基于1344和PTP模式的單片機原理與應用課程的教學創(chuàng)新研究

任豐蘭

常德職業(yè)技術學院 湖南常德 415000

單片機原理與應用[1]是高職院校機電一體化技術專業(yè)的一門專業(yè)核心課程，是一門理論和實踐性很強的學科，它的特點是：邏輯性強、抽象、難懂，很多學生在學的時候都感覺枯燥乏味。如果沿用傳統(tǒng)的教學模式[2]，學生聽不懂，會感覺課程枯燥無味化。針對以上問題，以常德職業(yè)技術學院機電一體化技術專業(yè)2013級的兩個班的學生為研究對象，結(jié)合單片機原理與應用[1]課程的特點，引入了“1344”[3]和“PTP”的教學理念，進行了基于“1344”和“PTP”教學模式的課程改革[4]，把專業(yè)知識、能力、素質(zhì)等培養(yǎng)目標融入教學過程中[5,6]，激發(fā)學生學習的自主性和積極性，大大提高了學生的學習興趣和教學效果。

1 “1344”和“PTP”的教學模式

“1344”和“PTP”的教學模式是以1條主線即單片機最小開發(fā)系統(tǒng)主線出發(fā)，結(jié)合3個典型項目、4個模塊理論教學(包括軟、硬件知識)和4個實踐應用模塊讓學生對單片機的最對單小開發(fā)系統(tǒng)進行焊接實踐(Practice實踐)，形成片機最小開發(fā)系統(tǒng)的感性認知能力，提起學生對這門課程的興趣，再通過對單片機最小開發(fā)系統(tǒng)中硬件結(jié)構和軟件編程的理論教學(理論Theory)解決學生在感性認知中存在的問題，最后以Proteus軟件和Keil C 軟件的模擬仿真對整個開發(fā)系統(tǒng)進行調(diào)試和運用(再實踐Practice)的教學模式，把感性的認識和理性認識相結(jié)合，把枯燥的知識融入實物之中，極大地提高了學生的學習興趣。

2 基于“1344”和“PTP”模式的單片機原理與應用課程的教學實現(xiàn)

2.1 “1344”和“PTP”模式課程整體的設計

“1344”和“PTP”模式的單片機原理與應用課程整體設計是以“單片機最小開發(fā)系統(tǒng)”為主線，選擇了3個典型項目、4個模塊理論教學、4個模塊應用作為教學內(nèi)容(“1344”)，將相關的概念和原理等知識貫穿其中，通過“實踐→理論→再實踐”(“PTP”)的方法將理論與實踐相結(jié)合，提高學生學習的積極性和主動性，以保證學生可持續(xù)發(fā)展能力的培養(yǎng)，達到知識掌握的目的。課程的整體內(nèi)容設計如表1所示。

表1 “1344”和“PTP”模式的課程整體內(nèi)容設計

2.2 “1344”和“PTP”模式的教學實施

“1344”和“PTP”模式的教學實施如表2所示。它把抽象的、純粹的單片機的硬件知識與實物進行結(jié)合，提高了學生對知識的理解能力和學習興趣；把對以前那種先講解枯燥的指令的教學方式進行改革，把單片機的指令講解融入程序中，讓學生把抽象變成具體，從而提高了學生的興趣，提高了學生的學習效果。最后結(jié)合Keil C 軟件和Proteus軟件進行程序的調(diào)試(再實踐)，利用做好的單片機最小開發(fā)系統(tǒng)把4個模塊進行運用，把硬件和軟件進行結(jié)合，直接檢驗編程的對錯，看到直觀的編程效果，使學生理論聯(lián)系實際，提高學生的動手和分析的能力。如在講解循環(huán)彩燈、跑馬燈硬件電路模塊時，讓學生把焊接好的單片機最小開發(fā)系統(tǒng)拿出來，并與這一模塊的硬件進行對應，用Proteus軟件對電路圖進行繪制，把這一模塊的元器件組成、作用和工作原理進行講解，再啟發(fā)學生說出這一模塊的作用，把抽象與具體進行了結(jié)合，增加了學生的學習興趣。在講解這一模塊的程序編制的時候，采用案例式等教學方法，把單片機與計算機進行比較，啟發(fā)學生硬件在運行的時候需要用軟件進行支撐，并結(jié)合硬件把這一模塊的程序思維進行思考，一步步把程序語句、指令進行運用，達到編程的目的。

