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作者:admin 更新时间:2018年10月07日 09:08:53

  摘要:针对高等院校单片机课程教学存在的问题进行研究,提出了以项目化教学为主导的教学改革方案,将学生作为主体,充分调动学生的学习兴趣和主观能动性。将单片机相关知识点的学习贯穿于各个项目中,从而提高学生的学习效果。经过实际教学验证,该教学改革模式对学生的学习有较大帮助,提高了学生的单片机实际应用能力。


  关键词:单片机;教学改革;项目化;创新能力;


  作者简介:李冰(1977-),男,河北阜城人,硕士,讲师,主要研究方向为新能源发电控制系统.


  单片机课程是一门理论与实践性均很强的学科,是工科电类专业一门很重要的专业课,把程序设计、微机接口、通信技术等知识综合在一起,属于技术性、工程性、实践性很强的一门课程。该课程作为测控技术与仪器专业的核心课程之一,是高素质复合技能型人才所需自动控制类知识结构的载体,占据着相当重要的地位。


  然而,传统的单片机教学,均是以单片机的结构为主线,注重课程本身的体系结构和前后的逻辑联系,一般先讲单片机的硬件结构,接着是指令系统和程序设计,然后是单片机系统的扩展和各种外围器件的应用,最后再讲一些实例。在这样的教学模式下,学生普遍感到难学,教学效果也不好。


  1传统的单片机教学存在的问题


  1.1课堂教学手法单一


  单片机作为大规模集成电路发展的产物,内部结构复杂,学生在学习过程中看不到内部的各部件,更看不到各部件彼此的联系,因此对单片机内部结构组成的了解仅是通过教师的语言来实现,理解起来非常抽象。初学者对其没有任何感性的认识,在学习过程中,对于相关概念无法产生相应的实物映像,学习中存在非常大的困难。传统的单片机教学,目前采用的教学方式多是在教室内由教师按照教材传授系统的理论知识,先讲授单片机的内部结构,然后讲解单片机的汇编语言指令和程序设计方法,再讲述接口部件和设计实例,教学形式单一,往往使得学生抓不住学习重点,从而丧失了学习单片机的兴趣和热情,造成教学效果越来越差[1]。


  1.2学生学习目标不明确


  单片机是一门应用性、实践性很强的课程,在学习过程中应以应用为目的,而在传统的教学过程中并没有突出这一点,导致学生在学习过程中没有学习目标,教师教什么就学什么,教师让记住什么就记住什么,至于这门课程学习后用来做什么不清楚,学完后学会了什么更不清楚,导致学生纯粹为了学而学。


  1.3学生缺乏真正的动手过程


  学生进行实验时基本是一个集成的实验箱加一本指导书,学生按照指导书根据示意图连接电路,敲入程序,然后观察分析实验运行过程和结果,而对于实验过程中涉及到的原理基本不清楚,造成学生实验结束后仍然对所学内容不甚了解,不能掌握它的基本使用方式,更不能应用到实际工程中进行相关设计。


  1.4考核方式单一


  当前,各同类高等院校中单片机的考核方式仍以笔试为主。而这样的考核形式,并不能全面、客观的衡量学生的真实学习水平,更不能真正考察学生的动手能力和实践能力,与该课程应与实践相结合的要求相差甚远[2]。


  2项目化教学在单片机课程教学过程中的应用


  2.1项目化教学法简介


  “项目教学法”[3]是通过实施一个完整的项目而进行的教学活动,其目的是在课堂教学中把理论与实践教学有机地结合起来,充分发掘学生的创造潜能,提高学生解决实际问题的综合能力。项目教学法的关键是设计和制定一个项目的工作任务。项目教学法主要包括情景设置、操作示范、独立探索、确定项目、协作学习和学习评价等六步。


  2.2项目的选择


  项目化教学以项目为载体,以任务为驱动,将理论与实践相结合,使学生在完成任务的过程中掌握知识和技能,从而提高学习效果和实践能力。因此在教学改革设计过程中,需要选择合适的项目来保证教学改革的效果[4]。选择的项目既能覆盖单片机的相关知识点,又不至于过大增加学生负担,给学生造成心理压力产生畏惧心理导致效果不理想。通过教研室和实验室教师的讨论,针对我校电力特色和学生专业特点,最终确定以一个水箱水位(模拟电厂锅炉汽包)控制系统为项目载体。通过控制水泵的运转实现对水箱水位的控制,可以实现水位的显示、超限控制、水位的精确控制、水温测量等操作,利用通信接口实现与上位机通讯进行数据和控制指令的传输等内容,基本涵盖了单片机学习的主要知识点,包括水位传感器信号输入、A/D转换、外部中断、发光二极管输出、LED显示、LCD显示、串行接口控制、D/A转换等知识点。同时对于学有余力的同学还可将在自动控制原理等课程中学过的控制策略和方法应用到水位控制中来,真正做到理论与实践相结合[5]。


  2.3教学过程的实施步骤


  (1)针对于传统课程体系的单片机结构—指令系统—接口设计体系结构模式,在项目化教学过程中采用项目模块—课题—任务体系结构[6],即将整门课程划分为多个模块,每一模块由多个课题组成,每一课题由一个或多个任务组成,每一任务由任务目标、任务分析、相关知识和任务实施四个相互连贯的部分组成,将单片机的知识点分布于这些任务中,当任务完成后,相关知识点也相应地学习完毕。部分项目及所涉及知识点如表1所示[7]。


  (2)在课堂教学组织方式上,改变原来的教师讲、学生听的模式。每次教学过程均围绕一个任务目标进行各教学环节的组织,以任务目标为主线,结合相应项目对各相关知识点和技能点的进行讲解,引导学生思考并提出相应解决方案,激发学生的主观能动性和创新能力[8]。学生在学习过程中以组(3~5人/组)为单位,每组都要针对任务要求进行分析,并对实现方案、硬件电路、软件功能进行设计。


  (3)将实践教学环节融入课堂教学,学生实践环节以课堂教学任务为对象,利用Proteus仿真软件绘制出电路图,用KeilC软件将针对相应任务设计的程序输入并编译,然后对程序和硬件电路进行仿真调试运行[9]。教师对学生调试过程中的重点、难点、关键点及学生操作过程中存在的问题进行实时点评,并要求学生在已经实现的硬件电路和程序的基础上,进行适当修改以增加或扩展相关功能,培养学生单片机综合应用的设计能力[10]。


  (4)项目化教学模式主要应用在侧重于实践的课程中,因此其考核应该是学生对单片机综合应用能力的考核,侧重于对单片机的软件编程、各硬件模块使用的考核。要达到这种效果,就必须在每一个工作任务完成后针对学生的对知识的掌握程度、设计能力、创新意识进行考核并作为平时成绩。而在结课考试中也要改变一张试卷定成绩的考核办法,而可以采用多种形式,例如可以采用开卷考试,因为对于某些知识没必要死记硬背,学生可以随时查阅各种相关资料,这样可以主要考察学生发现问题和解决问题的能力。


  3结语


  本文针对传统单片机教学过程中存在的不足,提出了将项目化教学方法运用到单片机的教学改革中并付诸实践,将理论学习与实际操作有机的结合在一起,充分调动了学生学习的学习兴趣和积极性,增强了学生的对单片机的综合应用和动手实践操作能力,提高了学生的技术应用水平和创新能力。基于项目化的单片机教学改革,已收到了良好的教学效果。我们还将不断的继续总结教学经验,努力提高学生的创新能力和单片机的综合应用能力。