基于“工作过程系统化”的单片机系列课程教学改革探索

摘要：传统单片机系列课程教学重理论、轻实践、考核形式单一，导致学生实践能力、创新能力不够。基于“工作过程系统化”的单片机项目式教学法突破了传统的教学模式，以项目取代章节，将理论知识贯穿于各项目中，开展理实一体化项目教学，强调理论知识与实践技能相结合，融“教、学、做”于一体。教学改革实施以来，学生学习兴趣浓厚，技能训练得到强化，单片机综合开发能力显著提高。

关键词：工作过程系化；理实一体化；项目教学；单片机

一、引言

单片机具有体积小、功耗低、易扩展、控制能力强、性价比高等特点，广泛地应用于智能化家用电器、办公自动化设备、工业自动化控制、智能化仪表、通信产品、汽车电子产品、航空航天国防军事等领域。为了培养企业急需的单片机应用系统开发人员和单片机产品的维护维修人员，全国大中专院校电气自动化专业、应用电子技术专业、通信专业、机电专业等许多专业相继开设了单片机课程。但是，单片机系列课程具有综合性强、覆盖面广等特点，学习起来比较难，尤其是高职高专院校的学生普遍感到学习难度大。即使有些学生，平时学习比较认真，最后考试成绩也比较理想，但等去企业实习或是工作时，发现自己还是什么也不会，这些情况的产生和课程教学内容、教学方法有一定的关系。笔者在教学中不断进行教学改革，探索出基于“工作过程系统化”的教学方法，在单片机系列课程教学中得到较好的应用。

二、课程教学现状

通过调研江苏省数所职业院校，发现目前单片机系列课程教学主要存在如下问题：

第一，在许多学校还是将它作为一门理论课来讲解，整个教学过程中教师比较注重知识的完整性，往往按照课本所述知识全面系统地传授给学生。但由于本门课程的特点，本身所包含的内容十分庞杂，再加上类似于指令系统这样完全要记忆的知识点很多，所以学生学习十分困难，往往会失去学习兴趣。

第二，课程实践环节重视不够，在课程教学过程中不少教师会安排实验，但是由于比较重视理论知识，所以实验课时安排较少，而且大部分实验属于验证性的，只是表明课本所述知识是正确的。

第三，学生创新性思维、创造性设计能力不足，遇到新的问题不知怎么去解决，说明在日常教学过程项目开发训练不够。

第四，课程考试基本上还是笔试闭卷的形式，只能反映学生对课堂讲授的理论知识掌握或是记忆的情况，不能反映学生单片系统综合运用能力。

总之，由于传统课程教学重理论、轻实践、考核形式单一导致学生实践能力、创新能力不够，必须探索课程改革，提高教学效果。

三、基于“工程应用系统化”的教学改革

基于工作过程的理实一体化项目教学法突破了传统的教学模式，改变了传统的三个中心，由以教师为中心转变为以学生为中心，由以课本为中心转变为以“项目”为中心，由以课堂为中心转变为以实践操作为中心，具体的改革措施讨论如下。

1.项目替代章节

培养学生的单片机应用能力，按书本一讲到底不符合高职教育的要求。本课程的教学改革首先要打破章节的局限，以实际的项目为载体进行项目教学，把企业中实际的、常用的项目引入教学中，并且每一个项目都是一个完整的单片机应用系统开发设计过程。在项目教学法中，不同的项目体现不同的单片机应用知识点，用一个一个的项目把整个教学内容贯穿起来。随着项目的不断深入，学生对单片机的认识水平将逐渐提高，应用能力和编程能力也会越来越强。

项目的选择及实现要注重以下几个原则：

（1）由简单到复杂，起初的项目可以非常简单，比如LED点亮与熄灭控制，相对容易实现的项目在学习的初期就容易激发学生的学习兴趣。随着学习的深入，逐渐加大项目难度，到最后变成单片机综合系统的设计。

（2）紧跟单片机发展的主流驱势，比方说单片机存储器扩展，并行扩展这些技术已经基本不在使用，如果将此类项目选为教学内容，势必会加重学生学习负担，学生在走上工作岗位也会感觉到学非所用。项目选择应当将企业一线使用的主流技术引入课堂教学当中，比方说数码管动态显示，数字电子钟，步进电机控制等内容。

（3）对于综合性项目选择，应有利于创新能力的培养，主要是让学生解决未知问题，培养学生独立解决问题的能力，引导其进行创新思考。

2.开发技术突破

单片机技术日新月异，教师在课堂教学过程中应不断更新教学内容，当前迫切要进行的技术革新主要有以下两个方面。

（1）C语言替代汇编语言。汇编程序设计语言具有占用存储空间少，执行速度快，可以实现精确硬件控制，但使用其编写程序、软件系统维护却是十分困难的。同时，对于学生来说完全理解单片机存储体系结构、记住100多条指令也是十分痛苦的。C语言是一种高级程序开发语言，具有编程简单、维护方便、可移植性好、便于结构化程序设计等优点。而且学生学习C语言要比学习汇编语言容易得多，所以引入C语言开发模式是单片机软件开发的必然趋势。

（2）ISP开发模式。传统的开发模式主要有两种，一种是采用仿真器开发模式，这种方式采用仿真器模拟单片机。在这种开发模式下可以任意修改程序，支持单步、中断等多种调试方式，有利于开发过程的快速推进。但是仿真器价格昂贵，且稳定性差，对实验结果有一定的干扰，所以这种方式实际已较少使用。一种方式是采用直接“烧写程序”的方式来进行的，这种方式是将程序编译生成的目标文件直接烧到单片机中，然后再将单片机安装到实验板上，而且这种方式成本较低，但单片机反复拔插较为麻烦，且容易损伤单片机引脚。最理想的开发方式ISP（在线可编程）开发模式，只要在实验板安装ISP接口，再配有专用编程器即可实现在线更改程序的操作。该开发模式具有成本低、稳定可靠、调试维护方便等优点，所以教学过程应将当前流行的开发模式引入到课堂教学中来。

