基于工作过程的单片机课程一体化教学改革与实践

【摘要】根据现代企业对单片机技术人才的职业能力要求，分析了当前高校单片机课程教学存在的问题。依照企业工作过程，研究了一种基于工作过程的单片机课程一体化教学模式，并详细阐述了这种教学模式在单片机课程的实施。实践表明，这种新教学模式，培养了学生职业能力，适应了现代企业对人才培养的需求。

【关键词】工作工程；一体化教学；单片机课程

1.引言

单片机是一种常用的嵌入式微控器，由其构成的计算机系统，在工业生产、日常生活的电子电气设备中有着广泛的应用，并随着技术的进步在不断地发展。在高等学校中，单片机课程是应用电子、自动化、机电一体化等多个专业的专业必修课，是培养单片机应用以及嵌入式技术的重点课程，也训练学生综合能力的核心课程。对于想从事电子信息类专业工作的学生，学习单片机是学习ARM、DSP等高性能微处理器的必经阶段，学好单片机既能为低端微控器应用打下坚实基础，又将为学好高端微处理器做好准备。

同时，现代企业与电子电气信息类相关的岗位招聘，大都要求从业者具有良好的单片机技术综合应用能力，包括软件编程、硬件设计以及综合调试等能力。并且随着单片机技术的发展，企业对从事单片机应用技术的应聘者能力要求越来越高。这就要求单片机课程教学应适应企业人才发展要求。在高校中，特别是高等职业院校，探索和研究单片机课程新型教学模式是适应我国产业调整、技术升级和经济发展对单片机应用技术人才培养需求的必然要求。

2.单片机教学现状

单片机课程教学是理论性和实践性相互融合、相互促进的复杂过程，它是以培养学生的工程实践，技术创新和团队协作等职业能力为目标的[1]。目前，单片机课程教学远远不能满足现代企业对单片机技术人才的要求，突显了教学过程中的诸多问题。

（1）理论教学形式单一，理论与实践分离。跟据笔者调研，当前大多数高校单片机教学采取的模式为按照知识体系讲解。此种教学模式，能够使学生了解单片机内部结构，理解指令执行过程，建立知识体系，但学生普遍感觉内容枯燥无味，知识点难以理解，缺乏具体实践锻炼，导致多数学生失去兴趣。在实践教学上，通常大都采取课先理论后实践，理论多实践少，理论和实践分别由不同教师教授，实践和理论脱离。

（2）实践内容、方法滞后企业生产需求。大多数的单片机教学仍以汇编语言为核心进行讲授，实践手段以试验箱、集成学习板为平台进行。以汇编语言为核心的程序设计早已不适应现代产单片机开发设计高效率的要求。教学实验设备的集成化，使学生忽视了单片机技术应用能力要求的硬件设计。实践教学环境与企业工作环境相差较大，学生面临学无所用的境地。

（3）学生学习方式不当。知识点死记硬背，缺乏灵活应用。软硬件设计照猫画虎，注重结果，忽视过程，缺乏分析问题、解决问题的环节。

（4）课程考查评价方式落后。单片机课程考核评价方式主要以卷面成绩为主，严重忽视了单片机课程的应用性，也使学生在思想中形成只要掌握知识点就掌握了单片机技术的错误观念。

由于以上问题的存在，学生普遍反映单片机知识点琐碎，概念抽象、编程难，硬件设计无从着手等。教师感到教学效果不理想。因此，研究适应现代企业发展需求的单片机课程教学模式迫在眉睫。

3.基于工作过程的单片机一体化教学模式探讨

在企业生产中，工作过程是为完成一项工作任务并获得工作成果而进行的一个完整的工作程序[2]。

为适应企业人才的需要，职业教育研究专家提出了基于工作过程的教学模式。基于工作过程的一体化教学就是构建一种学校教学环境与企业工作环境深度吻合的教学效果，是教学内容与工作内容一体化，是教学方法与工作方法一体化，是教学场景与工作场景一体化，是“教、学、做、研”的融合。

基于工作过程的单片机课程一体化教学模式是以职业能力培养为目标，以教学计划为先导，以项目教学[3]为载体，以教学方法为途径，“教、学、做、研”深度融合、相互促进的综合教学过程，打破了传统的单片机课程教学环境和模式。

教学计划是整个教学的关键环节，教师在制定计划时要围绕单片机课程目标，又要充分考虑高职学生的知识水平和能力，对教学内容进行优化整合。

将单片机课程知识体系划分为多个工作项目，知识点以项目作为载体，贯穿教学过程。项目制定由浅入深，由易到难，有简单到复杂。相关理论知识讲解以完成项目任务为原则，并在满足大多数学生学习的基础上加以深化扩展。项目实施可以分为三个阶段。

