能力本位的《微控制器的选择及应用》课程的教学内容设计

王琳

[关键词]高职 微控制器 项目化驱动

引言

以单片机为主的微控制器相关课程是电子信息类专业学生的重要专业核心课程，通过这门课程的学习，学生可以掌握以单片机为代表的微控制器的芯片选择、硬件系统构建及软件应用程序编制与调试的相关知识与技能，提高学生的相关职业能力和创新能力，培养学生的团队协作精神，提升学生针对实际问题进行电子设计制作的能力。

一、课程的能力目标分析

目前，衢州职业技术学院的《微控制器的选择及应用》的教学为96学时，其中理论48学时，实践48学时。课程内容涉及面广、应用范围广、综合性强、实践性强。《微控制器的选择及应用》单片机课程教学以理论和实践相结合，课堂教学按照教材内容的编排顺序、相关知识的逻辑关系进行，强化实践，确立重在应用的教学目标，大力培养学生解决实际问题的能力。理论学习以够用为原则，主要引导学生用学过的知识去解决实际问题。

二、确定教学中使用的单片机型号、程序语言、仿真软件及教材

1.关于单片机型号

从1976年9月Intel公司推出MCS—48系列单片机以来，世界上的一些著名的器件公司都纷纷推出各自系列的单片机产品。主要有Intel公司的MCS—48，51，96系列单片机；Motrola公司的MC6801，6805系列单片机；Zilog公司的Z8系列单片机；近年有Atmel公司的AT89系列单片机和Microchip公司的PIC系列单片机等。各种系列的单片机由于其内部功能、单元组成及指令系統的不尽相同，形成了各具特色的系列产品。其中Intel公司生产的MCS系列单片机，综合单片机应用系统的技术性，实用性和要开发性三方面来考虑，目前仍占主导地位。

2.关于编程语言

单片机语言主要有汇编语言和C语言两种。

汇编语言是一种用助记符来表示机器指令的符号语言，是最接近于机器码的一种语言。其主要优点是占用资源少，程序执行效率高。由于它一条指令就对应一条机器码，每一步的执行动作都很清楚，并且程序大小和堆栈调用情况都容易控制，调试起来也比较方便。但是不同的类型的单片机，其汇编语言可能有点差异，所以不易移植。比如你在PICl2CESl8单片机上用汇编语言编了一个程序，到了STC89C51单片机上那可就运行不了，因为他们的指令系统是有区别的，但是作为一位电子工程师，懂得汇编语言就可帮助你了解影响任何语言效率的特殊规定。例如，懂得汇编语言指令就可以使用在片内RAM作变量的优势，因为片外变量需要几条指令才能设置累加器和数据指针进行存取。同样的，当要求使用浮点数和启用函数时也只有具备汇编编程经验才能避免生成庞大的、效率低的程序，对于这方面的编程，没有汇编语言是做不到的。

单片机的C语言是一种编译型程序设计语言，它兼顾了多种高级语言的特点，并具备汇编语言的功能，采用C语言编程有较大的优势：

（1）对单片机的指令系统不要求了解，仅要求对5l的存储器结构有初步了解，至于寄存器分配、不同存储器的寻址及数据类型等细节均由编译器管理，降低了对编程人员的要求。

（2）程序有规范的结构，可分为不同的函数。这种方式可使程序结构化，将可变的选择与特殊操作组合在一起，改善了程序的可读性。

（3）编程及程序调试时间显著缩短，从而提高效率。提供的库包含许多标准子程序，具有较强的数据处理能力，已编好程序可容易的植入新程序，因为它具有方便的模块化编程技术。

单片机c语言作为一种非常方便的语言而得到广泛的支持，c语言程序本身并不依赖于机器硬件系统，基本上不做修改就可根据单片机的不同较快地移植进来。

3.仿真软件

单片机课程内容抽象，教师操作实验开发板时演示效果不太好，学生较难理解，因此，计算机虚拟仿真软件演示起着非常重要的作用。虚拟仿真系统具有以下优势：（1）组织单片机实验的环境简单，只要有电脑即可进行；（2）由于只涉及到软件，不会有硬件损坏的问题，可以避免由于设计错误导致的硬件投入浪费，降低使用成本；（3）绘制原理图、编制程序均在软件上实现，程序执行中各元件的运行状态直观明了，调试方便。因此，在单片机教学中引入Proteus和Keil C编程调试软件，采用多媒体教学方法，能在课堂中完成软件、硬件的调试和系统集成等内容的教学。

4.关于学习教材

关于单片机技术的教材种类繁多，鉴于高职生的学习基础，本科层次或者高职层次的单片机教材是不可取的，教师必须根据学生的实际水平及学校的设备配置，编写或选择一套合适的教材。教材的编写应以课程改革成果为基础，实用为主，采用项目化驱动的教学方式，项目实例多，应用范围广。

