徐國(guó)壘 莫榮 陳建東 廖曉梅

摘要：?jiǎn)纹瑱C(jī)原理及接口技術(shù)是一門理論與實(shí)踐緊密結(jié)合、有助于開(kāi)發(fā)學(xué)生創(chuàng)新思維的專業(yè)課程，為了更好的教授學(xué)生專業(yè)知識(shí)、引領(lǐng)學(xué)生樹(shù)立正確的政治思想、價(jià)值理念及精神追求，該文從教學(xué)模式、教學(xué)方式及課程思政三個(gè)方面進(jìn)行教學(xué)改革的探討，培養(yǎng)學(xué)生“知原理、懂技術(shù)、善操作、敢創(chuàng)新”，培養(yǎng)學(xué)生擁有正確的人生觀、價(jià)值觀和世界觀，實(shí)現(xiàn)學(xué)生德、育、體、智全面發(fā)展的教育。

關(guān)鍵字：創(chuàng)新思維;課程思政;教學(xué)改革;全面發(fā)展

中圖分類號(hào)：G4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0、引言

在機(jī)械電子專業(yè)中，單片機(jī)原理及接口技術(shù)是其中一門專業(yè)基礎(chǔ)課程，該課程主要以51系列單片機(jī)為研究對(duì)象，介紹其基本結(jié)構(gòu)、指令系統(tǒng)、I/O接口、定時(shí)器、中斷系統(tǒng)、串行通信等多方面知識(shí)[1]，為學(xué)生從事單片機(jī)相關(guān)工作打下基礎(chǔ)。課程涉及C語(yǔ)言編程、模擬電路、數(shù)字電路等相關(guān)知識(shí)，關(guān)聯(lián)知識(shí)點(diǎn)較多且抽象，理論與實(shí)踐結(jié)合密度高[2]。

針對(duì)該課程的教學(xué)方式，目前有傳統(tǒng)教學(xué)法、舉例教學(xué)法、企業(yè)教學(xué)法、任務(wù)教學(xué)法等，其中，傳統(tǒng)教學(xué)方法側(cè)重理論基礎(chǔ)講解，舉例教學(xué)法、企業(yè)教學(xué)法及任務(wù)教學(xué)法存在教學(xué)方法單一，造成理論與實(shí)踐結(jié)合度較低，大部分學(xué)生對(duì)抽象知識(shí)點(diǎn)難以理解;同時(shí)，高等教育以培養(yǎng)德智體美全面發(fā)展的社會(huì)主義接班人為目標(biāo)，目前該課程的教學(xué)方法融入思想政治素質(zhì)方面教育較少[3]，分析目前教學(xué)方式存在的不足，可能造成以下問(wèn)題：1、學(xué)生對(duì)單片機(jī)的運(yùn)用存在較大困難，在工作崗位上出現(xiàn)動(dòng)手能力不足、思維擴(kuò)展較弱等現(xiàn)象;2、理論支撐較弱，難以靈活應(yīng)用;3、學(xué)生的愛(ài)國(guó)思想存在一定的淡化，利益追逐心強(qiáng)，造成人才流失現(xiàn)象。

針對(duì)目前該課程教學(xué)方式存在的不足，本文主要從以下三個(gè)方面闡述教學(xué)改革方案，分別為教學(xué)模式、教學(xué)方式和思政建設(shè)三個(gè)方面，以 “知原理、懂技術(shù)、善操作、敢創(chuàng)新”為目標(biāo)，為國(guó)家培養(yǎng)高水平技術(shù)型人才，同時(shí)引領(lǐng)學(xué)生樹(shù)立正確的政治思想、價(jià)值理念及精神追求[4]。

1、單片機(jī)原理及接口技術(shù)課程教學(xué)模式的改革

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展，人們交流變得更加方便，學(xué)習(xí)資源不斷豐富，教學(xué)模式可以變得多元化。根據(jù)教學(xué)時(shí)間、教學(xué)地點(diǎn)、教學(xué)模式的不同，出現(xiàn)第一課堂、第二課堂、第三課堂及第四課堂多種教學(xué)模式，在規(guī)定的教學(xué)時(shí)間里進(jìn)行教學(xué)活動(dòng)的課堂稱為第一課堂，在第一課堂以外開(kāi)展教學(xué)活動(dòng)的課堂稱為第二課堂，第三課堂是實(shí)踐教學(xué)，第四課堂是網(wǎng)絡(luò)課堂，目前的教學(xué)主要以第一課堂為主，第二課堂為輔，對(duì)于實(shí)踐教學(xué)與網(wǎng)絡(luò)課堂應(yīng)用極少，本文將介紹如何將實(shí)踐教學(xué)與網(wǎng)絡(luò)課堂融入教學(xué)，提高教學(xué)質(zhì)量。

