单片机理实一体化教学的探索与优化

张守峰

（淮安信息职业技术学院，江苏淮安 223003）

一、引言

《单片机原理与应用课程》在电子、通信、计算机、检测、机电一体化与自动控制等专业占很重要地位。理论知识主要包括单片机结构与引脚功能、存储空间、编程语言、中断与定时器、键盘应用及显示系统等，教学知识点多，定义和概念抽象；实践能力要求综合性强，涉及电路原理图运用、电子元件识别与选择、仿真电路设计和程序设计及调试。

高职学生大多基础知识薄弱，课堂讲授内容接受有限，跟不上教师讲课的节奏，感觉单片机课程难入门，从而导致学习兴趣不高，容易产生厌学情绪，而我国经济模式的发展对高职学生实践能力及创新精神的要求越来越高。针对这种情况，为了提高学生对单片机的学习兴趣与教学效果，教师采取的教学方法从原来的先理论后实验，到模块化教学、项目化教学、工作过程导向教学和理实一体化教学，高职院校根据教学效果不断改进。而理实一体化教学其根本目的是倡导学生为主体，教师引导，结合岗位情况，教、学、做一体化，提高学习兴趣，增强学生理论与实践的融合能力。从我院机电一体化专业单片机理实一体化教学改革情况看，取得了明显效果。

二、理实一体化教学基本条件

（一）教学依据。高职院校单片机教学设计必须以企业要求为依据，结合学生实际情况，运用理实一体化教学模式培养学生的综合能力。根据单片机工作岗位就业描述，要求学生熟悉电子技术、单片机接口电路并看懂原理图，熟悉常用电子、自动化等器件和设备，能够使用Protel等PCB设计软件，能够运用C语言或汇编语言编程调试，有良好自学能力，具有一定技术协调或管理能力，有团队合作精神。

（二）硬件条件。单片机学习实践性很强，理实一体化教学模式把实训室作为教学主要场地，在学习理论的时候随时进行实践操作，两者相互印证，相互加强。因此，良好的硬件配置相当重要，是单片机理实一体化教学模式成功的前提条件。大多高等职业院校班级学生人数40人左右，故实训室面积应不低于60平方米，其中不少于20平方米学生讨论区，放置适当的桌椅供学生理论学习与分组交流讨论，若条件允许，可另外布置单片机相关器件（如各种传感器、常用电子器件与焊接工具及耗材等）和书籍存放区域。为了保证学生独立操作与设备良好率，需配备电脑及对应配套单片机实验综合装置不低于45台；为了尽可能提高理论教学课堂容量，多媒体教学设备应相对齐全。

（三）教师素质。理实一体化教学模式的核心是双师素质的教师，根据高职院校实际情况，平均每两个班至少配置一位双师素质的教师。从理论内容上讲，教师既要熟悉电子技术，又要精通单片机软硬件知识及电路设计与仿真，还要掌握相关通信技术与控制技术；从实践操作上讲，教师要有一定制作PCB板能力，还要能够熟练运用C语言或汇编语言进行单片机编程与调试，更要能够进行常用传感器检测、电机驱动、仪表显示等单片机设计。因此，对单片机课程的教师双师素质要求比较高，综合能力比较强。要建设单片机双师素质的师资队伍，可以从以下几个方面进行，一是传统的“传、帮、带”方式，是最有效而且最可行的年轻教师培养途径；二是组织专业教师到力量雄厚的单片机培训机构进行学习和实际训练，系统地将单片机理论与实践结合；三是加强校外培训，组织专业教师到单片机开发研究公司脱岗工作，参与企业研发，从企业运营角度来提升教师对单片机教学的认识。

（四）教学内容选取。由于单片机课程涉及电子、通信、计算机、自动控制和机电一体化等专业领域，因此除单片机结构、原理和程序设计外，其应用方向又各有侧重点，则对应在教学内容选取上有所差异。我院机电一体化专业教学内容选取如下，熟悉单片机最小应用系统，熟练使用电路设计与仿真软件，掌握中断、定时器、键盘和显示原理，能够设计单片机温度检测与控制系统、步进电机与伺服电机驱动程序、仪器仪表数码管与LCD显示程序、触摸屏控制系统及逆变器控制系统。

三、理实一体化教学实施过程

单片机理实一体化教学方案设计，一般包括教学大纲、授课计划、教学组织、教学考核等，教学过程包括准备与组织、讲解与示范、布置任务、指导和总结几个步骤。

（一）以学生为主体，分组学习，激发学生自学能力与团队合作精神。首先改变学生由注重记忆和理解的应试到以职业应用为核心的学习方向，提高理论知识与实践应用的能力。其次以班级为单位授课形式的最大局限就是难以适应学生的差异性，而现代职业教育要求面向全体，注重创新，强调参与的个体发展，具备团体协作精神。因此一般以宿舍为单位进行分组，自行推选组长，分组学习、实践、交流与讨论。每组大多有笔记本电脑两台，单片机开发板一套，常配万用表、焊接工具及相关材料。在教学过程中，每组独立设计学习单元PPT，轮流进行课堂汇报，培养口语表达能力、逻辑思维能力与优美的仪表仪态，培养独立个体所具有的心智能力和主观能动性。教师讲解单片机学习单元理论知识后，小组交流，鼓励参与，分享个人认识，共同提高。单片机教学不能仅靠教师课堂教学，更需要学生以小组为单位利用开发板实践操作。因此教师布置单元任务后，学生课堂上独立完成电路设计，根据流程图完成简单子程序设计，课下以组长为中心，完成单元任务程序设计和调试。这样既能培养学生独立自主探究式的学习能力，又能培养团队合作精神，让学生真正成为单片机教学的主体，成为教学的主人。事实表明高职毕业生将在企业工作中面临许多新的情况，只有加强学生的主动性，授人以渔，才能为学生的发展提供更强大的动力。

