四元教学法在单片机教学中的探索与实践
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摘 要：针对技工院校单片机课程教学存在的问题，依据单片机技术应用课程本身的特点及笔者学校学生的上课状态，遵循学生可持续发展的理念，就四元教学法在单片机教学中的应用进行探索与实践。即以四元教学方法为载体，重新设计单片机课程的教学方案，将原来教学过程的学习任务利用简化条件法分解成为学习任务序列，让学生由易到难、由简到繁、由浅入深、循序渐进地学习与工作，收到了很好的教学效果，培养了学生的综合职业能力，提高了学生的整体素质。
关键词：四元教学法 教学设计 单片机
四元教学法是技工院校采用的一种新型的教学方法，是指运用学生已经积累的知识与经验，让学生快速进入教师所设置的学习情境中，在课堂中能自主思考，积极探究，使课堂更加活泼而高效的教学方法。笔者学校教师经过企业调研、实践专家访谈会、提取典型工作任务等一系列活动研发的学习任务，在教学过程中由于种种原因却难以实施，为了解决这一难题，本文对比分析＂四元教学＂实施前后单片机技术应用课程的教学效果，基于实践分析研究的成果，说明四元教学法在单片机课程中对于教学设计的重要性。
一、课程简介
单片机技术应用课程是技工院校自动化专业实践性很强的一门专业拓展课，与其他专业课程联系紧密。学习该课程之前，学生需要掌握电工基础、电子产品的安装与调试等方面的基础知识。学好该课程为世界技能大赛电子技术项目竞赛夯实基础，更为学生毕业后能找到电子信息类相关工作起着不可替代的作用。笔者学校在教学计划中已把单片机技术应用课程定位为工学结合项目教学课程。该课程涵盖了流水灯控制系统设计与实现、电动机控制系统设计与实现、送料小车控制系统设计与实现、数字钟控制系统设计与实现、数字温度计控制系统设计与实现等五个学习任务的教学内容，承载了该门课程最主要的基础知识点与技能点。
二、课程现状
笔者学校单片机技术应用课程上课的现状是，老师以讲解理论知识和演示技能为主，学生在被动接受知识，被动看教师演示技能，甚至有的教师满堂灌，导致很多学生不能主动积极地参与到课堂中，教学效果非常不理想。因此，结合当前学校学生上课的现状，在进行该课程教学改革与实践时，运用四元教学法重新设计课程，讓全体学生都能主动积极参与到课堂中。同时，争取把该课程的重点与难点化整为零，使学生学习起来得心应手，提高学生学习积极性。下文以单片机技术应用课程中＂流水灯控制系统设计与实现＂这一学习任务为例，分析运用四元教学法设计前后课堂得到的不同教学效果。
三、改革前教学设计
流水灯控制系统设计与实现主要涵盖了七个方面的知识与技能点。第一，单片机最小系统的硬件设计；第二，单片机硬件仿真软件Protues的使用方法；第三，单片机汇编语言编译软件Keil的使用方法；第四，LED流水灯控制系统的电路设计；第五，单片机LED灯亮与灭的汇编语言程序设计；第六，单片机控制系统的延时程序设计；第七，系统联调。
学生在学习流水灯控制系统设计与实现之前，对单片机的基本知识点与技能点，有了初步的认识。如单片机最小系统组成、Protues软件的使用方法、Keil软件的使用方法、汇编语言及电路的简单控制方式等。这些基础知识在讲解学习任务之前都进行简单的介绍。流水灯控制系统设计与实现教学设计如下。
1.教学活动
流水灯控制系统设计与实现由四个教学活动组成，即教学活动一＂接受任务，查询资料，制订计划＂，教学活动二＂装调前的各项准备工作＂，教学活动三＂系统的装配、编程与调试＂，教学活动四＂工作总结与产品展示＂。
2.教学环节
就教学活动三来说，课堂教学共分为四个教学环节，分别是：教学环节一＂流水灯电路的安装＂，教学环节二＂运用Keil软件对流水灯电路进行程序设计＂，教学环节三＂运用Protues软件进行软件模拟＂，教学环节四＂流水灯控制系统软、硬件联调＂。
3.教师活动
（1）指导学生安装流水灯电路；（2）指导学生运用Keil软件对流水灯电路进行程序设计；（3）指导学生利用Protues软件对流水灯电路进行模拟仿真；（4）指导学生调试流水灯控制系统。
4.学生活动
（1）安装流水灯电路；（2）在Keil软件中使用汇编语言编写流水灯程序：（3）运用Protues软件模拟仿真流水灯电路；（4）下载程序到流水灯硬件电路板，实现系统联调，完成学习任务。
