汽车专业“教学做”合一单片机教学实践研究

陈新芬++王林艳

摘 要：该文以该院14级汽车专业学生为教学研究对象，对单片机课程如何展开具体教学实践进行了初步探索。教学内容以51单片机作为学习芯片，基本采用C51语言进行编程开发。该文中研究了教学内容的处理方法。在教学过程中突出强调“教学做”合一实践教学模式，理论教学与实践教学有机融合。该文在教学实践环节的具体展开过程中，就6个方面进行了细致探讨。该文对汽车专业的单片机教学实践研究也只是进行了非常浅显的探索，希望能够为读者提供参考价值。

关键词：51单片机 “教学做”合一 汽车专业 实践

中图分类号：TP368.1-4；G712 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）10（c）-0126-03

随着单片机技术在汽车领域的广泛应用，汽车技术与微机系统的融合给汽车的结构和性能带来了革命性的变化。从汽车发动机的燃油喷射、点火装置、进气与怠速控制、尾气排放、故障自诊断到汽车底盘的传动与行驶、转向与制动等，普遍都采用了单片机控制系统。车载智能控制系统的大量应用，使汽车的动力性、安全性、舒适性、经济性都得到了显著的提高。单片机技术在汽车工程领域的地位越来越重要，未来的汽车竞争，趋向于单片机技术的竞争。因此，汽车相关专业的毕业生了解和掌握一定的单片机基础知识及编程技能成为一种必要。

1 学情分析

1.1 有利情况

该院汽车专业的学生偏向于汽车运用与维修方向，2013年开始招生，目前只有一届毕业生。课程《单片机原理与应用》在2014级汽车运用与维修专业的第四个学期首次开展教学，总共60学时。研究2014级汽车专业的学生在前面三个学期以及包括本课程学期在内所学课程可以看出，学生有一定的电工电子技术基础以及汽车电子电器控制技术基础。所以，汽车专业的学生在学习单片机应用课程时，对单片机外围电路中的模数电及电器控制，部分电路驱动芯片工作原理等有关知识应该是有所了解的。

1.2 存在困难

我院汽车专业的学生在学习单片机之前，没有学习过程序设计类的语言课程，学生的编程是零基础。要想在60学时这么短暂的时间里，让完全没有语言基础的学生学习单片机，对任课教师顺利展开教学是一个挑战。

2 教改总体思路

教学内容以51单片机作为学习芯片，因为现在用的较多的是51单片机，它的资料比较全，用的人也很多，市场也很大，车载智能控制中的主芯片里有不少用的都是51型号的单片机。编程语言基本采用C51进行讲解。从我院汽车专业的学生编程是零基础的情况下，在有限的教学时间内，采用C51进行编程，可以有效降低C51的进入门槛。编程软件采用目前比较通用的Keil C51编程软件。

课程内容进行单元化、项目化处理，以单片机内部资源的功能应用为核心，以项目案例为载体，以接口电路和软件编程为主线，以应用开发能力培养为目标，构建教学内容体系。在教学过程中实现“教学做”合一实践教学模式，理论教学与实践教学有机融合。在教学内容处理上，打破教材章节界限，以实验开发板上各个项目内容为载体，合理分配知识点，考虑学习能力的循序渐进，在具体的项目任务中体现理论知识和重点内容，增强感性认识，培养应用开发思维。在时间安排上理论教学与实践教学穿插进行。学生将开发板带到机房进行上课，空间上实现教室与实验室合为一体，做到边教边学边做。教学过程始终体现“教学做”合一的教学实践模式，充分发挥学生实践动手能力强的优势，在实践中掌握关键理论知识。在教学实践展开过程中，多种教学手段灵活结合，教师引导学生在课堂学习实践过程中，遇到问题及时查阅相关资料，培养学生自主解决问题的行为习惯。

3 教学实践设计

3.1 教学目标设计

经过教改实践，使得汽车专业单片机课程教学形式更加符合我院学生实际。学生掌握基本的51单片机内部资源工作原理与开发应用，掌握一种编程开发语言和对应的编程开发软件工具的使用，能够实现简单的Proteus仿真设计与调试。经过“教学做”合一教学实践锻炼，充分激发汽车专业学生对单片机应用系统设计开发的兴趣，养成学生自主分析问题、资料查找、解决问题、通力合作的能力。

3.2 教学项目设置

根據学生学情和专业特点，实施教学做一体化项目式教学，促进理论教学与实践教学的融合。以项目的学习展开过程为主线，合理分配课程的知识点，将课程需要讲解的理论知识和重点内容融合到具体的项目设计中。考虑到学习过程是一个由易到难，知识点的掌握是一个循序渐进的过程，时间上合理安排各个项目内容的教学顺序。实施的部分项目见表1。

3.3 “教学做”合一教学实践

课程的教学地点选择在专业机房，里面已经安装了Keil C51编程开发软件、Proteus仿真软件以及PC机与单片机的串口通信驱动软件。上课机房有专业的极域教师机软件，可以实现教师的屏幕广播，教师在具体进行屏幕操作的时候，学生电脑屏幕端可以看到教师的屏幕，同时也可以实现学生的演示操作，演示给教师一个人看，或者是演示给全班同学观看。学期初，教师将学生两人一组分组，让学生按组领取单片机实验开发板。随着开发板下发的还有整个学期的教学项目中部分基础C51程序，以及实验开发板硬件电路的电路图连线资料、单片机硬件系统介绍资料以及C51语言开发资料。每次学生上课，都是带着实验开发板和相关的电子资料来专业机房上课，下课时将开发板随身带走自行保管好，实验开发板将跟随学生一个学期，到期末课程结束时，交还给教师。

