單片機教學反思和創(chuàng)新教學方法應用

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摘要:《C語言與單片機》是高職院校重要的專業(yè)課程，但傳統(tǒng)教學過程中存在的理論知識難懂、學習枯燥乏味，實踐教學缺乏創(chuàng)新性，實驗器材短缺，考核機制過于陳舊等問題，無法滿足新時代人才培養(yǎng)要求。因此，本文提出了利用網(wǎng)絡學習平臺提高學生參與率，項目化教學建立分組討論，豐富課外實踐機會，以課帶研等方式為單片機翻轉課堂教學改革提供新思路。

關鍵詞:單片機教學;教學改革;實踐;創(chuàng)新;以課帶研;虛擬仿真

一、緒論

《C語言與單片機》是高職院校電子、機電、計算機專業(yè)的一門重要專業(yè)課程。隨著實踐教學活動創(chuàng)新發(fā)展，傳統(tǒng)的授課模式已經(jīng)明顯不適應新時代的人才培養(yǎng)的目標要求。因此，教師必須積極地探索新的教學方法，采用現(xiàn)代化教學手段，提高教學質量和效率。本文旨在為教師如何進行單片機課堂教學改革提供新思路。

二、課程教學現(xiàn)狀及問題分析

(一)高職院校傳統(tǒng)《C語言與單片機》課的教育現(xiàn)狀

目前開設《C語言與單片機》課程的院校主要為大學本科、高職?？频仍盒５臋C電專業(yè)、自動化控制等專業(yè)。該課程課時量一般為一學期54學時，采用演示法、理實一體等教學方法，理論教學和實操教學課時各占一半。但是《C語言與單片機》課程理論抽象、實踐性強、需要學生掌握的知識點繁多，課堂傳授和學生內(nèi)化很難在有限的學時內(nèi)完成，另外在課程內(nèi)容時間緊迫、實訓任務量大的情況下，單調、枯燥的傳統(tǒng)教學方式不會激發(fā)學生的學習興趣及積極性，學生逐漸跟不上老師的節(jié)奏，嚴重影響了本課程的教學質量和教學效果。

(二)《C語言與單片機》教學過程及存在的問題

教學過程采用項目化教學，每次課完成一個項目，教師首先講解專業(yè)知識，布置課堂任務，學生分組討論得出設計方案、設計程序。然后教師利用編程、仿真軟件演示教學過程，最后學生上機練習。教師在此過程中給予指導，并完成作業(yè)打分、評價。該過程看似安排得充分，但是通過實際教學反饋有以下幾個問題。1．理論知識難懂、學習枯燥乏味。由于大部分學生C語言編程等專業(yè)基礎知識匱乏，有的從未接觸過編程甚至計算機。教師講解內(nèi)容太深太難，理論知識過多，學生難以理解，慢慢會就會失去聽課興趣，干其他事，不僅影響課堂紀律還影響聽課效果。單片機課程體系的特點是，所有知識點相互聯(lián)系相互影響。在既有的課堂教學活動中，由于課程安排的限制，導致學生對于單片機的知識點形成了相互隔離的想法，即表現(xiàn)為學完編程技術忘了程序設計這樣的現(xiàn)狀，最后在展開單片機的實驗操作時，學生表現(xiàn)為操作能力差，無法很好地完成所設定的目標任務。［1］2．實踐教學缺乏創(chuàng)新性?！禖語言與單片機》課程實際上就是一門實踐操作課，然而課堂教學時間緊、任務重，學生缺乏參與性。通過教學發(fā)現(xiàn)，有的項目功能多，程序復雜，教師會花更多時間講解理論及操作知識。留給學生思考時間不夠，學生分組討論很難得出結果，個別基礎差的學生不會參與討論。加之學生對軟件操作不熟悉，畫圖、編程過程中出錯，需要教師指導糾正，整個教學過程的感覺就是老師教得累，學生學得累，時間不夠用。造成教學活動的開展遇到多方面的問題，學生學習積極性有所下降。3．實驗器材短缺，實訓室建設不足。由于該門課用到C語言編程軟件，通過計算機完成仿真，偏向計算機領域。另學校資金投入有限，歷年來該門課程實訓室建設無法滿足上課需要，單片機硬件設備不足且有損壞，連正常的教學演示都無法滿足。一套單片機實驗箱成本高，還要配套PC機、示波器、萬用表等儀器設備，由于許多高校面臨經(jīng)費短缺問題，無法保證學生人手一套。并且，隨著技術不斷發(fā)展、設備老化，需要不斷更新實驗箱［2］。4．考核機制過于陳舊。對于《C語言與單片機》課程考核方式來說，在早期進行考核的時候，教師應用的方法基本上都以筆試為主，這種模式的考察方式極為片面，無法有效了解學生的綜合水平，進而影響了其自身的個人發(fā)展。這也是現(xiàn)階段教學工作存在的主要問題［3］。

