单片机教学模式改革

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　　根据传统教学模式，机电工程学院单片机教学所用教材与教学方式与方法都存在很大的缺陷。为了提高单片机的教学质量，在参考了社会上其它院校的单片机教学的基础上，根据自己多年的教学经验，总结出一套单片机的教学模式，并进行了实际尝试，以下是我进行教学改革的一点心得。
　　一、现状
　　作为一所职业院校，根据教学目标与要求，教学的重点是进行大量的实践教学，培养学生的技能与操作能力，理论上够用实用为标准。我院单片机教学一直沿用传统的模式，老师教学困难，认为单片机课程难教，学生没有学单片机的天赋；而学生也认为单片机难学，对其中的内容一知半解，课程学完了还不知道单片机是啥东西，单片机能干什么，更别谈什么进行单片机开发了。为了改变现状，在进行大量学习与参考其它院校与社会单片机学生的经验教训基础上，特别是哈尔滨工业大学郭天祥的教学经验与社会影响震撼了我。一名没有出校门的学生，根据自己学习单片机的经验，进行十天的单片机培训就让学生学会了单片机，比那些所谓的专业教授都受欢迎，郭天祥的教学视频在网上疯传，他开发的单片机教学实验板也以高价出售，现在可以说郭天祥的视频仍然是网上下载量很高的作品。受郭天祥的教学启发，结合职业院校的实际与电气专业与机电一体化专业的培养目标、学生的实际情况，对单片机教学进行了革命性的改革，下面我就我的改革进行一些理论与实践的探讨，欢迎同仁批评指正。
　　1、教材现状
　　我手头有多本单片机教材，几乎各个出版社的都有，翻看其中的内容，大部分都如出一辙。第一部分为基础知识及单片机结构，主要讲计算机和单片机的发展史，以及数制与码制。及单片机的结构和时序。第三部分为单片机的汇编指令系统，51单片机有七种寻址方式， 111条指令，汇编语言指令多、难记忆、可移植性差、可读性差。第四部分为中断系统与定时/计数器。第五部分为存储器的扩展，这一部分现在用到的很少，但几乎每一本书都大讲特讲程序存储器与数据存储器的扩展，另外有些教材还有IO 口的扩展，讲8225a芯片的使用等。
　　2、教学方法现状
　　在教学方法上，过去的单片机教学也存在很大问题。一是在黑板上教同学们编程序，这个程序能不能编译成功，书写有没有错误老师也不知道，因为编译过程要求很严格，即使出现一个标点符号的错误，程序也不能通过编译。二是单片机教学过程中讲结构及原理的多，讲编程的少。三是教学以讲授方法为主，讲解一门实践性很强的课程，没有大量的实践作基础，没有讲练结合，没有接触实际的单片机，没有与实际的电路结合起来，仅仅是纸上谈兵，根本学不会单片机。四是教学与实际脱钩，在教学过程中所举的例子往往没有实际用途，为说明一个语句的使用而举例。
　　3、实验与实训现状
　　 在实验与实训方面，主要存在如下问题。一是实验设备方面落后与老化。二是实验内容，教学内容与实验内容脱节，教学主要讲结构与原理，而实验内容是根据实验器材安排的。教师根据实验指导书上的步骤教学生做一遍，做不成功也不知道错在什么地方。三是教师也对单片机一知半解，教师的实际动手能力也有限，教师按照教材内容在黑板上把课程顺下来还可以，真真拿一个单片机做一个实际的项目能力还欠缺。
　　二、教学大纲与教学目标改革
　　1、分解教学目标。职业院校的特点决定了我们的学生学习应以技能为主，以实际应用为重点，故在理论与实践的关系上，是为实践而学理论，实践中用到那些理论就学习那些理论，对于一些纯粹的理论问题不过分强调。改变实践是为了验证理论的教学观与学习观，让理论为实践服务，根据实践中碰到的问题去学习理论，把理论学习融入实践学习之中。
　　根据电气专业的教学目标与单片机课程的特点，将单片机教学以实践为主线分解为三大部分12分模块。
　　第一部分为基础模块部分，利用很少的时间（一般为一次课），大致过一遍单片机中用到C语言及单片机的外部引脚等，不要求学生听懂，只要求学生有一个印象。第二个部分为基础训练模块，由浅入深学习单片机的输出、输入、单片机的定时与计数、单片机的中断、单片机的串口通讯。第三部分为单片机的应用与综合开发。主要是单片机的最小系统、单片机控制数字液晶显示与图形液晶显示、单片机与I2C总线的接口电路与编程、单片机与实时时针芯片、单片机与AD、DA转换芯片的接口与应用。
　　三、教材内容改革
　　整合了计算机基础、C语言、单片机结构、电子线路等内容。第一章内涵盖所有的基础，不让理论的艰涩阻碍学生学习单片机的热情与兴趣。在教材内容顺序上以实践内容为教材安排的线索，每一个模块形成一个章节，分为理论部分：单片机基础知识、电路基础、C语言基础理论；实践部分：程序设计、编译、调试、下载与功能的完成为重点。讲理论是为了实践，实践中融入理论分析，把所有的理论及电路接口等内容一点一滴地消化在整本教材的各个部分。
　　四、教学改革的理论依据
　　根据职业院校的教育目的与学生特点，结合单片机课程的实际情况，根据郭天祥教学经验与社会反响，在总结自己多年从事职业教育的经验的基础上，提出了一套电气自动化及机电一体化专业的单片机教学模式。1、根据布鲁姆的目标分类的教育理论，对单片机的教学内容进行目标分解。对单片机教学内容目标分类的依据是根据实践技能的难易程度进行目标分解。2、根据皮亚杰的建构主义的教育思想。学习是学生的主动的建构过程，是一次次的“同化”与“顺应”。 3、根据陶行知的知行合一的教育思想，在教学上做到“教、学、做合一”。每一次课都是一个实际的单片机工程设计过程，从工程目标、电路设计、涉及的理论分析、编程编制、编译、下载、调试、验证等。编程都是现场进行（从不先写好后给同学解释），教学过程就是一个“做”的过程，用实际的单片机开发板、通过摄像头让同学看到现场发生的现象。
　　五、教学设备与环境设计
　　一是多媒体投影室，把教师及实验中电路板上出现的现象真实呈现在同学们面前，投影仪可以把教学过程中的教师机电脑屏幕上的第一步都实时传送给同学。二是真实单片机实验板电路。三是一个视频投影仪，把实际发生的情况展现在同学面前，即使教师做的有错误也让学生知道错的原因与必错的方法。四是机房加实验板，学习是学生的主动构建过程，只听教师的现场演练没有亲自动手实践是不可能学会单片机的，学生必须到机房亲自试验，反复演练才能掌握学习内容。
　　六、教学方法设计
　　1、教学做合一。教学过程不是教师的个人表演过程，而是教师完成一个单片机工程的开发全过程，教学过程是做单片机项目的真实过程，有电路分析、有单片机基础分析，有C语言语法、语句、算法等分析。并且把所有过程，一步一步呈现给学生，让学生有现场感、真实感，让学生最后看到我们的最终成果――单片机实验电路板上呈现的现象。整个过程是教师开发了一个单片机工程项目，对事说是做、对教师说是教、对学生说是学，此之谓陶行知先生所说“教学做合一”。
　　2、讲练结合教学法。学生单靠教师在多媒体教室的“教学做合一”的教学过程是根本学不会单片机的，单片机是理论与实践结合的一门学问，必须经过大量的实践活动才能学会单片机，没有经过实际的演练不可能掌握单片机的精髓。我采用一节教学一节机房加实验板的实训方法进行教学安排，让学生把学到的东西马上进行实际练习，使理论与实践结合。今年的单片机教学我又在原来的基础上进行了改革，全部在机房利用实验板进行教学，采用边教学、边练习的方法，让教师的教与学生的学真正做到无缝对接。