2.3 “1344”和“PTP”模式下的教學方法

在單片機原理與應用課程項目教學授課體系中，堅持“以學生為主體，以教師為主導”的原則，在教學中，采用實物和引導文、比較式、理—實一體、案例式等教學方法。針對不同的項目采用不同的教學方法，以項目一的單片機最小開發(fā)系統(tǒng)的制作為例，采用實物教學和引導為教學方法，先用一個已經(jīng)做好的最小開發(fā)系統(tǒng)為模型進行演示，讓學生明確單片機最小開發(fā)系統(tǒng)的結(jié)構和工作原理、安裝要求，然后學生制訂具體的工作計劃，依據(jù)引導文件進行硬件結(jié)構的設計，學生依據(jù)引導文件進行單片機最小系統(tǒng)的焊接安裝、檢測，檢測完后讓學生進行交流，做自評和互評，整理文檔和環(huán)境，最后教師根據(jù)學生做的情況進行總評。這樣學生的實踐性和獨立工作能力得到了提高和加強，同時加強了學生的團隊意識和團隊協(xié)作精神，為以后的工作奠定了基礎。

3 基于“1344”和“PTP”的教學模式與傳統(tǒng)教學模式的對比

在為期1個學期的教學過程中，學院機電大專2013級的2個班進行了實踐，機電1301班采用的是傳統(tǒng)的教學方法，機電1302班采用的是基于“1344”和“PTP”教學方法，教程選用的都是李全利主編的《單片機原理及應用技術》，并對教學過程和教學效果進行了比較。

3.1 教學過程比較

3.1.1 傳統(tǒng)的教學模式教學過程

在機電1301班中的教學中采用的是傳統(tǒng)的教學方法：基本上都是理論的教學模式，采用多媒體和黑板結(jié)合，按照書上的目錄從緒論、80C51結(jié)構和原理、80C51指令系統(tǒng)、80C51的匯編程序設計、80C51的中斷系統(tǒng)及其定時器/計算器、串口、單片機的擴展、應用等進行教學，即把硬件知識、軟件知識、應用進行講解。

3.1.2 “1344”和“PTP”的模式教學過程

在機電1302班采用的是基于“1344”和“PTP”的教學模式，沒有按書上的順序進行講解，而是分為四步走。

第一步：先把已經(jīng)做好的一個包括4個模塊的最小系統(tǒng)展示給學生，告訴學生這就是最小開發(fā)系統(tǒng)，然后讓學生進行模仿制作(焊接實踐)，讓學生對單片機的基本的硬件部分形成感性認識。

第二步：進行硬件理論教學，在講解中采用的是以單片機最小開發(fā)系統(tǒng)為主線，以3個典型項目、4個模塊的硬件與最小系統(tǒng)進行結(jié)合，實現(xiàn)對單片機的結(jié)構和原理、串口、擴展等知識進行融合，并與第一步做好的實物進行展示，同時采用Proteus軟件把4個模塊的硬件進行了繪制，把實物、模擬進行了結(jié)合，把純粹的硬件知識由抽象變成了具體，把本來枯燥的課堂變得生動起來。

第三步：把4個模塊的軟件理論教學與純粹的指令系統(tǒng)、匯編程序設計進行了融合，使得在講解指令和程序過程中不只是講解指令和程序，而是為了實現(xiàn)4個模塊的程序的講解，并與利用Keil C軟件進行了結(jié)合。

