刘博
唐山工业职业技术学院，河北 唐山 063299）
摘要：单片机课程是智能制造时代高职院校许多专业所开设的专业必修课。然而多年以来，教师普遍反映单片机课程难度大，教师难讲，学生难学，教学效果往往很不理想。本文探讨了单片机课程难度的根源，并提出了新的教学模式。
关键词：高职院校；单片机教学；课程改革；arduino
中图分类号：G712 文献标识码：A
单片机课程是智能制造时代高职院校许多专业所开设的专业必修课。大部分院校使用C51 单片机作为教学载体，少部分院校更新使用了 stm32 单片机，后者更贴近生产实际。然而多年以来，教师普遍反映单片机课程难度大，教师难讲，学生难学，教学效果往往很不理想。那么从根源出发，探索符合学生认知规律的教学模式，将对教学效果的提升有着推动作用。
1 单片机课程教学现状
有的中职学校开设了单片机课程，教师分析了学生的特点：中职学生文化基础普遍薄弱，逻辑思维能力、理解接受能力以及抽象构想能力也普遍欠缺，所以导致单片机课程的难度一直较高[[【参考文献】
[] 刘国云.应用PROTEUS仿真突破中职单片机教学难点的三个案例[J].电子世界,2021,{4}(10):33-34.]]，而学校仅仅使用传统的 PPT 讲授法进行授课，学生不能动手实践，看不到实验现象，从而对单片机相关知识的理解仅仅是浮于表面。对于此种情况，教师引入 Proteus 软件作为教学平台，该教学改革实现了从单纯的讲授到讲授—实验的跨越，学生能够通过动手学习单片机的相关知识。
目前很多中高职院校单片机课程使用 Proteus 仿真软件配合 keil C51 编程软件作为教学的软件实验实训平台，便于教学管理。然而，一些教师仍然发现教学过程难度不减，一方面大多数教师仍采用传统的课程教学模式授课，把理论教学与实验教学人为地“割裂”开来[[[] 张东阳,孟力军.基于理实教学一体化的单片机原理与应用课程案例[J].计算机教育,2021,{4}(07):77-81.]]。在此背景下，教师将教学过程重新设计，突破单片机理论体系限制，将知识点重新编排打包，形成若干项目和任务，在完成任务的过程中学习到知识点，之后有教师将此种任务驱动的教学方法和 OBE 理念结合起来，发现 OBE 理念与单片机课程的实践性、工程性、创新性等特点契合度很高，并以学生为中心实施实验项目设计与教学，教学活动聚焦在学习成果上，建立多元化达成性评量体系和持续改进机制[[[] 谢佩军.OBE理念下单片机虚拟仿真实验教学改革研究[J].计算机时代,2021,{4}(06):91-94.
基金项目：唐山工业职业技术学院2019年度院级课题“物联网背景下‘智能控制电路项目实践’课程模式改革研究”，主持人刘博。
作者简介：刘博（1985 -），男，河北唐山人，硕士，唐山工业职业技术学院讲师，主研方向为高等职业教育单片机课程改革。]]。
作者所在学校是一所高职院校，同样也开设了单片机课程，课程也使用了keil C51和Proteus作为软件实验实训平台，在机房授课。作者在授课过程中发现，课程难度对于学生来说确实较高，然而，课程难度的根源却没有教师进行分析，许多教师通过对实验实训平台的升级以及吸收先进的教学方法来探索适合中高职学生的学习路径，但是效果甚微。由此可见，只在教师教法、学生学法以及课程形式上下功夫，并不能提升教学效果。
在经过几轮的教学反思、研讨之后，作者发现导致教学效果不理想、课程难度大的根源在于课程的设计不符合学生认知发展规律。以下从课程情况和学生现状来分析。
1.1 单片机课程情况