　　3、项目驱动教学法。在完成基础模块的教学后，学生的单片机学习就进入到另一个阶段，进行综合实训――做实际的工程。前面的教学与实践都是在单片机实验扳上完成的，这对学生来说仍然不真实，不实在，为了使学生能学生出校门就能搞项目，学生在学校必须经历实际工程的锻炼。让学生做电子表、数字温度计、数字电压表等项目。从画原理图、PCB图、制作电路板、硬件连接。软件程序编制、下载、调试与修改等所有过程都亲自参与。学生不再是学习过程的旁观者，而是整个过程的亲历者，让学生体会到创造的快乐，学习就象玩一样。
　　七、学习方法设计
　　1、听，上课注意听教师讲解，充分理解教师讲的内容。听课是关键，没有继承就没有发展。2、抄，把教师在课堂上所编写的程序抄下来，认真记笔记。抄有两方面的作用，（1）是手脑并用，可以加深学生对教学内容的印象；（2）是为下一步的摹仿打基础，没有抄写出来的程序就不可能进行下一步的学习。3、摹，在机房利用实验板进行摹仿与练习。摹是理论与实践相结合的关键一环，通过摹仿理解教师讲的内容，通过摹仿发现自己编程过程中出现的问题以及解决问题的方法。4、创，在摹仿教师编程的基础上自己根据教师的课后习题编写新的相似的程序反复练习。5、练，鼓励学生自己购买电脑与单片机实验板，课后进行大量的练习，反复实验，鼓励学生每天编10个程序，3个月编写1000个程序就可练就一个单片机高手。
　　八、考试方式改革
　　对单片机的考试方法也进行了改革，不再考试同学是否记住了单片机的发展史，单片机的结构与汇编语言的111条语句，而是考查同学们是否会用单片机实现一个指定的功能。分为两部分，（1）是平时听课及做实验时的表现，根据出勤率等记分；（2）是期末教师出一些考查同学实际动手能力的单片机项目，现场编程、下载、调度与验证，根据学生的实际动手能力强弱打分。不要求同学死记硬背，只要灵活应用，完成教师的任务就给高分，如果能创造性的发挥，还要根据情况加分。把考试变成检验学生能力的一次机会，而不是检查学生背会了多少指令、多少个概念，知道不知道单片机的发展史等内容。关于单片机的考试方法我还在探索中，如果可行的和话，可以采取课下完成的方式交一个单片机的设计新产品。
　　参考文献：
　　1. 郭天祥新概念51单片机C语言教程2009.1
　　2.曹克澄单片机原理及应用2005.1
　　3.陶行知陶行知文集2008.6
　　4.布鲁姆教育目标分类学1986.8
　　5.何克杭建构主义的教学模式、教学方法与教学设计
　　北京师范大学学报 97.5
　　

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