首先，教師應(yīng)充分掌握課程知識(shí)點(diǎn)，盡可能用簡(jiǎn)短的語(yǔ)言總結(jié)課程內(nèi)容，在第一課堂上，充分利用有限的教學(xué)時(shí)間，由淺入深引導(dǎo)學(xué)生對(duì)課程理論的理解，根據(jù)課堂上講解的知識(shí)點(diǎn)，給學(xué)生預(yù)留相關(guān)的問(wèn)題，讓學(xué)生在課余時(shí)間通過(guò)各種渠道尋找答案。同時(shí)，利用第三課堂的實(shí)踐教學(xué)，提升學(xué)生的動(dòng)手能力，例如介紹單片機(jī)原理及接口技術(shù)的定時(shí)器系統(tǒng)時(shí)，通過(guò)第一課堂詳細(xì)講解定時(shí)器系統(tǒng)的工作原理，通過(guò)舉例教學(xué)法例舉定時(shí)器在生活中常見(jiàn)的運(yùn)用領(lǐng)域，如鬧鐘、電飯煲、洗衣機(jī)、上課鈴等，均用到定時(shí)器功能，然后利用第三課堂將該節(jié)內(nèi)容進(jìn)行實(shí)踐，讓學(xué)生通過(guò)單片機(jī)開(kāi)發(fā)板或相應(yīng)的仿真軟件實(shí)現(xiàn)定時(shí)器功能，如利用定時(shí)器知識(shí)實(shí)現(xiàn)生活中鬧鐘設(shè)計(jì)，并做相應(yīng)的功能要求。

針對(duì)該課程的考核成績(jī)，可將理論考核成績(jī)?cè)O(shè)置為60%的占比，平時(shí)成績(jī)?cè)O(shè)置40%的占比，其中平時(shí)成績(jī)以學(xué)生多方面的表現(xiàn)綜合評(píng)定，例如課堂上學(xué)生的積極回答問(wèn)題、課后作業(yè)的完成效果、網(wǎng)絡(luò)課程學(xué)習(xí)時(shí)間等多方面，讓學(xué)生明白課程考核不僅僅來(lái)源于理論知識(shí)，激發(fā)學(xué)生的實(shí)踐興趣。

2、單片機(jī)原理及接口技術(shù)課程教學(xué)方式的改革

2.1 傳統(tǒng)設(shè)備與先進(jìn)設(shè)備結(jié)合應(yīng)用

隨著社會(huì)科技發(fā)展，教學(xué)設(shè)備除了傳統(tǒng)的粉筆、黑板之外，增加了投影儀、計(jì)算機(jī)、擴(kuò)音器、激光筆等多媒體設(shè)備，在第一課堂上充分利用各種教學(xué)設(shè)備相結(jié)合。首先，教師先利用粉筆、黑板兩種教學(xué)設(shè)備，將本次授課內(nèi)容、新概念、新名詞等羅列在黑板上，然后結(jié)合多媒體設(shè)備的可視化動(dòng)畫將抽象內(nèi)容展示給學(xué)生，以引腳的I/O功能介紹為例，利用按鍵實(shí)現(xiàn)引腳的輸入信號(hào)控制，引腳的輸出信號(hào)控制LED燈亮滅，將按鍵與LED燈共同展示I/O功能，由于單片機(jī)通過(guò)高低電平傳送信號(hào)，學(xué)生不能直觀的看到電平的變化，因此，可以利用多媒體動(dòng)畫將抽象的高低電平模擬，如圖1所示。

首先設(shè)“0”代表低電平，“1”代表高電平，當(dāng)按鍵沒(méi)有按下時(shí)，PA2引腳處的“0”以動(dòng)態(tài)形式移動(dòng)到LED燈左邊，按下按鍵后，將按鍵左邊的“0”以動(dòng)態(tài)的形式移動(dòng)到PA1，意味PA1引腳檢測(cè)到低電平，當(dāng)PA1檢測(cè)到低電平后，PA2引腳處的“1”以動(dòng)態(tài)的形式移動(dòng)到LED燈左邊，同時(shí)LED燈變色，代表LED燈點(diǎn)亮。利用多媒體的動(dòng)態(tài)顯示方法，有效模擬以上抽象的電平信號(hào)流動(dòng)，實(shí)現(xiàn)可視化，有助于學(xué)生的理解。

