关于单片机课程理论教学与技能大赛实训教学的几点思考
2022-06-08
中图分类号：G712文献标志码：A文章编号：2095-9214（2016）07-0160-02单片机技术以其优良的嵌入性，以及体积小、功能多、价格低廉等优点，广泛应用到工业控制、智能化仪器仪表、家用电器，甚至电子玩具等各个领域。因此，单片机技术与应用课程也成为中职学校电子技术应用专业的核心课程。单片机控制装置安装与调试也是我国各级中职学校学生技能竞赛的必赛项目。而2009年浙江亚龙科技公司推出的YL—236型单片机控制功能实训考核装置成为目前全国中职技能大赛单片机控制装置安装与调试项目比赛的专用装置。作为我校该项目的实训指导教师，3年来在全程指导与教学过程中，遇到重重困难，解决各种问题，并进行了一些新的训练方法的探索与尝试，赛后也进行了深刻的反思，现就单片机技能大赛项目提出几点思考，与各位分享。
一、亚龙YL—236配套的开发软件原理简介
1.理论基础
首先必须熟悉单片机的外部引脚功能和内部结构，在此基础上才能正确理解单片机与目标电路的连接关系。其次要学会单片机程序的编写，并能熟练运用开发环境进行程序的编译和调试。最后要知道单片机接口技术和扩展技术，必须能够对接口和扩展的芯片进行硬件的设计和软件的编程。
2.软件、硬件配置及要求
该项目指定的比赛设备是亚龙YL—236型单片机控制功能实训考核装置，它的最大特点就是根据功能把各种设备模块化，全系统以AT89S52单片机主机模块为核心，以各种外围设备模块为配套。配套的开发软件是可以直接烧写程序到芯片的Keil C51以及和万利仿真器配套使用的MedWinV3，这两种开发软件都支持汇编语言和C语言。
3.该套系统的优点
硬件方面：亚龙YL—236实训装置使单片机的硬件电路可以通过搭积木式的方法进行连接，节省了调试硬件的时间，节约了成本，可以直接将程序写到装置中的单片机中运行，直观地看到项目的运行效果，增加学生学习的信心。
软件方面：Keil C51是一个集编辑、编译、汇编、连接、仿真调试于一体的软件开发平台。和万利仿真器配套使用的MedWinV3比Keil C51的功能更加完善，提供了真实的软件模拟仿真开发环境。
二、理论联系实际教学
1.现今教学中存在的问题
（1）理论教学与技能实训衔接性差
传统的单片机课程理论教学中的主要内容包括单片机的系统结构、指令系统与汇编语言程序设计、系统的扩展和外围器件的应用、简单的项目开发。系统结构概念抽象，指令系统复杂难记，外围器件功能简单，可操作性差，对于学习能力和理解能力较差的中职生来说艰涩难懂，不能激发学生的学习热情和积极性，而且课程内容与以C语言为主要编程语言的技能大赛实训教学内容不相适应，不能很好地为技能实训服务。
（2）实践教学与技能实训不相符合
传统的单片机课程实践教学都是建立在汇编语言的基础上，采用电路固定的实验箱和实验书上编写好的几十行程序进行验证，学生不用去研究程序为什么这样写，实验电路是什么原理，只需要死记程序，没有创新思维和创新意识。而在技能大赛训练过程中用的是综全性、模块化的实训台，做的也是创新要求很高的综合性项目，学生必须根据题目要求自行编写程序，不但要知道几百行的程序实现了什么功能，还要想办法使自己编写的程序具有很好的可读性和可执行性。技能大赛对学生的要求比平时的实践教学要求要高，大多数学生在提升的过程中会被淘汰，渐渐失去对课程学习的兴趣。
2.提出的教学改进
第一、理论教学注重加强实践性、提高趣味性
单片机是一门实践性强，能引人入胜的课程。然而，实际上大多数学生对单片机这门课程不感兴趣，因为它是一门高度抽象的课程，特别在硬件内部结构与程序设计方面。大量内容只可体会，很难言传，在学习过程中容易让学生觉得枯燥无味，没有一定的毅力与恒心很难坚持下去。俗话说得好“兴趣是最好的老师”。教师的任务不仅是传授知识，而且需要将学生很好地引入门，要让学生认知该课程的重要性与实用性，提高学生的学习兴趣，培养学生的自信心。让学生首先就要有兴趣、有信心去学好它，这将是整个课程学好的关键第一步。
（1）将抽象的概念直观化
单片机具有抽象、不易理解的特点，尤其是单片机的系统结构、CPU执行指令的过程、中断等问题，学生很难理解。为此，我们必须通过课件，利用动画、图片、仿真软件等多媒体手段，将抽象的问题直观化，将复杂的问题简单化，充分激发学生的学习主动性。
（2）“做中教、做中学”
单片机是一门实践性很强的学科，理论教学尽量安排在实训室里，并配合多媒体教学设备，教师一边进行理论教学，一边进行实践教学。“教”——教师用多媒体设备边讲指令边让学生观察指令的运行结果。“学”——学生模仿老师讲的例程自己编写程序。“做”——学生自己创造情景编写、调试、烧录程序。使学生完成从模仿到应用到创新的递进式学习，提高学生的操作技能。
