掌上单片机实验室 – 单片机课可以这样开（23）

一、背景

        前面系统介绍了基于小车进行单片机学习的示例。之所以做这些，是因为这些年来观察到：一些大学生毕业后面对实际工作，虽说学过单片机，却无从下手；结合我自己的学习体会，想创建一个方便交流的单片机学习硬件平台，像在PC上学习编程一样，可直接运行别人的程序来消化、吸收、提高。

        但只做一个硬件平台，缺乏内容，没有说服力。便做了前述的若干示例性应用，以证明通过小车这样的控制对象，可将单片机应用的多数基本技能贯穿其中，从而使学生可以掌握初步的应用技能，日后在实际工作中再逐步提高。

        在和学生交流时，他们总是说学校教的东西用不上；而和老师交流时，老师们一方面觉得学生不好好学；同时也确实觉得课程设置有点不妥，要教的内容、对应的课时以及学生能力不匹配。

        为何会出现这种状况？我觉得是对教学对象的需求分析不清、课程设置目的不明确所致。

        我所接触的学生中，毕业后能在单片机应用上干点事，能很快进入工作角色，甚至不久即可独挡一面的，多数是有如下经历：

1. 跟着老师做过项目
2. 参加过比赛并且承担主要角色
3. 自己尝试过创业或参与社团相关活动

        总之都曾有过丰富的实践机会；几乎没有是因为课堂学习好、考得好才变得有出息的！

        这说明单片机是门实践性课程，需要的是动手参与，而非单纯课堂听讲。不像物理、化学那类课程，听课是主要的，实验只是帮助理解，验证一下理论。

        单片机课程可以不授课，只要出一些题目，让学生去做，老师只需扮演教练的角色，在学生做的过程中给予及时的指导和纠错即可。

        我在做Lego技术支持时，参与翻译过一本书 —— 《Engineering with LEGO Bricks and Robolab》：

        此书的作者是大学老师，同时是个Lego迷。他想尝试将Lego积木应用于工程教学中，写了此书。书中有几句话我深有感触，大致意思是：

        我们仅能记住别人传授我们的10%，但能记住教给别人的90%。

        引用一句中国谚语：只说给我听，我会忘；做给我看，我能记住；但让我参与，我将真正理解。

        基于这样的思路，他将课程设计成了一个个独立的挑战（任务），循序渐进的引入所需的技能。而将课堂教学变成了学生完成这些挑战的过程，老师只是在学生们做的过程中，给予指导，同时让学生相互交流，能者为师。

        作者强调要在课堂上完成，而不是将挑战布置为“家庭”作业，让学生课后完成。

        因为他有个理念：课后学生自己去做，很多时候思路、方法是错的，即便之后老师在课堂上予以纠正，但可能学生对错误的方式、方法记忆更深，因为那是他自己想出来的！

        所以，作者希望通过在课堂上完成作业，以便及时发现、纠正学生的错误，弱化错误记忆，使学生可以掌握更正确的方式、方法，从而提高教学效果。

        对此，当时读后觉得很有道理，尤其是一些工科课程，作业的对错不是那么明显，通常只是好与不好的区别；此时，如果学生不能得到及时的指正，将会导致其将错误的思路应用于日后工作，难有建树。

        本文想基于前面所做的内容，结合上述理念，提出一个单片机课程构想，供有兴趣尝试教学方式改变的老师参考。

三、课程对象需求及目的

        首先界定课程的对象。

        本建议是针对那些非计算机（或嵌入式应用）专业，课时数在30~50学时的工科学生，通常是“电子技术应用”这类所谓培养“通才”类的专业。

        这类学生的需求并非要深入掌握单片机的原理，重点是会用即可，因为单片机发展到今天，已经和数字电路差不多了，就是一个常见的可编程器件。这么短的学时，根本无法学得那么细致、深入，能做到知其然就不错，知其所以然就不必勉为其难了。

        教学的目的应该是：教会学生使用单片机，能用其解决实际问题，重点在用，放弃对原理的理解（最多作为好学生的附加题）。

        单片机本身就是一门综合性很强的学科，涉及到知识较多，在如此短的学时中，很难深入，与其煮成夹生饭，不如干脆用速食食品，囫囵吞枣，能吃饱就行。

三、课程构想

        基于上述分析，单片机课可以这样开：

1. 准备一套类似于前述小车的硬件平台，要求是简单、价廉，便于使用，不求性能好，但要体积小，因为在整个课程期间，由学生保管。同时在课堂上练习时可以在课桌上运行，无需为此在教室中设置场地。同时，小车只需通过杜邦线连接任何核心板即可工作，这样学生在练习时可以自己尝试分配单片机资源，而不是被成品PCB所束缚。
2. 选择一款或多款合适的核心板作为小车控制器，也就是单片机课程内容的载体。根据老师的教学目标及习惯选择。
3. 基于上述核心板编写一个类似于前述的程序框架，基于RTOS，未来单片机的资源应该都可以运行RTOS，在目前形式下，RT-Thread是一个不错的选择。至于学生是否有能力真正理解RTOS并不重要，能用其解决问题即可。
4. 基于课程要求及学时情况，设计一些基于小车的任务，如定速、走指定距离等，让学生在上述程序框架下实现，如果以RTOS为教学目的，可以在设计任务是对使用的RTOS功能有所要求，但只是要求会用即可。用任务方式让学生去尝试，遇到问题老师再给予辅导；而不是目前多数课程那样，先教学生内容，再让学生去用，此时学生在听的时候完全所听的东西有何用，自然无法集中注意力，谈何掌握？学生可以2人一组，以便锻炼学生的合作、交流能力。注意：任务的设计必须是叠加性的，任务相互关联，最终所有的任务都共存于自己的程序中；而不是像目前多数实验那样，相互独立，一次编程完成一个，每次实验都是一个全新的开始，这样学出来的编程技能基本无用。
5. 在课时富裕，且学生们有兴趣时，可以结合学生实践中所遇到的问题，选择一两个有代表性的RTOS功能，深入讲解，从而让学生了解RTOS的理念。
6. 再配置一些简单、价廉的传感器、通讯模块，作为学生拓展练习的素材，如超声波测距、红外测距、MEMS传感器、蓝牙、wifi等，根据课时数酌情安排。
7. 以上述传感器、通讯模块为素材，设计相应的小任务，作为课程考核。同时尽量安排课时，可以让每一个（或一组）学生能上台阐述自己设计构思，有老师和其他学生扮演答辩的角色。这样可以避免出现抄袭，更重要的是可以锻炼学生的表达能力，这一点对应工科学生十分重要，因为我们做工程的必须团队合作，无法单打独斗！

四、结语

        30~50学时，也就15~25次课，前面所做的小车内容足以应付，如果再加上几次深度讲解，以及传感器、通讯模块的拓展练习，肯定可以填满所有课时。

        这样构思将实验和教学融为一体，等于是老师带所有学生做了一个项目。

        看上去老师省事了，但实际上对老师提出了更高的要求，因为授课老师是按照自己的想法在执行，而辅导却无法预知学生会遇到什么问题？需要老师有能力应对各种奇思妙想所带来的意外。

        期待有老师愿意尝试，让培养出的学生能有所作为。

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