對(duì)于較難知識(shí)點(diǎn)，教師可采用多種教學(xué)設(shè)備結(jié)合使用，例如寄存器的運(yùn)用，對(duì)于剛接觸的學(xué)生來(lái)說(shuō)，如何配置寄存器參數(shù)、運(yùn)用寄存器是一個(gè)難點(diǎn)，因此，教師在課堂上結(jié)合多種教學(xué)設(shè)備講解，例如，教師先將寄存器表寫在黑板上，并且將寄存器的每個(gè)位功能列出，引導(dǎo)學(xué)生如何記憶，通過(guò)實(shí)際案例，介紹如何設(shè)置寄存器、寄存器的每個(gè)位控制什么功能，在黑板上的寄存器表中設(shè)置相應(yīng)寄存器位，然后轉(zhuǎn)換成相應(yīng)參數(shù)寫到程序中，通過(guò)仿真軟件進(jìn)行驗(yàn)證。以定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的工作方式寄存器TMOD為例，如表1所示;

在MCS-51單片機(jī)中，有定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0、T1，舉例用T1實(shí)現(xiàn)定時(shí)器功能，TMOD寄存器只需要設(shè)置高四位，低四位為默認(rèn)值。例程中需要配置TMOD寄存器的高四位參數(shù)，教師先將表1寫在黑板上，由于D6位為1時(shí)，T1作為計(jì)數(shù)器，當(dāng)D6為0時(shí)，T1作為定時(shí)器功能，因此將D6位設(shè)置為0，然后再將設(shè)置好的參數(shù)寫入到例程中，以此方法設(shè)置其他相應(yīng)位，通過(guò)這種方法，學(xué)生清晰了解TMOD寄存器的每個(gè)位功能以及寄存器參數(shù)值的來(lái)源，便于學(xué)生理解。

2.2 理論結(jié)合案例

在第一課堂上，教師完成每個(gè)內(nèi)容的理論講解后，應(yīng)結(jié)合案例讓學(xué)生加深理論知識(shí)的理解，對(duì)于單片機(jī)原理及接口技術(shù)這門課程的案例，可通過(guò)Proteus軟件搭建仿真電路，可通過(guò)Keil軟件進(jìn)行編寫，最后，結(jié)合Proteus與Keil軟件對(duì)教程的案例進(jìn)行講解，通過(guò)修改程序，讓仿真電路完成不同顯示，案例由淺入深逐步漸進(jìn)。

以I/O接口電路章節(jié)為例，實(shí)現(xiàn)按鍵控制LED燈的亮滅，首先，向?qū)W生介紹按鍵、LED燈的工作原理，其次，介紹單片機(jī)引腳與按鍵、LED燈的連接原理圖設(shè)計(jì)，最后，介紹關(guān)于案例需要用到的知識(shí)點(diǎn)。

接下來(lái)進(jìn)行案例講解，案例講解由淺入深，首先實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單功能，利用一顆按鍵的按下與松開(kāi)控制一顆LED燈亮滅，當(dāng)按鍵按下，LED燈亮，松開(kāi)按鍵，LED燈滅;然后再引入兩顆按鍵控制兩顆LED燈，第一顆按鍵控制第一個(gè)LED燈，第二個(gè)按鍵控制第二個(gè)LED燈，當(dāng)學(xué)生理解如何應(yīng)用按鍵控制LED燈后，再引入較難的案例，如按鍵控制流水燈、密碼鎖等案例，通過(guò)理論與案例結(jié)合以及由淺入深的案例講解，有助于學(xué)生理解，使學(xué)生“知原理、懂技術(shù)”。

2.3 簡(jiǎn)易開(kāi)發(fā)板設(shè)計(jì)

單片機(jī)原理及接口技術(shù)實(shí)踐性強(qiáng)，為了讓學(xué)生做到“善操作”，實(shí)踐是必不可少的，雖然為學(xué)生提供了實(shí)驗(yàn)課程，但存在實(shí)驗(yàn)課程時(shí)間有限、實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)固定、實(shí)驗(yàn)設(shè)備不易移動(dòng)等問(wèn)題，為了讓學(xué)生在實(shí)踐方面不受時(shí)間、地點(diǎn)、設(shè)備等條件設(shè)備的限制，學(xué)生擁有一套學(xué)習(xí)的開(kāi)發(fā)板是有必要的，目前市面上已出現(xiàn)各種51系列開(kāi)發(fā)板，擁有配套的學(xué)習(xí)資料，開(kāi)發(fā)板上資源豐富，但較為昂貴，在有限的教學(xué)時(shí)間上，開(kāi)發(fā)板上的很多功能不能進(jìn)行深入講解甚至不能講解，造成資源浪費(fèi)，開(kāi)發(fā)板的電路設(shè)計(jì)相對(duì)較為復(fù)雜，對(duì)于學(xué)生來(lái)說(shuō)理解電路設(shè)計(jì)原理存在較大難度，導(dǎo)致學(xué)生對(duì)開(kāi)發(fā)板的運(yùn)用存在較大的困難，因此，教師可以利用第一課堂，帶領(lǐng)學(xué)生共同完成一款屬于自己的簡(jiǎn)易開(kāi)發(fā)板設(shè)計(jì)，其功能如圖2所示。