三、教學方法改革

(一)項目化教學實施和制定工程實驗

目前，大部分院校的單片機教學采用計算機模擬仿真或開發(fā)板進行，這樣的傳統(tǒng)實踐教學方法使學生被動地去學習，失去了思考、創(chuàng)新的能力，難以激發(fā)學生的主觀能動性，難以使學生獲得真正的收獲，無法適應現(xiàn)如今的教學要求。因此，高校有必要對傳統(tǒng)教學方法進行改革，增加學生自主創(chuàng)新和解決工程實際問題的能力?！敖虒W做一體化”教學模式主要是指在教學活動中，同時實現(xiàn)教、學和實踐三位一體，其根本目的在于改變傳統(tǒng)教學模式的靜態(tài)化發(fā)展，將實驗基地同課堂教學融合在一起，讓學生能夠通過課堂學習掌握到單片機理論知識和實踐探索相互結合［4］。在開展單片機實驗教學時，可以采用分組討論的方式，提高學生參與率，再根據(jù)項目要求設計電路，并用Proteus仿真軟件中畫出電路圖。在軟件編程時，首先畫出程序流程圖;然后利用Keil軟件編寫C語言程序，通過編譯生成單片機可執(zhí)行的Hex文件。最后將Hex文件加載到Proteus仿真電路中的單片機中，進行聯(lián)合調試，驗證是否能滿足項目要求。學生可在AltiumDesigner繪制電路圖生成PCB圖或者利用Proteus直接生成PCB圖。最后讓學生通過萬用表、焊錫以及電烙鐵等工具進行單片機電路焊接，完成整個工程實際開發(fā)過程。

(二)建立分組討論考核制度

要脫離傳統(tǒng)的教學方式，就要圍繞學生開展教學，以學生為本。把學生分成若干學習小組，每個組選出組長，后續(xù)以小組為單位完成項目的實施、展示，便于課程組織管理。每次課在課前給學生分配項目任務，通過網(wǎng)絡、報紙以及期刊論文等渠道收集資料，課中完成設計制作。同時，教師還要為學習小組布置課后任務，讓學生采用發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的學習方法進行討論，不斷深入學習。另外，可以建立一套先小組成員匯報進展情況，后小組匯報的考核機制，對學生的學習情況進行評分。通過分組討論考核方式提高每名學生參與項目的積極性。

(三)加強實訓室建設以賽代練

在實驗設備方面，學校應該加大資金投入，改善辦學條件。采購最新的單片機教學設備，滿足教學要求。同時創(chuàng)辦學生社團，鼓勵學生利用課余時間，進行各種課外實踐活動，通過社團活動培育出基礎知識扎實、有一定動手能力、對單片機感興趣的學生參加校級、省級、國家級大賽。通過各種比賽帶動社團發(fā)展建設，促進學科發(fā)展。不僅可以鍛煉學生的實踐能力，還可以有效地鍛煉學生團隊合作能力，提高創(chuàng)新能力。

