黃協(xié)榮

一、引言

目前單片機(jī)滲透到我們生活的各個(gè)領(lǐng)域，計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)通訊與數(shù)據(jù)傳輸，工業(yè)自動(dòng)化過程的實(shí)時(shí)控制和數(shù)據(jù)處理，廣泛使用的各種智能IC卡等等，這些都離不開單片機(jī)。

單片機(jī)技術(shù)是電子、機(jī)電、控制等專業(yè)的重要專業(yè)技能課程，是我校機(jī)械專業(yè)的一門重要專業(yè)課，是一門結(jié)合電子、計(jì)算機(jī)等技術(shù)的應(yīng)用性很強(qiáng)的課程。然而在傳統(tǒng)的職業(yè)學(xué)校單片機(jī)教學(xué)中，卻存在許多問題，使得這門重要課程的教學(xué)效果不盡人意。

二、教學(xué)現(xiàn)狀

由于單片機(jī)課程的實(shí)踐性很強(qiáng)，在傳統(tǒng)的教學(xué)模式中，采用課堂教學(xué)+少量實(shí)驗(yàn)的教學(xué)模式，學(xué)生操作次數(shù)有限，導(dǎo)致教學(xué)效果不佳。傳統(tǒng)的單片機(jī)教學(xué)過程中的實(shí)驗(yàn)，常常在教學(xué)中安排一定的課時(shí)，集中在實(shí)驗(yàn)室做相關(guān)的實(shí)驗(yàn)。而使用的編程語言——匯編語言抽象難懂，使得學(xué)生學(xué)習(xí)熱情不高；實(shí)驗(yàn)設(shè)備陳舊且模塊單元集成度高，實(shí)驗(yàn)時(shí)學(xué)生若沒有弄清楚集成芯片就只能依照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書照搬照套，這種方式的局限性很大。特別是學(xué)生只有在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)去實(shí)驗(yàn)室才能進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，而在課堂教學(xué)過程中，特別是在學(xué)生課前預(yù)習(xí)與課后作業(yè)階段，很難有實(shí)驗(yàn)的條件。

三、教學(xué)探索

針對(duì)以上提到的單片機(jī)教學(xué)中存在的問題，結(jié)合學(xué)校、學(xué)生現(xiàn)狀，為提高單片機(jī)課程的教學(xué)效果，采用“教學(xué)做一體化”的教學(xué)方法，強(qiáng)調(diào)以教師為主導(dǎo)，學(xué)生為主體，邊學(xué)變練，讓學(xué)生在“做中學(xué)，學(xué)中做”，體驗(yàn)學(xué)習(xí)的樂趣，收獲學(xué)習(xí)的成就感。同時(shí)通過優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，采用以C語言為主，匯編語言為輔的編程語言。通過對(duì)16機(jī)械班學(xué)生進(jìn)行一體化教學(xué)改革的摸索實(shí)踐，在17機(jī)械班學(xué)生的單片機(jī)教學(xué)中取得了較好的效果。

1.芯片選型

從第一批單片機(jī)面市至今雖然只有短短的三四十年時(shí)間，單片機(jī)的種類型號(hào)卻非常多。結(jié)合市場(chǎng)需求及教學(xué)實(shí)際，選擇51系列8位單片機(jī)作為教學(xué)芯片。

2.實(shí)驗(yàn)設(shè)備

學(xué)習(xí)單片機(jī)離不開實(shí)驗(yàn)，以往單片機(jī)的實(shí)驗(yàn)往往依賴于仿真機(jī)和單片機(jī)學(xué)習(xí)系統(tǒng)，價(jià)格昂貴，至使學(xué)習(xí)單片機(jī)的門檻很高。近年來，隨著FLASH型單片機(jī)的廣泛應(yīng)用，采用軟件模擬加寫片驗(yàn)證成為一種經(jīng)濟(jì)實(shí)用的實(shí)驗(yàn)方法，尤其是隨著單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展，很多單片機(jī)都具有了ISP功能，美國(guó)SST公司推出的SST系列單片機(jī)更是集成了仿真功能，配合Keil軟件，可使用戶的目標(biāo)板直接具有仿真功能，將單片機(jī)的易用性推向一個(gè)新的高度。學(xué)校采用的平凡單片機(jī)工作室單片機(jī)實(shí)驗(yàn)板，板上CPU采用SST公司的P89E554RC芯片制作的仿真機(jī)，可直接與Keil軟件通訊，使用Keil軟件提供的單步、過程單步、設(shè)置斷點(diǎn)等調(diào)試手段調(diào)試程序[3]。制約單片機(jī)教學(xué)效果的一個(gè)重要因素是實(shí)驗(yàn)條件無法滿足課堂教學(xué)的需要，但受資金和場(chǎng)地條件的制約，增加實(shí)驗(yàn)設(shè)備存在許多困難。