目前仍然大多数院校使用C51作为单片机的教学主体，其原因在于教材丰富，资料齐全，在线资源多，教师对于C51单片机较为熟悉。而单片机作为一款可以编程的电子芯片，学习的内容包括电路设计和程序设计，单片机程序编写使用C语言。程序编写完成后，需要经过通讯口从计算机下载到单片机进行调试。
由此可见，单片机课程难度在于涉及的内容非常多，包括模拟电路、数字电路、单片机结构和原理、编程、计算机高级操作等内容。
1.2 高职学生现状
目前高职院校的录取仍然是高考分数不高的群体，大部分学生逻辑思维较差也为教学增加了难度，学生将大部分精力花费在电路的理解以及程序语法上，对于程序的逻辑及代码功能等核心内容无法消化吸收。
根据以上分析，单片机教学的困难不在教学方法上，而是课程没有根据学生的认知发展的规律进行开发。作者根据此现状，提出了面向高职学生的以学生认知发展规律为导向的单片机课程开发思路。
2 高职单片机课程开发总体思路
上文分析了单片机课程的总体情况，课程内容涉及广，知识点多，需要学生具备电路设计和编程能力，而高职学生往往在学习单片机课程时缺乏这两种能力，学生每节课都要花费大量的精力来理解每个部分，如果某一节课没跟上进度，那么直接影响后面的知识学习。所以我们应该在设计课程时，前期弱化一个方面，主要精力去解决另外一个方面，等这个方面的知识基础牢固了，再加强第一个方面，例如前期可以弱化编程内容，将重点放在单片机外围电路设计上，虽然弱化编程内容，重点是建立程序设计逻辑，忽略代码语法。后期随着学生能够自主设计电路，自主设计程序逻辑后，增加代码编程的内容，这样学生就能够把精力重点放在代码语法上，循序渐进的学习。
除此之外，由于单片机是一套硬件系统，学习单片机最好的方法还是通过硬件，学生动手完成任务，分析真实实验现象才能对单片机有一个深刻的体会和认识，而仿真软件的作用只是在对单片机完全熟悉的情况下，开发者开发实际任务时，为了节约调试时间和成本，首先在仿真环境下验证，仿真验证没有问题再拿到设备上运行，通过仿真软件学习单片机实际上不是一个最佳的学习途径。
3 软硬件实验实训平台选择
目前C51单片机只能通过C语言或汇编语言进行编程。除了C51单片机以外，目前流行的单片机还有stm32和arduino，stm32对于初学者来说，学习难度要远大于C51单片机，而arduino作为一款创客工具，主要面向电子爱好者，是一款便捷灵活、方便上手的开源电子原型平台。arduino核心控制芯片实际上也是一款C51单片机。我们选择arduino作为课程的硬件实验平台。
选择arduino的原因不仅在于其开源，使用简便，另外一个重要方面就是有相应的图形化编程软件支持arduino开发，mixly就是其中一个，我们选用mixly作为课程的软件实验平台。所谓图形化编程，就是将程序中的各个功能代码以图形积木块的形式封装起来，编程的过程和搭积木的过程类似，学生不需要去检查有没有语法错误，只要两个指令块能够拼在一起，从语法角度上就是正确的，这样学生就能够把精力全部放在编程的逻辑上。不仅如此，在教学的中后期，学生如果掌握了程序设计的逻辑，能够自主用图形化编写出一套完整的程序并能够运行，那么就可以进入代码编程阶段，mixly提供了图形化编程与代码编程的对照，学生能够非常容易的将思路转移到代码编程上。
进入到代码编程阶段后，编程环境将转移到arduino官方IDE。
6 结束语
单片机课程教学难度大其原因在于每节课知识点繁多，给学生学习和教师授课带来了巨大的压力。本文将单片机课程所使用的软硬件平台更换为arduino和mixly，二者的配合极大的弱化了那些本不应该出现在教学设计中的困难，同时学生能够看到真实的现象，对单片机的理解也更为深刻，采用这种“先建立编程思想再深入学习编程语言”循序渐进的方法，会显著提高学生学习的信心和兴趣。