学生在没有编程语言基础的情况下，任课教师从预备的教学项目中，选择最基本的单片机应用开发入门的项目来开始课程的教学：点亮一个LED灯。教师在课堂上带领学生完成实验开发板软、硬件连线以及与电脑的连接，将第一个项目的软件编写操作过程实时广播到学生屏幕上。通过实时编程软件的操作过程，学生对编程软件的操作有了一个大概的宏观印象：如何建立工程文件，如何编写程序代码以及对工程文件进行参数设置，最后完成调试生成单片机可执行代码。

教师完成操作演示之后，让学生自行在开发板上依照教师的操作步骤，完成第一个项目的第一个子任务的全部操作。学生在完成基本程序录入，看到开发板上相关的实验现象后，立刻对课程产生了一定的兴趣。在有一定兴趣的基础上，教师对程序代码展开详细的知识点介绍，让学生了解一个简单的单片机应用是软硬件的结合，在了解硬件电路结构特点以及单片机相关资源的硬件结构的基础上，进一步了解软件的编程。单片机应用系统的软硬件知识点的介绍，需要参看一部分资料，教师提醒学生查看手中相关电子资料。

在学期前期，教师带领学生阅读研究项目代码，熟悉项目硬件结构及接线，训练学生软硬件结合开发项目、熟悉C51编程和资料查找的行为能力。在项目的展开过程中，对部分子任务，教师在已有功能的基础上稍作要求修改，让学生作为学习的主体，边学变做，完成程序改编、硬件连线、调试与下载，在开发板上完成项目内容，实现相关实验效果。教师在课堂上来回走动，分组指导教学，在指导的过程中，教师对学生普遍出现的问题进行课堂集中广播讲解，针对个别问题，进行个别指导。教师在教学的过程中，把握好知识点的宏观主线，拣主要的知识点讲解，其余比较琐碎的知识点，让学生自行查找资料阅读理解，并进行动手实践分析，加深理解。随着教学进度的深入，要求学生自行完成的设计部分内容越来越多。学生变被动学习为积极主动探索和思考，教师不用再为有限的课时安排和讲不完众多的知识点而发愁，教学效果非常明显。

3.4 资料查找

学生在完成教学实践项目的过程中，对教师布置的要求有改动过的项目设计，肯定存在编程基础知识和单片机内部资源应用知识不清楚的情况。教师提醒学生带着问题查阅单片机教材或者是网络资源，自学预习相关理论知识，达到自学能力的训练目的。学生在进行问题分析和资料查找的过程中，自然养成一定的解决问题能力。

这里以项目2中的第二个子任务为例，简单介绍一下如何实现项目改动以及学生动手实践训练：子任务中要求单片机P2口控制的8盏共阳极LED灯实现左循环轮流依次点亮。

在学生完成子任务的基础上，进行适当要求改动，原程序的循环左移是用运算来实现的，现在要求学生通过调用Keil C51编译器里的库函数_cror_（ ）来实现LED灯的循环右移动。学生在完成改动项目的过程中，通过资料查找，自然对单片机的I/O口电平输出控制、发光二极管的硬件结构、Keil C51软件库函数调用以及用户延时子函数的编写更进一步加深理解。

3.5 Proteus仿真教学

实验开发板上所有的实验项目硬件电路的连线是非常清楚的，学生在学习软件编程的同时，学习硬件电路的结构，但是开发板上大部分的实践项目硬件电路部分都是预先做好的，学生在学习的时候，对硬件电路设计中的元器件选型，硬件电路具体连线训练程度还是有所欠缺。学生需要了解更多的硬件电路设计方面的知识，所以在学期的中后期可以适介绍Proteus仿真软件的使用。教师可以布置一部分训练项目，以作业的形式布置给学生，要求学生自行完成仿真训练内容并提交给教师。

3.6 集中实践项目训练

教學中学生使用的实验开发板具有扩展功能，学生可以另外购买元器件，完成较为综合性的训练项目。所以在课程的集中实践环节中，可以选择一个典型的、难度适中、测量内容较全面的一个实践任务，围绕该典型系统设计锻炼学生电路设计知识及测量技术，并让学生完成从原理分析、方案设计、元器件选用、电路设计、程序编制、组装、焊接等各个环节的训练。例如，开发板上可以实现的拓展综合训练项目有： 温感温控继电器动作，红外发射和接收控制继电器动作，十字路口带倒计时功能的交通信号灯系统等训练项目。让学生从这些项目中选择一个自己感兴趣的项目作为实践课题。学生在经历这样一个系统设计的全过程后，职业能力将有一个很大的提高。

4 教学考核设计

课程考核分两部分组成：期末试卷+实验考试。其中期末试卷由试卷库随机抽卷，客观考察学生单片机应用开发的理论知识掌握情况。实验考试一般安排在期末试卷之前，单独安排时间，对学生的实践操作技能进行考核。实验考试时，教师准备好一定量的实验考试题目，学生一人一组，分批次进入考场进行考试，每批次考场学生数控制在15人以内比较适宜，进入考场后学生随机抽签决定需要完成什么题目。实验考试环节要求学生能够根据考题要求，完成实验原理分析，单片机应用系统原理框图绘制，软件流程图绘制，具体程序代码编写及调试录入。实验考试分数中还有一项，学生平时课堂完成的各个项目的一个综合平时成绩的判定。

5 结语

汽车专业单片机课程的教学目前来说还没有非常经典的教学模式可循，在教学内容的设计和教学实践的展开等方面，各个高职院校都在积极探索。笔者认为单片机智能控制在汽车专业中越来越重要的行业背景下，任课教师只有不断学习了解最新的行业动态，才能把握教学的宏观设计。该文对汽车专业的单片机教学实践研究也只是进行了非常浅显的探索，希望能够为读者提供参考价值。

参考文献

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