（二）以项目为载体，完成理实一体化的实施。以项目单元任务为驱动，将理论与实践有机结合，使学生在完成单元项目任务的过程中掌握知识和技能。打破教材的章节次序，根据企业岗位能力要求设置项目，把知识点按照单元任务需要整合起来，以最有效的方式达到教学效果的最优化。项目制定应该根据学生接受规律由浅入深，所含理论知识以够用为原则，

表1 单片机理实一体化教学项目设置

实践操作能力以深化为原则。单片机理实一体化中项目设置分为基础项目和专业项目，基础项目面向所有专业学生，面向所有层次学生，注重单片机理论知识学习与基本能力培养；专业项目面向机电一体化类专业学生，培养本专业相关单片机应用能力，项目设计与主要内容如表1所示。以步进电机驱动设计来分析实施的流程，首先教师进行项目任务分析，学生提前查阅的步进电机基础知识以PPT形式汇报，然后分组讨论，进行完善补充。教师对工作原理点评，根据步进电机工作与脉冲关系，分析单片机与步进电机驱动控制关系。讲解整个项目设计，由组长进行分工，分别进行相关原理图解读，电路仿真设计，硬件电路连接，完成子程序流程图设计，步进电机四相四拍驱动设计与调试。最后课下由小组共同完成由键盘控制的步进电机正反转驱动设计，填写项目报告。

（三）以过程考核为主，弱化期末理论考试。单片机传统教学模式的优势在于理论知识的全面，因此考核形式上偏重于期末考试，而理实一体化教学是在传统教学模式基础上发展起来，侧重于应用能力培养。单片机理实一体化教学总评成绩由平时成绩（20%）、过程考核成绩（50%）与期末成绩（30%）构成，平时成绩参照企业日常工作考勤管理制度，对学生迟到、早退、请假及旷课等做相应处理，过程考核成绩由十个单片机项目能力成绩确定，根据项目中电路设计、程序设计与调试完成的效果分为ABC三个档次，期末成绩主要考核理论基础知识。

四、理实一体化教学优化

（一）师资优化。一般高职院校高级职称专业教师数量不足，特别是有较高专业知识与技能的更少。在我院机电一体化单片机理实一体化教学改革中，大约每届10个班级，每班40个学生，任课教师中高级职称且有工厂经历的1人，中级职称4人，企业人员1人，通常在理实一体化项目课堂教学实施过程中，师生比为1:25左右。实践指导中常顾此失彼，不能充分辅导学生，今后将把课堂教学师生比提高到1:15左右。因此从三个方向进行单片机课程师资培养，一是提高单片机专业教师高级职称数目，争取以科研水平的提高带动教学效果；二是增加专业教师企业实践经历与时间，提高创新意识与能力；三是通过“传帮带”方法增加单片机专业教师数目，同时引入1名企业人员作为专职实验员。

（二）教学对象优化。职业院校培养人才是对应企业相应的工作岗位，教学目标和考核标准理应参照企业运营方式，但是两者不可能保持完全一致。这是因为企业产品是单一功能，而高职院校学生需面向不同的企业，各个企业因为产品不同而对员工侧重点要求有所差异；企业产品只有合格与废品，而职业院校考核学生则以等级或分数来衡量。因此，在教学过程中要根据学生实际情况，将来具体岗位要求（如技术研发、设备维护、市场销售、产品生产、质检等），进行分层教学，因材施教。对表现优秀的学生按照技术研发的岗位要求培养，侧重于项目分析与总体设计，程序编写与调试，而其它学生要求掌握单片机理论基础知识，电路设计与仿真，项目PPT设计与汇报。

（三）教学形式优化。不论传统教学模式还是各种改革的教学模式，教学框架基本不会突破理论与实践。而我系单片机理实一体化教学在此基础上，面向技术研发层次，组织单片机学科竞赛，鼓励学生参加单片机相关国家竞赛，申报大学生创新课题，参与教师科研项目，这些都纳入教学考核结果。

五、理实一体化教学总结

单片机理实一体化教学模式最大优点是学生学习的自主性，根据自己的兴趣和能力选择学习方向和展示机会，有效地促进学生创新能力。根据企业不同岗位要求与高职院校实际情况出发，单片机教学中注重基础理论知识，侧重于实践能力培养，采样项目任务，分组分工，改革考核方法，引入学科竞赛、学生创新与科研参与，使不同层次学生都积极参与，同时培养学生的专业能力和团队精神。

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