3.理实一体项目式教学

采用理实一体化项目教学有利于克服传统教学以章节为序、重理论、轻实践的教学模式带来的教学困境。理实一体的项目式教学作为一种具有职业教育特色的教学方式，有助于开展基于工作过程的课程开发、优化教学过程，并提高教学质量和效率，改变传统的以验证理论为目的的单片机实验教学，使高职院校能够根据岗位需求和经济发展组织教学。这种项目化教学融教、学、做于一体，是符合高职学生认知规律的教学方法。理实一体化项目式教学实施需要硬件设施完善和软件环境提升，其中包括建立综合性实验室，加强双师型师资队伍建设，以专业职业能力划分教学内容，改革课程考核方式等一些具体措施。

（1）开展理实一体化项目式教学时，整个课程不再分理论课程与实训课程，教师也不再分理论教师与实习教师，课程教学全部在实训室中进行，讲完必要的理论知识立刻进行实践，教、学、做融为一体。因而，要实施这种教学方式，需要具备的基本物质条件之一就是要建设和完善相应的实训室，并且实训室要经常开放。如果现有实验条件不能够满足教学需要可以借助专业软件构建虚拟实验室，目前较为完美的方案是Proteus、Keil、Altium design三个软件组合构建单片机虚拟实验室。

（2）实施理实一体化项目式教学，教师要打破传统的灌输式课堂教学方法和学科型教学体系的教学模式，以真实项目的工作过程、工作情境、专业知识、专业技能等，针对单片机不同部分的应用能力训练，设计出不同的项目和工作任务，将产品生产过程融入项目中。这对教师本身的实践能力和综合素质有着严格的要求。因此，项目教学需要的教师不是纯学者型、教学型的，而是通教学、懂生产、会管理的综合型人才。既要有丰富的专业理论知识，又要有专业实践能力和操作技能，还要有管理经营能力和市场科技信息意识。

（3）实施理实一体化项目式教学要打破传统的以章节为序的教学模式，以专业职业能力将教学内容划分成具体可实施的项目。项目选择及划分应遵循“以职业行为获得知识”的认知规律，充分考虑应用产品开发等工作任务的实用性、典型性、可操作性以及可拓展性等因素，紧密结合自动化及电子工业的发展趋势，依据本专业的职业能力要求精选并序化教学内容。在教学内容的构建过程中，注重情境性、科学性、人本性的平衡与互补，考虑知识点的合理分配和学习能力的循序渐进。

（4）建立“全程考核”的评学模式。为了有效、客观地评估学生在理实一体类课程中的全面表现，需要在课程考核方面建立起一套完善的“全程考核”的评学模式。全程考核和评价学生的学习过程，包括课前资料的收集、工作过程记录单的填写、操作过程的规范性及团队协作、项目的完成情况等。采用提问、观察、评定、实测等方法形式，教师对项目小组评价、教师对学生个人评价与学生自我评价相结合，对学生的专业能力、方法能力和社会能力进行综合评价。

四、基于“工作过程系统化”的教学改革成效

基于“工作过程系统化”单片机系列课程教学改革实施一年多来，学生学习兴趣浓厚，技能训练得到强化，单片机综合开发能力显著提高。

（1）在理实一体化项目教学中，每一项目既相互独立，又紧密相连，循序渐进，在一段教学时间内，只把某一个项目或工作过程作为学习内容。当学生能较快地完成简单项目，并将设计方法扩展到复杂项目时，他们会发现单片机课程“并不难”，进而产生浓厚的学习兴趣。

（2）专业理论学习和技能操作训练进行有机结合，技能训练时间大大增加，学生有较多机会将专业理论知识与实际反复对照、加深理解，主动构建自我的知识体系，实践技能形成较快。技能操作训练与专业理论相对应，紧密衔接，实现了理论与实践的密切结合，理性与感性认识的同步上升。

（3）工作过程系统化理实一体化项目教学，是以企业电子产品作为单片机课程的教学载体，将产品的设计制作过程与单片机的知识点有机结合组织教学内容，同时在单片机系统开发训练过程我们不断引进最新开发模式和最新开发工具，使其紧跟技术前沿。这样的教学模式十分有利于提高学生单片机的综合开发能力。

项目优选帮助学生集中精力，关注实际应用，由简单到复杂，使学生产生了浓厚的学习兴趣；理实一体将专业理论学习和技能训练有机地结合在一起，重在技术应用；以产品为载体，引入先进开发模式，提高了学生单片机系统综合应用能力。

五、结语

传统单片机课程教学重理论、轻实践、考核形式单一导致学生实践能力、创新能力不够。基于“工作过程系统化”的单片机教学，以实际产品为载体的项目替代了单片机课本的章节，引入先进的开发模式和开发工具，开展理实一体化项目教学，强调了理论知识和实践技能的结合，融“教、学、做”于一体。教学改革实施以来，学生学习兴趣浓厚，技能训练得到强化，单片机综合开发能力显著提高。

参考文献：

［1］ 李文华.单片机技术应用与系统开发［M］.大连：大连理工大学出版社，2008.

［2］ 曲卫冬，王亚青.单片机课程理实一体项目式教学的探讨［J］.中国电力教育，2010，（10）：56-57.

［3］ 代慧芳.基于工作过程的单片机项目化教学改革与实践［J］.宿州学院学报，2010，（25）：104-106.