由以上教学设计细节可知，虽然已经是当前流行的任务引领式教学，但教学设计过程大多数还是以教师的经验为主，设计欠缺条理性，导致教师在上课的过程中出现一系列问题，比如，教师在讲台上唱独角戏，学生只听讲不主动积极思考；或者有的学生听得云里雾里，根本融入不到课堂中去。笔者在实施教学的过程中，偶尔也有学生动手实践环节，如安装流水灯电路、编写程序，但由于学生没有从根本上理解关键知识点、技能点，只能在教师的指导下完成任务，没有自主学习的能力，甚至在编写程序的过程中无所适从。大部分学生是在教师编写好程序上，他们直接输入到软件中，遇到问题不能通过自己或小组解决，分析问题、解决问题的能力欠缺。另外，从教师层面来说，经验不同的教师按照这份教学设计进行教学，上课的效果可能完全不同，或生动有趣，或呆板乏味，导致工学结合课成为单一的理论课或者技能课，没有达到预期的教学效果。
四、改革后教学设计
对于以上达不到理想教学效果的问题，经过学校自动化专业教研组讨论研究，形成了按照四元教学法重新进行教学设计，把流水灯控制系统设计与实现学习任务分解为任务难度与学生基础、能力相匹配的，由易到难、由简到繁、由浅入深的三个学习任务序列的意见。即：任务序列一＂单个LED灯闪烁＂，任务序列二＂8个LED灯间隔亮并闪烁的控制系统设计与实现＂，任务序列三＂8个LED灯循环亮1s并闪烁的控制系统设计与实现＂。下文以任务序列一＂单个LED灯闪烁＂为例进行如下教学设计。
教师：布置任务——展示单个LED灯闪烁控制系统，并提问此电路的基本组成及怎样实现单个LED灯闪烁。
学生：自主思考，积极探索，小组讨论，查阅所需资料，并记录总结。
教师：将单个LED灯闪烁与生活中广告牌相比较，引出单片机最小系统的组成，要求学生用软件搭建单片机最小系统。
学生：利用Protues软件搭建单片机最小系统。
教师：总结学生在最小系统搭建过程中遇到的问题，给予统一指导与讲解。
学生：进一步完善本组的最小系统设计。
教师：在最小系统的基础上，指导学生搭建单个LED灯控制电路。
学生：分组搭建单个LED灯电路。
教师：如何实现单个LED灯亮或者灭？讲解LED灯亮与灭的工作原理，及如何编写亮灯程序，并利用仿真软件演示单个LED灯闪烁电路。
学生：自主思考，积极探究，观察仿真电路，查阅所需资料，编写单个LED灯的亮灯程序，利用Protues软件及Keil软件模拟仿真并总结记录。
教师：指出各小组在仿真过程中遇到的问题，及时评价反馈。
学生：在评价反馈的基础上，进一步完善本组作品。
教师：LED灯亮与灭的时间如何设置？讲解延时程序的结构。
学生：根据教师的讲解，各小组设置不同的延时时间，可以是0.5s或1s，再次对电路进行仿真，灵活运用延时程序，完成任务。
学生：展示本组成果，进行小组自我评价、小组互相评价，小组转圈评价。
教师：总结各组在展示产品的过程中遇到的问题，给予及时的评价反馈。
学生：根据各小组及老师的反馈，进一步完善单个LED灯闪烁电路，并写出总结记录。
教师：布置作业——如何实现8个LED灯间隔亮并闪烁（下个学习任务序列需要准备的资料）。
从本教学设计可以看出，教学过程中每一个环节环环相扣。全体学生都能主动积极地参与到课堂中去，求知欲望极其强烈。教师布置任务，引领学生积极思考，积极探索，再通过小组合作共同完成学习任务。通过小组之间互相评价，取长补短，互相学习，共同提高，从中锻炼了学生解决问题的能力与语言表达能力，提高了学生整体素质。教师对学生完成任务情况及时给予合理评价，并对实施过程中存在的共性问题进行解答，如大部分学生在编写程序时不会计算延时时间，教师则可以给出延时时间编写流程图，提示学生如何合理设置程序，让学生都能形成良好的编程习惯，快速有效地完成学习任务，进一步提高学生的学习积极性。本教学设计中，教学过程具有可控性，可执行力强，且对于教师的资历要求不高，只要按照本设计进行教学，按部就班要求学生完成每一项工作任务，学生和教师都能灵活融入情境，快乐教学与学习，能达到预期的教學效果，能很好地实现教学目标。当然，经验丰富的教师运用起来会更加灵活自如。
五、小结
本文对比分析了单片机技术应用课程在教学设计改革前后的效果。运用四元教学法设计与实施的课堂，通过简化条件法把原来的学习任务分解为学习任务序列，形成由易到难、由简到繁的渐进学习过程，遵循学生的身心发展规律。运用四元教学法设计的单片机技术应用课程，课堂更加生动活泼有趣，更具有可操作性，不仅增强了学生自主学习、积极探索的能力，提高了学生分析问题、解决问题的能力，还提高了学生语言表达能力与沟通能力和综合职业能力，达到了高技能人才的培养标准，为国家培养优秀的高素质技能型人才奠定基础。
参考文献：
[1]孔维功.《单片机编程与实现》课程教学设计揭秘[J].邢台职业技术学院学报，2015（5）.
[2][美]加涅等.教学设计原理[M].上海：华东师范大学出版社，2007.