(四)增加網(wǎng)絡學習平臺在《C語言與單片機》教學中的應用

除了傳統(tǒng)教學外，還可以利用職教云、慕課、在線直播等網(wǎng)絡學習平臺將《C語言與單片機》的教學內(nèi)容整合。把每一個項目的內(nèi)容和重點難點等知識點制作成微課、短視頻、PPT等學習資料，把這些資料放在網(wǎng)絡學習平臺上供老師和學生學習使用，如遇到難于理解的地方還可以回看微視頻，反復學習。利用職教云網(wǎng)絡學習平臺教學，布置課前預習作業(yè)，課中隨堂練習，課后作業(yè)。并且當堂課就可以看到學習平臺上的完成情況和得分情況、學生的課堂表現(xiàn)。利用網(wǎng)絡學習平臺的優(yōu)勢來輔助教學，不僅可以通過制作微課和短視頻激發(fā)學生學習興趣，同時還可以在日常教學中不斷改進課程內(nèi)容，合理整合與優(yōu)化學習平臺。

(五)以課帶研等創(chuàng)新思維

談到科研課題，不少教師和學生認為自身的專業(yè)知識有限或選題困難等原因不敢參與。為了使廣大師生積極參與到各類科研項目，從心理上克服對科研項目的畏懼，結合本校實際情況，采用“以課帶研，問題即課題，教學即研究”的思路。通過教學發(fā)現(xiàn)存在的問題，以解決問題帶動課題研究創(chuàng)新。也可以收集學生在課程學習中提出的新項目、新想法，鼓勵他們多動手做出成果，作為教師的課題研究參與進來。不僅能提高學生的科研能力，也能提高教師自己的教育教學能力，這種創(chuàng)新思維方法應該被廣大高校推廣。

四、《C語言與單片機》翻轉課堂教學的實證性分析

下面通過倒計時交通燈的項目制作，介紹《C語言與單片機》課程改革的途徑方法。項目要求運用AT89C51單片機的P1口的6個引腳控制12個LED的亮滅，同時利用P2口控制數(shù)碼顯示管計算倒計時。

(一)課前預習

課前教師上傳本次課內(nèi)容至網(wǎng)絡學習平臺并布置課前預習作業(yè)，讓學生了解課程知識點，利用職教云等網(wǎng)絡學習平臺與學生互動，在線解答問題、布置課堂練習，最后總結評價。

(二)硬件設計

課中，根據(jù)項目要求讓學生分組討論，利用計算機Proteus軟件虛擬仿真，進行電路設計。如圖2所示為倒計時交通燈系統(tǒng)的硬件設計圖。

(三)軟件設計

根據(jù)程序流程圖利用Keil編寫C語言程序，選擇Keil環(huán)境下項目文件的“Project”選項，選擇“Optionsfortarget”菜單，勾選“Output”選項卡中“CreateHEXFile”選項。通過Keil軟件編譯源程序，生成Hex文件。最后，在Proteus環(huán)境中加載Hex文件驗證項目結果。若出現(xiàn)錯誤，回到Keil環(huán)境中進行修改，直至運行結果正確為止。

(四)硬件制作

學校購買或學生自行采購本項目所需的元器件材料，學生自己通過萬用表、焊錫以及烙鐵等工具進行單片機電路焊接，完成整個工程項目實際開發(fā)過程。如圖3所示。

五、結語

綜上所述，教學、實驗和實訓三位一體的教學方法改革，基本上解決了以往《C語言與單片機》教學中理論和實踐難以統(tǒng)一的問題。教師在進行授課時，應結合學生實際情況，不斷改進教學方法，優(yōu)化教學內(nèi)容，利用先進教學手段，引導學生們積極思考教學內(nèi)容，提高動手能力的同時增強學習興趣和綜合能力。

參考文獻:

［1］巢春波．“教學做一體化”教學模式在高職單片機教學中的應用［J］．機電教育創(chuàng)新，2019，07:219．

［2］丁莉．Proteus仿真軟件在單片機教學中的應用［J］．教育教學論壇，2019，11(45):256-257．

［3］張俊麗．高職單片機教學改革的實踐探究［J］．計算機產(chǎn)品與流通，2020，07:238．

［4］李媛媛．高職院校三位一體化教學模式探索:以包頭職業(yè)技術學院為例［D］．北京:中央民族大學，2013．

作者:孫東東 楊永春 劉煥海 李震 單位:新疆交通職業(yè)技術學院機電工程學院