（3）项目驱动教学
单片机对学生的实战能力要求很高，我们可以把单片机内部资源的应用分成一个个项目，每一个项目都是一个完整的单片机控制系统。教师按照单片机的真实设计过程，对项目进行讲解分析，学生在学习一个项目之后，自己动手制作单片机控制系统，以加深学生对单片机的理解，提高学习兴趣。
第二、实训教学注重进行项目化、针对性训练
（1）以项目为载体，提高综合技能 对于中职生来说，单片机是一门较难的课程，无论理论课学得好与坏，实训必须从零开始。为了让学生迅速的掌握所需知识，我们必须把理论知识重新整合，按照模块拆分成从简单到复杂的分类项目，每一个项目都配套一两个具体的任务。教师先对这个项目所需要的相关知识进行讲解，然后演示操作方法，学生针对任务进行实际操作，学生在实际操作过程很容易理解并掌握所学知识。
（2）以大赛要求为基础，针对性训练技能
技能大赛的试题对学生的理论知识和实践水平要求很高，项目的综合性也很高。不仅要求学生会做，还有一些附加要求，如：时间限制、硬件限制等。因此，我们以技能大赛试题为引导，认真研究试题内容，将近几年各省技能大赛中常考的知识点融入于单片机的实训教学中，以我们自己编写的项目为基础，设计出综合性、符合学生实训实际的、完整的产品项目，如：四层电梯控制系统、微波炉控制系统、智能物料搬运系统等，把每个项目分成若干个任务，在实训过程中，将不同的任务布置给不同层次的学生，在完成任务的过程中进行教学内容的讲解，并对他们的训练结果做总结性评估。突出理论和实践一体化教学，教学中不断采用“理论——实践——再理论——再实践——提高——拓展”的教学模式，重在提升学生的实训技能，适应大赛的高水平要求。
三、结合改进教学方法，设计课程
我们以技能大赛最典型的项目“四层电梯控制系统”的教学为例。在做这个项目之前我们已经把每个模块的用法教授给了学生，学生也做了大量的练习。在此基础上我们首先要根据项目的详细描述，知道应该用哪几个模块，每个模块要实现什么功能。然后将这个项目按照模块分解成若干个子项目，将不同的子项目根据难易程度交给不同层次的学生，让学生自己思考用什么算法并仿照模块的基本程序进行改编并通电调试，以达到项目要求，教师的作用仅仅是针对学生的算法帮学生整理思路、修改程序。最后学生把所有的子项目整合在一起，反复调试，最终完成项目，整个过程所有的工作都由学生自己完成，教师只起统筹规划的作用。
四、结语
结合这几年本人指导学生参加省、市单片机技能大赛及当前单片机课程理论教学的经历，本文从单片机技能大赛软硬件设备、单片机理论教学、技能大赛实践教学等三方面进行了一些思考，目的是能够让学生以技能大赛的项目为依托，提高单片机理论课程的学习效果，进而提高学生的比赛成绩，形成良性特循环。
一、亚龙YL—236配套的开发软件原理简介
1.理论基础
首先必须熟悉单片机的外部引脚功能和内部结构，在此基础上才能正确理解单片机与目标电路的连接关系。其次要学会单片机程序的编写，并能熟练运用开发环境进行程序的编译和调试。最后要知道单片机接口技术和扩展技术，必须能够对接口和扩展的芯片进行硬件的设计和软件的编程。
2.软件、硬件配置及要求
该项目指定的比赛设备是亚龙YL—236型单片机控制功能实训考核装置，它的最大特点就是根据功能把各种设备模块化，全系统以AT89S52单片机主机模块为核心，以各种外围设备模块为配套。配套的开发软件是可以直接烧写程序到芯片的Keil C51以及和万利仿真器配套使用的MedWinV3，这两种开发软件都支持汇编语言和C语言。
3.该套系统的优点
硬件方面：亚龙YL—236实训装置使单片机的硬件电路可以通过搭积木式的方法进行连接，节省了调试硬件的时间，节约了成本，可以直接将程序写到装置中的单片机中运行，直观地看到项目的运行效果，增加学生学习的信心。
软件方面：Keil C51是一个集编辑、编译、汇编、连接、仿真调试于一体的软件开发平台。和万利仿真器配套使用的MedWinV3比Keil C51的功能更加完善，提供了真实的软件模拟仿真开发环境。
二、理论联系实际教学
1.现今教学中存在的问题
（1）理论教学与技能实训衔接性差
传统的单片机课程理论教学中的主要内容包括单片机的系统结构、指令系统与汇编语言程序设计、系统的扩展和外围器件的应用、简单的项目开发。系统结构概念抽象，指令系统复杂难记，外围器件功能简单，可操作性差，对于学习能力和理解能力较差的中职生来说艰涩难懂，不能激发学生的学习热情和积极性，而且课程内容与以C语言为主要编程语言的技能大赛实训教学内容不相适应，不能很好地为技能实训服务。
（2）实践教学与技能实训不相符合