第四步：把第二步和第三步做好的4個模塊的Proteus和Keil C軟件進行聯(lián)合仿真，把軟硬件進行結(jié)合，并對實物進行應用，實現(xiàn)再實踐的過程。

3.2 教學效果比較

3.2.1 硬件教學效果比較

傳統(tǒng)教學模式與“1344”和“PTP”的教學模式相比較如圖1所示。

圖1 傳統(tǒng)教學模式、“1344”和“PTP”教學模式比較圖

在機電1301班先把80C51的結(jié)構原理進行闡述，再講中斷系統(tǒng)和定時/計數(shù)器，然后才講串口、擴展，雖然是按書上的順序進行講解的，同時用了Proteus軟件對書上的電路圖進行繪制。而在機電1302班講硬件時，如在講解循環(huán)彩燈、跑馬燈硬件電路模塊時，讓學生把焊接好的單片機最小開發(fā)系統(tǒng)拿出來，并與這一模塊的硬件進行對應，用Proteus軟件對電路圖進行繪制，把這一模塊的元器件組成、作用和工作原理進行講解，再啟發(fā)學生說出這一模塊的作用，并把單片機的硬件知識進行了融合。

從這2個班的硬件的教學效果看，在機電1301班自己在講臺上講了一大通，但是學生對硬件還是搞不明白；而在機電1302班自己同樣地講一大通，是4個模塊進行單片機最小系統(tǒng)的知識的融合，并輔以實物結(jié)合，把抽象的進行具體化，學生興趣提高了，大都數(shù)學生都能說出各個部分的作用，都能理解硬件的作用和工作原理。

3.2.2 軟件教學效果比較

軟件是單片機中是很重要的，它對硬件起支撐作用。在機電1301班的軟件講解時是按指令系統(tǒng)、程序設計進行講解的。在講解指令系統(tǒng)時發(fā)現(xiàn)講解得特別吃力，如在講解傳送類指令和加、減、乘、除指令時，都不知怎么講解才能讓學生記住這些指令，而在講解匯編程序設計這章時，講解的都是書上的實例，雖然加入了Keil C軟件和Proteus軟件，但對有些硬件與軟件、實物的結(jié)合不是很緊密，學生聽起來還是很茫然，一個班上大多數(shù)學生感覺還是聽不懂。而在機電1302班采用的是不為只講指令而講指令，如把指令與循環(huán)彩燈、跑馬燈中所用到的傳送類指令和循環(huán)指令進行了結(jié)合應用，把軟件、軟件、實物進行了結(jié)合，給單調(diào)的指令和程序賦予了靈與肉，使學生產(chǎn)生了極大的興趣，自然地就把指令掌握了，都對能對4個模塊的程序進行編程，達到良好的學習效果。

4 結(jié)語

通過一個學期的教學，常德職業(yè)技術學院機電大專2013級的實踐，新教學模式下的單片機原理與應用課程取得了明顯的成效。

(1)聽得懂課的學生明顯增多，在課堂上提問的學生也明顯增多，有很多學生根據(jù)身邊的電器使用情況提出很多新鮮的問題并進行動手實踐，學習的主動性明顯提高。

(2)學生愿意將更多的時間花在實訓室，并以單片機興趣小組為基點，制作出了很多新鮮的電子小產(chǎn)品，專業(yè)基礎水平和團隊合作意識比以往有了明顯提高。

(3)教師上課變得有趣了，教師的業(yè)務水平、實踐能力比以往有了更大的提高，師生之間交流與合作，教師間的交流明顯加強。

總之，在單片機原理與應用課程中，采用“1344”和“PTP”的新模式教學，以單片機最小開發(fā)系統(tǒng)為主線，通過“實踐→理論→再實踐”，把專業(yè)知識、能力、素質(zhì)等培養(yǎng)目標融入3個項目、4個模塊的理論知識、4個模塊應用的教學過程中，取得了較好的教學效果。