虛擬實(shí)驗(yàn)室是一種基于仿真軟件構(gòu)建的虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)，是教學(xué)實(shí)驗(yàn)室的數(shù)字化和虛擬化。虛擬實(shí)驗(yàn)室具有諸如利用率高、易維護(hù)等諸多優(yōu)點(diǎn)，在教育領(lǐng)域中有很好的應(yīng)用價(jià)值。

在一體化教學(xué)中結(jié)合利用Proteus仿真軟件來構(gòu)建單片機(jī)虛擬實(shí)驗(yàn)室，運(yùn)用它強(qiáng)大的仿真功能來仿真單片機(jī)實(shí)驗(yàn)、并可以在仿真后使用硬件實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)以取得更直觀、真實(shí)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果[4]。通過“虛實(shí)兩平臺(tái)”的一體化教學(xué)，從而讓學(xué)生掌握單片機(jī)的應(yīng)用方法，特別是對(duì)以后工作中經(jīng)常應(yīng)用的機(jī)電設(shè)備控制應(yīng)用有較深的認(rèn)識(shí)和了解；使本校的單片機(jī)課堂教學(xué)與實(shí)驗(yàn)?zāi)芤蕴摂M仿真、真實(shí)環(huán)境并行的方式進(jìn)行。

3.編程語言

匯編語言具有代碼緊湊、運(yùn)行效率高、可直接對(duì)硬件內(nèi)部進(jìn)行控制，但語句抽象、編程效率低。而如今企業(yè)開發(fā)一般以C語言為主，C語言學(xué)起來比較容易，所以在單片機(jī)編程語言的選擇上選擇以C語言為主，編程語言為輔。

4.教學(xué)內(nèi)容

根據(jù)目前職業(yè)學(xué)校的教學(xué)特點(diǎn)，以就業(yè)為導(dǎo)向，實(shí)現(xiàn)加強(qiáng)素質(zhì)教育、培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的目標(biāo)，在教學(xué)內(nèi)容的安排上，結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)需求，依照“項(xiàng)目導(dǎo)向、任務(wù)驅(qū)動(dòng)、能力培養(yǎng)”的現(xiàn)代職業(yè)教育理念，精選以“調(diào)速風(fēng)扇”等工作任務(wù)，每個(gè)工作任務(wù)均融入單片機(jī)應(yīng)用與調(diào)試崗位所要求的知識(shí)、技能。如在單個(gè)發(fā)光二極管閃爍的項(xiàng)目教學(xué)中，在理論上完全摒棄一般51單片機(jī)教材中的單片機(jī)概述、基礎(chǔ)知識(shí)、51單片機(jī)結(jié)構(gòu)和51單片機(jī)指令系統(tǒng)這樣的傳統(tǒng)框架，而是將課程內(nèi)容進(jìn)行整合，教給學(xué)生如下知識(shí)：數(shù)字電路中發(fā)光二極管亮滅控制、51單片機(jī)P0-P3端口和程序控制發(fā)光二極管亮滅。學(xué)生學(xué)到理論之后，馬上可以用于實(shí)踐、指導(dǎo)實(shí)踐，體現(xiàn)學(xué)中做的理念。實(shí)踐不僅可以促進(jìn)學(xué)生技能水平的提高，而且可以檢驗(yàn)理論、深化理論。因此，在項(xiàng)目制定中，實(shí)踐教學(xué)部分要充分考慮理論知識(shí)的延伸，真正體現(xiàn)做中學(xué)的理念。

5.網(wǎng)絡(luò)資源

互聯(lián)網(wǎng)上單片機(jī)的參考資料很多，學(xué)生可以利用網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行進(jìn)一步學(xué)習(xí)單片機(jī)，還可以通過學(xué)校網(wǎng)站和文件共享的方式，利用網(wǎng)絡(luò)將虛擬仿真的教學(xué)資源向?qū)W生開放，使學(xué)生在課余能運(yùn)用虛擬仿真進(jìn)行課前預(yù)習(xí)、完成課后作業(yè)，并且可以通過它來完成課程設(shè)計(jì)和畢業(yè)設(shè)計(jì)的大部分工作。

6.實(shí)踐創(chuàng)新

通過一段時(shí)間的學(xué)習(xí)，借助學(xué)校技能節(jié)活動(dòng)的開展，組織學(xué)生進(jìn)行綜合應(yīng)用大賽，讓學(xué)生通過開發(fā)一個(gè)完整的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)單片機(jī)的各個(gè)模塊系統(tǒng)地聯(lián)系起來，發(fā)揮大家的實(shí)踐創(chuàng)新能力。

四、結(jié)語

在單片機(jī)教學(xué)中開展教學(xué)做一體化嘗試，打破了傳統(tǒng)的以章節(jié)為主的教學(xué)框架，通過項(xiàng)目教學(xué)整合了課程內(nèi)容，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，實(shí)現(xiàn)了理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)的有機(jī)統(tǒng)一。通過“教、學(xué)、做”一體化的教學(xué)模式提高了教學(xué)效果，切實(shí)培養(yǎng)了學(xué)生專業(yè)技能和職業(yè)素質(zhì)。