传统的单片机课程实践教学都是建立在汇编语言的基础上，采用电路固定的实验箱和实验书上编写好的几十行程序进行验证，学生不用去研究程序为什么这样写，实验电路是什么原理，只需要死记程序，没有创新思维和创新意识。而在技能大赛训练过程中用的是综全性、模块化的实训台，做的也是创新要求很高的综合性项目，学生必须根据题目要求自行编写程序，不但要知道几百行的程序实现了什么功能，还要想办法使自己编写的程序具有很好的可读性和可执行性。技能大赛对学生的要求比平时的实践教学要求要高，大多数学生在提升的过程中会被淘汰，渐渐失去对课程学习的兴趣。
2.提出的教学改进
第一、理论教学注重加强实践性、提高趣味性
单片机是一门实践性强，能引人入胜的课程。然而，实际上大多数学生对单片机这门课程不感兴趣，因为它是一门高度抽象的课程，特别在硬件内部结构与程序设计方面。大量内容只可体会，很难言传，在学习过程中容易让学生觉得枯燥无味，没有一定的毅力与恒心很难坚持下去。俗话说得好“兴趣是最好的老师”。教师的任务不仅是传授知识，而且需要将学生很好地引入门，要让学生认知该课程的重要性与实用性，提高学生的学习兴趣，培养学生的自信心。让学生首先就要有兴趣、有信心去学好它，这将是整个课程学好的关键第一步。
（1）将抽象的概念直观化
单片机具有抽象、不易理解的特点，尤其是单片机的系统结构、CPU执行指令的过程、中断等问题，学生很难理解。为此，我们必须通过课件，利用动画、图片、仿真软件等多媒体手段，将抽象的问题直观化，将复杂的问题简单化，充分激发学生的学习主动性。
（2）“做中教、做中学”
单片机是一门实践性很强的学科，理论教学尽量安排在实训室里，并配合多媒体教学设备，教师一边进行理论教学，一边进行实践教学。“教”——教师用多媒体设备边讲指令边让学生观察指令的运行结果。“学”——学生模仿老师讲的例程自己编写程序。“做”——学生自己创造情景编写、调试、烧录程序。使学生完成从模仿到应用到创新的递进式学习，提高学生的操作技能。
（3）项目驱动教学
单片机对学生的实战能力要求很高，我们可以把单片机内部资源的应用分成一个个项目，每一个项目都是一个完整的单片机控制系统。教师按照单片机的真实设计过程，对项目进行讲解分析，学生在学习一个项目之后，自己动手制作单片机控制系统，以加深学生对单片机的理解，提高学习兴趣。
第二、实训教学注重进行项目化、针对性训练
（1）以项目为载体，提高综合技能 对于中职生来说，单片机是一门较难的课程，无论理论课学得好与坏，实训必须从零开始。为了让学生迅速的掌握所需知识，我们必须把理论知识重新整合，按照模块拆分成从简单到复杂的分类项目，每一个项目都配套一两个具体的任务。教师先对这个项目所需要的相关知识进行讲解，然后演示操作方法，学生针对任务进行实际操作，学生在实际操作过程很容易理解并掌握所学知识。
（2）以大赛要求为基础，针对性训练技能
技能大赛的试题对学生的理论知识和实践水平要求很高，项目的综合性也很高。不仅要求学生会做，还有一些附加要求，如：时间限制、硬件限制等。因此，我们以技能大赛试题为引导，认真研究试题内容，将近几年各省技能大赛中常考的知识点融入于单片机的实训教学中，以我们自己编写的项目为基础，设计出综合性、符合学生实训实际的、完整的产品项目，如：四层电梯控制系统、微波炉控制系统、智能物料搬运系统等，把每个项目分成若干个任务，在实训过程中，将不同的任务布置给不同层次的学生，在完成任务的过程中进行教学内容的讲解，并对他们的训练结果做总结性评估。突出理论和实践一体化教学，教学中不断采用“理论——实践——再理论——再实践——提高——拓展”的教学模式，重在提升学生的实训技能，适应大赛的高水平要求。
三、结合改进教学方法，设计课程
我们以技能大赛最典型的项目“四层电梯控制系统”的教学为例。在做这个项目之前我们已经把每个模块的用法教授给了学生，学生也做了大量的练习。在此基础上我们首先要根据项目的详细描述，知道应该用哪几个模块，每个模块要实现什么功能。然后将这个项目按照模块分解成若干个子项目，将不同的子项目根据难易程度交给不同层次的学生，让学生自己思考用什么算法并仿照模块的基本程序进行改编并通电调试，以达到项目要求，教师的作用仅仅是针对学生的算法帮学生整理思路、修改程序。最后学生把所有的子项目整合在一起，反复调试，最终完成项目，整个过程所有的工作都由学生自己完成，教师只起统筹规划的作用。
四、结语
结合这几年本人指导学生参加省、市单片机技能大赛及当前单片机课程理论教学的经历，本文从单片机技能大赛软硬件设备、单片机理论教学、技能大赛实践教学等三方面进行了一些思考，目的是能够让学生以技能大赛的项目为依托，提高单片机理论课程的学习效果，进而提高学生的比赛成绩，形成良性特循环。