李显圣

（广西职业技术学院，广西 南宁，530226）

引言

具有强大控制和运算能力的单片机是汽车控制系统的“大脑”，对车辆电子系统故障的诊断，其实就是与单片机“对话”的过程。以培养学生理解单片机工作原理、掌握单片机系统软硬件开发技术、提高车辆检测水平为目的的单片机技术应用课程是汽车专业的核心课程之一。由于这门课程涉及多种基础知识，对逻辑思维的要求较高，实践性较强，加上学生基础较为薄弱等原因导致课程教学效果不够理想[1]。笔者引入Arduino 单片机，对相关教学内容和环节进行了改革，取得较好教学效果。

1 教情分析

1.1 教材分析

目前，市面上主流的汽车单片机技术应用教材虽然都能以项目的形式编写，且项目名称都关联到了汽车，但主要还是围绕MCS-51 单片机硬件系统、指令系统、汇编语言程序设计、定时/计数器与中断系统以及单片机接口技术等[2]内容展开，与电子类专业教材没有太大区别，没有突出汽车专业的特点。这些内容对学生的电子基础知识、理解和记忆能力要求都很高，学习难度比较大。

1.2 学情分析

高职院校汽车专业学生的电子基础知识普遍比较薄弱，学习积极性较差，自主学习能力欠缺，很多学生在学习单片机硬件过程中被各种寄存器的名称和功能搞得晕头转向，几乎失去继续学习下去的勇气。MCS-51 单片机的汇编语言指令系统有111条指令，有的指令是一个英语单词的缩写，有的则是几个单词的缩写，面对数量如此庞大却又难以理解的指令，许多学生往往会望而却步[3]。

1.3 教学方法分析

传统的教学方法是理论教学和实验教学分开，一个老师负责上理论课，另一个老师负责带着学生完成教材上的实验，涉及多个班级时则安排合班上理论课。这种理论和实践分开的教学模式不适合单片机课程实践性强的特点。

2 教学改革

结合以上分析，这门课程的教学不能按常规套路出牌，必须进行教学内容和教学方法上的改革。

2.1 教学内容改革

结合学生的实际情况，根据与专业相关和零基础编程的原则，重置教学内容。笔者基于Ardunio单片机，设计了单个LED 闪烁、温度计、转速/里程表、倒车雷达系统、循迹小车等既包含单片机程序基本控制结构又贴近专业特点的教学项目（如图1 所示）。教学项目的设置具有由浅入深、循序渐进的特点。项目1 让学生学习端口配置方法和顺序程序结构，感受单片机的神奇，初尝成功的喜悦；项目2 让学生结合他们熟悉的传感器学习单片机的A/D 功能、显示元件的使用以及循环程序结构；项目3 让学生在之前项目的基础上学习使用单片机进行简单的数据处理并学会使用定时器；项目4 是项目2 和项目3 的进阶；项目5 引入分支程序结构，以玩具小车实现“自动驾驶”的演示案例，增强学生的学习兴趣。Ardunio 单片机平台的显著优势之一就是初学者完全不需要了解其内部的硬件结构和寄存器设置，也无需具备太多的单片机知识和编程基础，通过简单学习之后，就可以利用该平台开发程序。

图1 项目构成

为了实现学生零基础编程，引入图形化编程工具Mixly。该程序模块丰富，采用中文描述，这使得学习者几乎能够在中文的环境下实现编程，极其容易上手。如最基本的输入输出语句被模块化之后就成为图2 所示的样式，学生仅需修改端口数据便可完成端口配置。通过模块化设置，即便是较复杂的液晶显示程序也可以很容易设计出来（如图3 所示）。

图2 Mixly 输入输出模块

图3 液晶显示控制模块

2.2 教学方法改革

课程教学打破传统的理论和实训分开授课、先理论后实训的模式，将学生两人分为一组，采用理实一体化教学方式授课：实训前给学生讲解项目实现的方法，讲解和演示程序模块的用法，然后采用“软件仿真+硬件实现”的方式开展实训。以倒车雷达系统的教学为例，教学过程如下：（1）先给学生下达项目任务，并做简要分析，再讲解超声波测距原理方法。（2）结合仿真软件Proteus 讲解测距模块SRF04（如图4 所示），重点强调单片机IO 口的选用。（3）讲解Mixly 中相关程序模块的功能及用法，并分析程序设计流程和演示例程。主要涉及的程序模块包括：测距模块、显示模块、数据类型转换模块，如图5 所示。程序流程和例程分别如图6 和图7 所示。（4）指导学生使用电路模块在面包板上搭建测距电路，并验证和调试程序。（5）向学生提出更高要求，如为系统增加“滴、滴”报警声，要求距离越短，声音越急促，通过引导学生自主思考，培养学生的编程思维和编程能力。（6）项目完成情况考核。

图4 SRF04 模块

图5 主要程序模块

图6 程序流程

图7 演示例程

2.3 考核方式改革

课程考核由过程性考核（占40%）和终结性考核（占60%）两部分组成，重在考核学生的动手能力。终结性考核采用“项目制作+设计报告+答辩”[4]的方式进行，具体考核方式是：要求学生围绕给定的主题自主设计并撰写设计报告，然后制作一件功能完备的作品（如一款单片机控制的汽车电子产品），最后结合自己的作品接受答辩。这三个项目的权重比例是4：3：3。

3 改革成效

上述改革举措经过一届学生的教学实践，取得了较为显著的成效：（1）学生的学习积极性显著提高。由于每个项目都进行考核，学生学习上有一定压力；编程工具易于理解和掌握，降低了学习难度；实训手段可以让学生立即见到自己努力的成果，这些因素有效地提高了学生的学习积极性。（2）学生的学习效果显著改善。在终结性考核中，每个小组都能按照要求完成项目任务，且每个小组提交的作品没有重复，表现出了较强的动手能力和创新能力。部分学生参加了新能源汽车运用与维修竞赛、创新能力大赛、大学生电子设计竞赛等比赛，获得了三等奖及以上的荣誉。