（1）基础阶段：以单片机内部资源为核心的验证性项目。重点掌握I/O口、定时器/计数器、中断系统、并行接口、串行接口的工作原理及使用方法等重要知识点。

（2）研究型阶段：通过相关项目任务，重点掌握1602、12864液晶显示、AD/DA转换、RAM/ROM扩展、8255A扩展、TWI/SPI总线等单片机接口技术，激发学生自我学习的潜能。

（3）创新型阶段：该类阶段通常为简单的综合项目，重点解决学生学习过程中发现的问题，培养学生分析问题、解决问题以及研究问题的能力，并引导学生自由发挥，实现创新。

表1

项目任务 使用DS18B20数字温度传感器设计温度采集系统

项目目标 通过本项目，利用数字温度传感器和1600LCD完成一个基于AT89S52单片机的温度采集系统，已达到以下要求。

（1）熟悉芯片手册使用方法。

（2）巩固1602液晶显示编程方法。

（3）掌握“1-Wire”C语言程序实现方法。

（4）实现综合调试。

教学设备 硬件：电脑，自制形式主义式单片机实验平台，温度传感器DS18B20等。

软件：Keil uVision4，Proteus以及AltiumDesigner软件。

完成结果 形成报告文档，包括：原理图，PCB图，C51程序文档，设计流程图。仿真演示以及实物演示等。

项目拓展 声光报警，多路温度采集，串口通讯。

知识讲解采取行至有效的教学方法。制作生动形象的多媒体课件；在教学过程中，采用计算机辅助教学和实物演示相结合；用文字、图像、声音等多种信息表达形式；将学生分组讨论和实践等。多种教学手段的恰当运用，丰富了单片机课程的教学过程，提高了教师的教学效率，增强了学生的学习积极性。

整个教学过程，学生实践为主，教师指导为辅，突出学生学习、探究自主性，在“教、做、学、研”中提高能力。

4.基于工作过程的单片机一体化教学实践

下面以单片机课程教学中研究型阶段的一个项目为例，如表1所示，来介绍下基于工作过程的单片机课程一体化教学实践。

整个教学流程如下：

课前任务：布置资料查找任务。让学生利用现有网络查找BS18B20芯片手册，以及相关的编程实例，并圈定预习的重点，让学生自主学习。

教学过程：整个教学过程包括教师的教与演示和学生的学与做。

（1）教师工作：

①项目介绍。将整个项目的任务、目标以及完成结果做详细地介绍，使学生明白项目的要求。

②结果演示。教师利用Proteus仿真或开发平台综合演示项目结果，激发学生的兴趣和求知欲。

③相关知识讲解。对于程序设计，结合芯片手册，教师利用多种教学手段重点讲解“1-Wire”的编程方法，并在keil软件用C语言实现。对于硬件设计，结合芯片手册，可以利用Proteus仿真搭建，也可以在自制的单片机实验平台上快速搭建，并讲解硬件设计的原则和方法。

④教师进行完成项目方案指导。

（2）学生工作：教师完成工作之后，学生按已定分组开始项目的实践。学生组内自定分工，确定方案，制定单片机设计流程，依次完成原理图、PCB设计、硬件搭建和软件编程以及综合调试。教师则巡回检视，对于共性问题及时讲解，对于个性问题分别指导。鼓励学生深入探究，对于完成好的，教师鼓励其设计进行深化和扩展。

（3）考核评价：项目的考核和评价采用自我评价，小组互评和教师点评相结合，以学生自我评价为主，小组内学生互评为辅，教师在评价过程中起引导的作用。以项目成果展示，任务完成情况，团队合作等方面做出综合评价。

教学过程与企业工作过程高度吻合，“教、学、做、研”深度融合，突出了学生的自主学习、自主探究的主体地位，体现了单片机应用技术的工作过程，培养了学生综合能力。

5.结语

通过基于工作过程的一体化教学模式在我院单片机课程教学过程中的实践，学生改变以往的对单片机课程的厌学状态，课内外积极投入，很多学生设计出功能实用、思想新颖的单片机产品。培养的毕业生在企业实际工作中的能力表现也得到认可。表明：这种教学模式，激发了学生的浓厚学习兴趣，明确了学生学习任务的现实目标，培养了学生自主学习的习惯，锻炼了学生职业能力，增强了课堂教学效果。

参考文献

[1]葛广军，王羲，董燕飞.强化三个能力培养的《单片机》[M].课程教学研究[J].科技广场，2011，1：231-233.

[2]姜大源.世界职业教育课程改革的基本走势及其启示——职业教育课程开发漫谈[J].中国职业技术教育，2008（27）.

[3]李雪.基于Proteus的单片机项目式教学设计与实施[J].软件导刊，2010，7（9）：187-189.

作者简介：贾红宾（1980—），男，硕士，助教，主要研究方向：嵌入式系统及其教学等。