簡(jiǎn)易開(kāi)發(fā)板根據(jù)教材內(nèi)容、學(xué)期課時(shí)安排等因素，設(shè)計(jì)有51單片機(jī)最小系統(tǒng)、電源模塊、LED燈模塊、蜂鳴器模塊、數(shù)碼管模塊、按鍵模塊、紅外接收模塊，課堂上，教師針對(duì)每個(gè)模塊的功能及工作原理進(jìn)行介紹，然后帶領(lǐng)學(xué)生一起設(shè)計(jì)每個(gè)模塊的電路原理圖，介紹每個(gè)元器件在電路中的作用，元器件參數(shù)如何選擇，再利用Altium Designer軟件繪制原理圖，之后帶領(lǐng)學(xué)生一起完成簡(jiǎn)易開(kāi)發(fā)板的PCB布局，學(xué)生后期在使用簡(jiǎn)易開(kāi)發(fā)板時(shí)了解每個(gè)元器件的功能、位置、工作原理，最后完成PCB布線，設(shè)計(jì)完成后，教師統(tǒng)一將簡(jiǎn)易開(kāi)發(fā)板、相關(guān)元器件及焊接工具包采購(gòu)，并分配給每位同學(xué)，對(duì)每位同學(xué)進(jìn)行焊接培訓(xùn)，然后讓學(xué)生自行完成簡(jiǎn)易開(kāi)發(fā)板的焊接，學(xué)生了解簡(jiǎn)易開(kāi)發(fā)板設(shè)計(jì)的整個(gè)流程及各個(gè)模塊的工作原理，對(duì)學(xué)生后期自行開(kāi)發(fā)學(xué)習(xí)具有較大幫助，學(xué)生在課后的任何時(shí)間、任何地點(diǎn)可以進(jìn)行簡(jiǎn)易開(kāi)發(fā)板的操作，有效解決學(xué)生在實(shí)踐過(guò)程中受時(shí)間、地點(diǎn)、設(shè)備等因素的限制，通過(guò)第一課堂學(xué)習(xí)了理論知識(shí)及相關(guān)案例，學(xué)生在課余時(shí)間利用簡(jiǎn)易開(kāi)發(fā)板對(duì)教學(xué)知識(shí)的驗(yàn)證，增強(qiáng)學(xué)生的操作能力，實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)踐結(jié)合教學(xué)。

3、單片機(jī)原理及接口技術(shù)課程的思政建設(shè)

3.1 課程思政內(nèi)容

“課程思政”是黨中央推動(dòng)新時(shí)代教育事業(yè)深化發(fā)展的一項(xiàng)重大戰(zhàn)略部署，是高校全面提升思想政治工作質(zhì)量落實(shí)立德樹(shù)人任務(wù)的一項(xiàng)重要戰(zhàn)略舉措[5]。高校主要為中國(guó)特色社會(huì)主義事業(yè)培養(yǎng)可靠接班人及合格的建設(shè)者，為中華民族偉大復(fù)興中國(guó)夢(mèng)培育人才、輸送人才、凝聚人才，因此，教師除了教授學(xué)生專業(yè)知識(shí)之外，培養(yǎng)學(xué)生樹(shù)立正確的政治思想、價(jià)值理念、精神追求必不可少[6][7]。

