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职业院校单片机课程的价值诉求、教学困境与优化路径

一、引言

随着电子技术的迭代升级,嵌入式系统沿着从SCM(singlechipmicrocomputer)到MCU(microcontrollerunit)再到SOC(systemonchip)的技术路线持续演进。[1]在32位处理器十分普及的今天,仅拥有8位数据处理能力的51单片机早已退出高端应用市场,关于51单片机课程开设的必要性也成为应用电子领域热议的话题。在电子产品智能化发展的背景下,拥有强大数据处理能力的32位单片机淘汰51单片机将成为必然趋势。也有观点认为,8位单片机因其价格优势,在今后相当长的一段时间内,在中低端应用电子领域仍将占有一席之地。[2]由于职业教育与产业界密切相关的天然属性,近年来,对51单片机价值的争论也从产业链延续到教育领域,进而引发职业院校对单片机相关课程设置合理性的讨论。本文旨在通过探讨职业院校单片机课程设置的合理性和实施过程中的现实困境,厘清该课程设置的意义与价值,优化其教学实施的路径,为职业院校提高该类课程的教学质量提供建议与启示。

二、职业院校单片机课程的价值诉求

(一)关于职业院校单片机课程设置的争议

“单片机技术应用”是职业院校电子信息相关专业的一门核心课程。其目的在于通过软、硬件知识的学习和一定的实操训练,使学生具备编写、调试程序和设计、分析电路系统的能力,从而掌握单片机应用系统制作的基本方法。[3]虽然个别职业院校在单片机课程教学时会涉及AVR、STM32等单片机,但51单片机仍是绝大多数职业院校开设单片机技术应用课程所使用的主流处理器。[4]因此,本文讨论的单片机课程专指以51单片机为教学内容的课程。与产业界类似,在职业教育领域,关于51单片机相关课程的存废同样存在不同的观点。何燕阳等人认为,在ARM系列成为嵌入式系统主流处理器的市场样态下,继续教授51单片机相关课程已跟不上时代的节奏,也偏离了职业教育以就业为导向、培养产业所需人才的基本办学定位。[5]张俊认为,与主流嵌入式微处理器相比,虽然51单片机在性能和市场占有上均不占优势,但作为一款经典的微处理器,它是嵌入式系统领域入门教学的理想素材。[6]

(二)职业院校开设单片机课程的合理性辨析

因立场不同而得出相左的结论本不足为奇,然而,对职业院校教师而言,教书育人的基本角色定位决定了他们需首先从培养学生的视角审视单片机课程设置的合理性。

从教学的自然法则角度看,单片机课程是职业院校学生经历专业学习由易到难路径中的必要铺垫。单片机的前置课程有“电路原理”“模拟电子技术”“数字电子技术”“EDA软件应用”“C语言程序设计”等。这些课程在很大程度上都是自洽的,如“C语言程序设计”几乎是自成体系的一门课程,学生学习该课程并不需要以其他专业知识为基础,而“模拟电子技术”“数字电子技术”“EDA软件应用”等课程虽在一定程度上依赖“电路原理”的基础知识技能,但依存度并不高。与之相比,学生对“单片机技术应用”的学习则需要广泛结合这些前置课程的内容。因此,单片机课程可视为电子信息专业学生第一次综合运用专业知识技能的实践训练平台,是知识结构从简单走向复杂,技能训练从零散走向综合的分水岭。与ARM等微处理器相比,51单片机的结构相对简单,可在一定程度上减轻学习者在综合学习中的认知负荷,其作为一种教学素材,更贴合职业院校学生基础较差的学情。因此,51单片机是职业院校学生巩固、整合前置课程相关知识技能,迈向专业能力综合提升的必要台阶和适切的平衡点,它的开设总体上符合循序渐进的基本教育规律。

从培养学生专业能力的角度看,职业院校固然应该以培养产业所需人才为目标,而学习掌握51单片机的相关知识技能与这一办学目标并不相悖。一方面,51单片机当前仍被广泛应用于电磁炉、电饭煲等中低端电子产品,其市场保有量巨大,51单片机的开发与维修技能在当今市场仍有用武之地。另一方面,51单片机中的寄存器、定时器、I/O口、模拟量采集等模块,与ARM等主流微处理器的硬件结构是一脉相承的。C语言程序设计中的库函数、中断、指针等概念,也与其他嵌入式系统编程相通。有研究表明,与直接学习主流嵌入式系统开发相比,有过51单片机学习经历者在后续学习中更容易上手。[7]由此可见,掌握51单片机的应用技能是职业院校电子信息相关专业学生具备主流电子产品开发与维修能力的理想起点,单片机应用课程在职业院校电子信息专业课体系中仍具有不可替代的地位。

三、职业院校单片机课程教学的现实困境

(一)基础薄弱:学生的前置知识技能不够扎实

如前所述,单片机课程的学习需以大量的前置课程知识、技能为基础。然而,受诸多因素的影响,职业院校学生对前置课程的掌握情况往往不尽如人意,薄弱的专业基础在很大程度上制约了其分析、设计单片机系统能力的培养。在硬件方面,单