā)，匯編的可移植性、復(fù)雜性都限制了應(yīng)用，因此在實(shí)際教學(xué)中也必須開(kāi)展改革。另外新技術(shù)、新器件不斷涌現(xiàn)，而我國(guó)現(xiàn)行的相關(guān)教材中知識(shí)相對(duì)陳舊，很多里面的芯片都已經(jīng)停產(chǎn)。教學(xué)內(nèi)容很少體現(xiàn)單片機(jī)知識(shí)在相關(guān)專業(yè)中的實(shí)際應(yīng)用，使得學(xué)用脫節(jié)——既未能體現(xiàn)“素質(zhì)教育”的現(xiàn)代教育理念，也沒(méi)有體現(xiàn)單片機(jī)針對(duì)各專業(yè)所應(yīng)有的“專業(yè)基礎(chǔ)性”。因此，內(nèi)容上必須改革，補(bǔ)充新的知識(shí)，調(diào)整體系結(jié)構(gòu)。

為了增加學(xué)生的積極性，改革后的單片機(jī)課程內(nèi)容采用模塊、課題、任務(wù)體系結(jié)構(gòu)，將課程劃分為多個(gè)模塊，每一模塊由多個(gè)課題組成，每一課題由一個(gè)或多個(gè)任務(wù)組成，每一任務(wù)由任務(wù)目標(biāo)、任務(wù)分析、相關(guān)知識(shí)和任務(wù)實(shí)施四個(gè)相互連貫的部分組成。

二、改革教學(xué)內(nèi)容組織方式，提升學(xué)生主動(dòng)性和積極性

開(kāi)展“單片機(jī)原理與應(yīng)用”課程學(xué)習(xí)方法的研究，為學(xué)生提供有針對(duì)性的學(xué)習(xí)指導(dǎo)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力，應(yīng)是教學(xué)改革中亟待加強(qiáng)的重點(diǎn)內(nèi)容之一。

進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容組織方式改革，這好比是從原先的“C語(yǔ)言”到“C++”的轉(zhuǎn)換，從原先的“順序結(jié)構(gòu)”、流水賬的教學(xué)方式轉(zhuǎn)換為面向任務(wù)的教學(xué)模式，實(shí)際上是一種隨著需求變化自然而然的蛻變。

每次教學(xué)均圍繞一個(gè)任務(wù)目標(biāo)進(jìn)行各教學(xué)環(huán)節(jié)的組織，以任務(wù)目標(biāo)為主線進(jìn)行各相關(guān)知識(shí)點(diǎn)和技能點(diǎn)的講解。以教師為主導(dǎo)，以學(xué)生為中心，邊講邊學(xué)，邊學(xué)邊練。在實(shí)施過(guò)程中，教師和學(xué)生都思路明確，知道本輪教學(xué)的目的是什么，是為什么在服務(wù)，學(xué)生不再是被動(dòng)接受教師的填鴨式灌輸。在教學(xué)過(guò)程中，雙方一起對(duì)任務(wù)進(jìn)行分析，教師教授相關(guān)知識(shí)，在任務(wù)實(shí)施階段開(kāi)展師生互動(dòng)，在課內(nèi)外利用計(jì)算機(jī)仿真軟件和開(kāi)發(fā)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行驗(yàn)證，鼓勵(lì)學(xué)生上講臺(tái)進(jìn)行分析和操作。要求學(xué)生對(duì)課堂教學(xué)任務(wù)電路和程序進(jìn)行設(shè)計(jì)或修改，培養(yǎng)學(xué)生單片機(jī)應(yīng)用電路和程序的設(shè)計(jì)方法，并用提問(wèn)、作業(yè)等形式來(lái)檢查學(xué)習(xí)情況。教師對(duì)學(xué)生存在的疑問(wèn)進(jìn)行實(shí)時(shí)解答，早發(fā)現(xiàn)早解決，減少將問(wèn)題帶到學(xué)期結(jié)束的情況，為后續(xù)其他課程的開(kāi)展提供較好的基礎(chǔ)。

