论文部分内容阅读
【摘要】 本文阐述了在开放教育中单片机课程教学的现状，提出了标准化教学改革方案的探索，为提高单片机课程的教学质量提供了新的实践方法。
【关键词】 单片机;标准化;教学改革
【DOI编码】 10.3969/j.issn.1674-4977.2021.03.018
Exploration and Practice of Standardization Teaching Reform of MCU Course in Open Education
MA Jun
（Liaoning Equipment Manufacturing Vocational and Technical College，Shenyang 110161，China）
Abstract： This paper expounds the present situation of MCU course teaching in open education，it proposes the standardization teaching reform program exploration. It provides a new practical method for improving the teaching quality of MCU course.
Key words：MCU;standardization;educational reform
自动化、数字化、智能化、信息化均离不开单片机的应用，开放教育的电类专业普遍开设了《单片机技术》课程。《单片机技术》是一门实践性、工程性很强的技术课程，实施标准化教学直接影响教学效果，同时也影响学生的就业及未来发展。
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，围绕特定項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、Keil C 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] 王紅茹，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.
【作者简介】
马骏（1981-），女，讲师，硕士，研究方向为电气自动化技术、检
测技术的教学和研究。
【关键词】 单片机;标准化;教学改革
【DOI编码】 10.3969/j.issn.1674-4977.2021.03.018
Exploration and Practice of Standardization Teaching Reform of MCU Course in Open Education
MA Jun
（Liaoning Equipment Manufacturing Vocational and Technical College，Shenyang 110161，China）
Abstract： This paper expounds the present situation of MCU course teaching in open education，it proposes the standardization teaching reform program exploration. It provides a new practical method for improving the teaching quality of MCU course.
Key words：MCU;standardization;educational reform
自动化、数字化、智能化、信息化均离不开单片机的应用，开放教育的电类专业普遍开设了《单片机技术》课程。《单片机技术》是一门实践性、工程性很强的技术课程，实施标准化教学直接影响教学效果，同时也影响学生的就业及未来发展。
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，围绕特定項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、Keil C 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] 王紅茹，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.
【作者简介】
马骏（1981-），女，讲师，硕士，研究方向为电气自动化技术、检
测技术的教学和研究。