3.2 課程教育與思政融合

單片機(jī)原理及接口技術(shù)實(shí)踐性強(qiáng)，涉及知識(shí)豐富，教師可以從多個(gè)方面將思政元素融合到課堂教學(xué)中。

為了給學(xué)生提供方便的實(shí)踐環(huán)境，本文提出簡(jiǎn)易開(kāi)發(fā)板設(shè)計(jì)，簡(jiǎn)易開(kāi)發(fā)板的核心控制主要是51單片機(jī)最小系統(tǒng)，如果缺少51單片機(jī)，整塊簡(jiǎn)易開(kāi)發(fā)板將處于癱瘓現(xiàn)象，無(wú)法工作，對(duì)于這樣的問(wèn)題，教師可以衍生核心技術(shù)的重要性，在技術(shù)上，除了引進(jìn)別人的新技術(shù)，還要潛心專研新技術(shù)，將其掌握在自己手里，避免出現(xiàn)該項(xiàng)技術(shù)欠缺導(dǎo)致產(chǎn)品的癱瘓，該現(xiàn)象在國(guó)內(nèi)目前十分明顯，例如，在中美貿(mào)易爭(zhēng)端中，我國(guó)芯片研發(fā)制造方面與美國(guó)具有一定差距，國(guó)內(nèi)一些大型企業(yè)在芯片生產(chǎn)制造領(lǐng)域被國(guó)外“卡脖子”，因此，在引入新產(chǎn)品時(shí)，還要學(xué)習(xí)新技術(shù)[8]。

該課程涉及到定時(shí)器系統(tǒng)內(nèi)容時(shí)，讓學(xué)生清楚了解定時(shí)時(shí)間的參數(shù)設(shè)置，且要實(shí)現(xiàn)精確的定時(shí)，如果在每次定時(shí)中存在一點(diǎn)誤差，長(zhǎng)時(shí)間定時(shí)將會(huì)導(dǎo)致誤差增大，造成產(chǎn)品使用的不可靠性。告訴學(xué)生做事細(xì)心，在每一個(gè)環(huán)節(jié)下要保證準(zhǔn)確性，養(yǎng)成大國(guó)工匠精神。

中斷系統(tǒng)內(nèi)容介紹時(shí)，由于中斷系統(tǒng)中包括定時(shí)中斷0、外部中斷0、定時(shí)中斷1、外部中斷1、串口中斷，單片機(jī)的中斷是由于單片機(jī)檢測(cè)到相應(yīng)的標(biāo)志位，跳到中斷函數(shù)中執(zhí)行相關(guān)任務(wù)，并且存在中斷優(yōu)先級(jí)，當(dāng)多個(gè)中斷產(chǎn)生時(shí)，單片機(jī)會(huì)根據(jù)優(yōu)先級(jí)進(jìn)行處理，通過(guò)單片機(jī)優(yōu)先級(jí)處理問(wèn)題，可以讓學(xué)生明白利益的選擇，面臨國(guó)家利益與個(gè)人利益時(shí)，我們一定要優(yōu)先考慮國(guó)家利益，讓學(xué)生知道國(guó)家利益大于一切，培養(yǎng)學(xué)生的愛(ài)國(guó)精神。

在串行通信章節(jié)中，在實(shí)現(xiàn)通信的前提下，主機(jī)與從機(jī)要進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置，如主機(jī)與從機(jī)的波特率、奇偶校驗(yàn)位、停止位參數(shù)要設(shè)置一致，這就相當(dāng)于在我們的生活中，只有我們樹(shù)立正確的人生觀、價(jià)值觀和世界觀，擁有正確的政治思想、價(jià)值理念、精神追求，我們所做的事情才能得到社會(huì)的認(rèn)可、國(guó)家的認(rèn)可。

4、結(jié)語(yǔ)

2020年到2021年第二學(xué)期中，利用本文改革后的教學(xué)模式及教學(xué)方式教授“單片機(jī)原理及接口技術(shù)”該課程，在課程結(jié)束后，理論成績(jī)考核人數(shù)150人，通過(guò)人數(shù)為131，通過(guò)率超過(guò)87%，并且部分學(xué)生參加團(tuán)隊(duì)，為單片機(jī)相關(guān)競(jìng)賽打下一定基礎(chǔ)。

針對(duì)課程思政建設(shè)仍在路上，作為一名專業(yè)教師，要不斷完善思政與教學(xué)的融合，潛移默化的引導(dǎo)學(xué)生樹(shù)立正確的人生觀、價(jià)值觀和世界觀，實(shí)現(xiàn)為國(guó)家培養(yǎng)德、育、體、智全面發(fā)展的人才。

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基金項(xiàng)目：2017年度廣西民辦教育科學(xué)規(guī)劃課題“基于“創(chuàng)客”模式下的大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育研究”（項(xiàng)目編號(hào)2017MB41）

作者簡(jiǎn)介：徐國(guó)壘1992年9月生人，男，貴州 普定，碩士，專任教師，主要從事單片機(jī)原理與接口技術(shù)、C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)理論教學(xué)。