這部分的關(guān)鍵在于教師對(duì)整體內(nèi)容的把握、任務(wù)的設(shè)計(jì)和節(jié)奏的控制。因?yàn)檎憬〉靥帠|南沿海地區(qū)，民營(yíng)企業(yè)發(fā)展良好，筆者所在的專業(yè)同周邊企業(yè)有著長(zhǎng)期良好的校企合作，因此很多教學(xué)任務(wù)設(shè)計(jì)的實(shí)際上是來(lái)源于企業(yè)的實(shí)際需求，因此在任務(wù)的設(shè)計(jì)上很接地氣，能體現(xiàn)一般企業(yè)甚至行業(yè)現(xiàn)階段與本課程相關(guān)的大致水平，應(yīng)用性非常強(qiáng)，通過(guò)對(duì)橫向項(xiàng)目的提煉和重組，對(duì)照教學(xué)大綱的要求往往能夠設(shè)計(jì)出若干教學(xué)任務(wù)，經(jīng)由系教學(xué)會(huì)議討論后可以確定下來(lái)。隨著新的項(xiàng)目開(kāi)展，逐步替換一些較老的任務(wù)案例，保持有序的更新，這樣學(xué)生也能了解到目前相關(guān)行業(yè)的情況，而不會(huì)出去兩眼一抹黑，特別是某些企業(yè)可能就是他們身邊較好的企業(yè)，能夠在心里得到認(rèn)同，產(chǎn)生共鳴。首先就覺(jué)得這門課程對(duì)他有用，接下來(lái)就能更好地去了解該任務(wù)設(shè)計(jì)中的前因后果，學(xué)習(xí)如何組織實(shí)施。這一過(guò)程，自然而然就提升了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，進(jìn)而改進(jìn)學(xué)習(xí)效果。

三、改革實(shí)踐性教學(xué)設(shè)計(jì)方式

我們一直強(qiáng)調(diào)“單片機(jī)原理與應(yīng)用”課程的實(shí)踐性強(qiáng)，單片機(jī)的實(shí)踐部分實(shí)質(zhì)上可以表現(xiàn)為兩方面：一方面是對(duì)單片機(jī)編程的實(shí)踐，另一方面是對(duì)單片機(jī)相關(guān)的硬件設(shè)計(jì)方面的實(shí)踐，兩者相輔相成，缺一不可。往往很多單片機(jī)教學(xué)中受限于課時(shí)和實(shí)驗(yàn)設(shè)備，大多只開(kāi)展前者，而后者的實(shí)訓(xùn)十分欠缺。

為此主要采用兩種方式。首先，考慮到學(xué)生人數(shù)眾多，為了更多學(xué)生受益，引入“Proteus”仿真軟件。該軟件支持51系列和其他主流單片機(jī)，以及相關(guān)的單片機(jī)接口電路，教師提供主要案例，指導(dǎo)學(xué)生開(kāi)展虛擬實(shí)驗(yàn)，構(gòu)建出虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，有助于學(xué)生開(kāi)展課外的學(xué)習(xí)，輔助開(kāi)展實(shí)踐教學(xué)，作為輔助手段可以讓學(xué)生加強(qiáng)對(duì)單片機(jī)編程的訓(xùn)練;其次，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)“自制單片機(jī)綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)”，以往大學(xué)采購(gòu)的單片機(jī)教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)基本上模塊固化，真正實(shí)驗(yàn)的時(shí)候基本不需要對(duì)硬件原理進(jìn)行思考，依據(jù)實(shí)驗(yàn)手冊(cè)簡(jiǎn)單地連接幾根導(dǎo)線就可以了，實(shí)際上對(duì)硬件設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)幫助作用微乎其微。正是認(rèn)識(shí)到了這一不足，自主開(kāi)發(fā)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)加強(qiáng)了學(xué)生對(duì)硬件設(shè)計(jì)能力培養(yǎng)的環(huán)節(jié)。在具備普通實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的實(shí)際編程能力培養(yǎng)的基礎(chǔ)上，該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的組織上采用了靈活的接口形式，所有模塊都是可以拆卸的，為配合單片機(jī)課程教學(xué)中的“任務(wù)驅(qū)動(dòng)”模式，會(huì)有不同的模塊，這一措施使得實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的選擇更為合理和豐富，方便開(kāi)展綜合型、創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)。這些模塊通過(guò)統(tǒng)一的接口形式，類似于DCS、PLC等裝置的卡件形式，插入到本實(shí)驗(yàn)平臺(tái)中。模塊并非都是直接可用，有些模塊需要學(xué)生依照原理進(jìn)行組裝，有些需要進(jìn)行焊接，甚至還有一些空白的模塊需要學(xué)生按照任務(wù)的要求，設(shè)計(jì)硬件方案，選擇器件，自行完成功能模塊。因此實(shí)際在一次實(shí)驗(yàn)的開(kāi)展過(guò)程中，不但對(duì)單片機(jī)編程進(jìn)行了實(shí)訓(xùn)，另外對(duì)器件的認(rèn)知、電路的設(shè)計(jì)組裝等都進(jìn)行了培訓(xùn)。由于硬件的差異，軟件程序也是各有區(qū)別，有效避免了從實(shí)驗(yàn)手冊(cè)代碼一抄，實(shí)驗(yàn)完成這一現(xiàn)象，在這幾年的教學(xué)實(shí)踐中通常都能較好地完成。同時(shí)鼓勵(lì)學(xué)生在課后自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，自己做實(shí)驗(yàn)，開(kāi)放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)也取得了較好的效果。