三、改革教学模式，提高教学效率

1.采用项目教学法，突出实践

知识必须转化成能力才能体现，它依存于具体情境中，需要在具体的情境中由认知主体对之进行再创造，根据这一理论，反应某一主题的清净综合称为项目，构成项目的每一个情境都蕴含典型工作任务，每个项目重复的是分析步骤，内容并不重复，一些关键的教学内容，如单片机的最小系统，单片机的存储空间，单片机的中断系统，单片机的寻址方式等，在多次强调，在不同任务中强化，在多次应用中升华。

项目教学法，就是以项目为主线，在完成项目的过程中，让学生掌握解决实际问题的知识和技能。在教学过程中，不能单纯以掌握理论知识和通过考试为目的，而应以提高解决问题的能力为最终目标。针对专业特点与岗位需要，精心选择与实际应用密切相关的实训项目，并采用企业标准，将全班学生分成几个小组，各小组自行编写项目实施方案。当学生完成实训项目后，会有强烈的成就感，从而对以后的学习产生浓厚的兴趣；同时，由于对教学成果的衡量采用了更为客观的企业标准，能促进教师不断进行自我学习和提高，紧跟社会需求和行业要求。项目化的教学模式在提高学生的实践动手能力，缩短与社会需求的差距方面具有突出的优点，值得广泛推广与借鉴。

教学中选取了20个不同应用方面的单片机项目，从项目要求、项目设计原理、硬件电路分析、软件设计的思路等方面进行了详细的说明。这对学习者进一步系统地掌握单片机应用系统的设计思想及解决实际问题具有重要的引导作用。

2.利用单片机实验开发板进行教学

实验开发板应用十分方便，目前已经集成了键盘、流水灯和LED显示器等通用外围设备，线路连接简单，可以进行多个基本项目的实训。通过开发板的学习实践，运用项目教学法进行多个项目的操作，能让学生熟悉单片机及其外围设备的硬件知识，系统地掌握单片机P0-P3口、串口通信和中断控制的工作原理。

3.结合多学科进行综合实践。

很多学生在学习了单片机课程后，即使掌握了单片机知识，但还是不能融合其他课程的知识进行综合应用，因此，教师应将其他课程的知识与单片机的相关内容联系起来。比如与Protel课程相结合，要求学生利用Protel设计开发板的PCB图，并制作出PCB开发板，同时自己动手焊接所有的元器件，然后进行系统调试。在此过程中，学生可以享受到自己的劳动成果，更加熟练地掌握Protel知识，更加熟悉元器件之间的硬件连接，对数字电路、模拟电路的工作特点更加了解，对单片机C语言有了更深入的认识，锻炼了各学科的综合实践能力。

4.开放实验室教学

目前，大部分的实验教学是集中式的，学生被动地接受教师布置的验证性的实验内容，在实验课时内无论是否完成，都只有一次机会，这大大挫伤了学生学习的积极性和探究实验结果的热情，更谈不上培养他们的创新能力。在开放实验室，一方面，学生可以有充分的时间完成实验内容，系统地分析和处理实验中出现的问题。另一方面，学生可以根据自己的能力扩展实验内容，这不仅提高了学生的动手能力、分析问题和解决问题的能力，而且培养了学生的创新精神。

5.加强校企合作，开展实践观摩

实践教学不能只停留在校内实验室进行，而应进行校企合作，利用寒暑假组织学生到企业顶岗实习。将企业的优势资源服务于教学，学生能够更直观地感受到单片机知识的实用性以及应用的广泛性。同时，聘请企业专家结合工作实际进行知识讲座，学生可以就自己感兴趣的问题向专家请教，这样能开拓学生视野，提高他们学习的积极性。企业顶岗实习很好地锻炼了学生的沟通能力、团队协作能力以及项目管理能力，为将来的工作打下坚实的基础。

6.积极开展技能竞赛

经常组织技术大比武，积极开展技能竞赛，实行以赛代练、以赛促学，是提高学生学习积极性，锻炼学生实践能力的一大法宝。通过技能竞赛，既能提高学生的实操能力和团队协作能力，在竞赛中学生也能展现良好的精神风貌和高尚的职业素养。

四、实践效果

经过在2012级衢州职业技术学院信息工程学院应用电子专业课程教学中实施《微控制器的选择及应用》新确定的项目化教学，学生能够积极参与设计实施，这样就打破了学生被动接受，教学效果不理想的弊端。实践结果表明：学生考试重视《微控制器的选择及应用》的教学实践，并对实践内容感到实用、由兴趣、积极主动参与，实施效果较好。

[参考文献]

[1]姜大源，《職业教育学研究新论》，北京：教育科学出版社

[2]戴士弘，《职业教育课程改革》，清华大学出版社

[3]戴士弘。《高职教改课程教学设计案例集》，清华大学出版社

（作者单位：衢州职业技术学院信息工程学院 浙江衢州）