四、改革考核形式，保障教學(xué)任務(wù)的有效實(shí)施

成績(jī)是課程的永恒話題，不論是想自己的能力得到肯定，還是想取得良好的成績(jī)問(wèn)鼎獎(jiǎng)學(xué)金還是其他因素，學(xué)生對(duì)成績(jī)還是比較看重的，因此有些教學(xué)如果平時(shí)學(xué)生不主動(dòng)，只要拿住考試的指揮棒，學(xué)生還是會(huì)投入相應(yīng)的精力，但這種方式往往會(huì)使學(xué)生的學(xué)習(xí)目的是去應(yīng)付考試，甚至作弊。這就需要改革考試方式，避免一考定音。

考核的方式方法和考核的內(nèi)容將直接影響教學(xué)過(guò)程的實(shí)施，關(guān)系到教師如何教和學(xué)生如何學(xué)。因此，應(yīng)通過(guò)對(duì)考核方式方法的改革來(lái)促進(jìn)教學(xué)過(guò)程的改革。

本課程以往的考核形式相對(duì)單一，考題側(cè)重于記憶，例如背幾條指令、說(shuō)幾個(gè)部件的作用、編幾條程序等，導(dǎo)致有的學(xué)生單片機(jī)考試成績(jī)很好，但卻不會(huì)實(shí)際運(yùn)用。因此在改革中，注重應(yīng)用能力的培養(yǎng)，提高平時(shí)成績(jī)所占的比例。由于課程是“任務(wù)驅(qū)動(dòng)”，整個(gè)課程下來(lái)已經(jīng)有好幾次任務(wù)，一次任務(wù)結(jié)束后對(duì)每位同學(xué)完成的結(jié)果予以記錄和評(píng)分，評(píng)判依據(jù)可以按完成任務(wù)的先后順序、完成的質(zhì)量及學(xué)生表達(dá)能力等方面。記錄結(jié)果由同學(xué)簽字確認(rèn)?？紤]到時(shí)間，可以以組為單位進(jìn)行實(shí)訓(xùn)時(shí)，教師還應(yīng)對(duì)每位同學(xué)提出相關(guān)的問(wèn)題或進(jìn)行單獨(dú)操作，這對(duì)主動(dòng)性差的同學(xué)來(lái)說(shuō)能起到很好的促進(jìn)作用。（平時(shí)作業(yè)就分散在任務(wù)之中）因此平時(shí)的成績(jī)也自然而然地給出了，大家對(duì)自己平時(shí)的成績(jī)也明了。實(shí)際上到期末考試前，學(xué)生大致能對(duì)自己的成績(jī)有一個(gè)初步的定位。教學(xué)實(shí)踐表明，最終的成績(jī)同平時(shí)的成績(jī)并無(wú)太大的變化。通過(guò)這一方式的改變，一方面提高了學(xué)生對(duì)平時(shí)學(xué)習(xí)的重視程度，基本杜絕了平時(shí)不努力、考試前臨時(shí)突擊這一現(xiàn)象。最終成績(jī)能較好地體現(xiàn)學(xué)生在本課程的學(xué)習(xí)情況，學(xué)習(xí)風(fēng)氣得到了有效的提升。

五、結(jié)語(yǔ)

針對(duì)“單片機(jī)原理與應(yīng)用”課程特點(diǎn)，提出了“任務(wù)驅(qū)動(dòng)”這一教學(xué)模式，基于此改革課程內(nèi)容體系結(jié)構(gòu)、教學(xué)內(nèi)容的組織形式，并對(duì)課堂教學(xué)、實(shí)踐教學(xué)的形式和內(nèi)容進(jìn)行了變革，有效調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高了學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，并在這一過(guò)程中學(xué)生掌握了實(shí)際的知識(shí)和技能。通過(guò)改革考試形式，在一定程度杜絕了大學(xué)課程平時(shí)不努力、考前臨時(shí)突擊這一現(xiàn)象，促使學(xué)生腳踏實(shí)地，對(duì)學(xué)習(xí)成績(jī)的提升起到了一定的作用。

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（責(zé)任編輯：王祝萍）