單片機(jī)實(shí)踐教學(xué)改革與應(yīng)用型人才培養(yǎng)

樓然苗　王世來

摘要：從培養(yǎng)應(yīng)用型人才的教學(xué)目的出發(fā)，結(jié)合“單片機(jī)原理與應(yīng)用”課程教學(xué)實(shí)驗及課程設(shè)計環(huán)節(jié)中的實(shí)際情況，討論了如何開展教學(xué)內(nèi)容、配套實(shí)驗和課程設(shè)計環(huán)節(jié)的改革，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)實(shí)際設(shè)計動手能力，從而促進(jìn)理論與實(shí)踐的貫通，為學(xué)生較好掌握單片機(jī)設(shè)計應(yīng)用方法提供教學(xué)改革經(jīng)驗。

關(guān)鍵詞：單片機(jī)：實(shí)踐教學(xué)；改革；應(yīng)用型人才；培養(yǎng)

“單片機(jī)原理與應(yīng)用”是一門工科電類大學(xué)生重要的專業(yè)基礎(chǔ)必修課，其特點(diǎn)是應(yīng)用性強(qiáng)。在日常生活中我們到處可以接觸到采用單片機(jī)進(jìn)行自動化控制的家用電器，如空調(diào)、冰箱、電飯煲、洗衣機(jī)等。在每年舉行的國家或省大學(xué)生電子設(shè)計競賽中，幾乎所有的作品都要使用單片機(jī)才能完成系統(tǒng)設(shè)計。單片機(jī)實(shí)際上已成為小電子產(chǎn)品自動化功能實(shí)現(xiàn)的首選設(shè)計，因此，對電類學(xué)生來說，掌握了單片機(jī)的應(yīng)用技術(shù)，就相當(dāng)于踏進(jìn)了就業(yè)的大門。我校曾獲電子競賽獎的同學(xué)在企業(yè)招聘中供不應(yīng)求就說明了這點(diǎn)。因此在大學(xué)里，怎樣上好單片機(jī)這門課程，使學(xué)生產(chǎn)生學(xué)習(xí)單片機(jī)設(shè)計的興趣，學(xué)會單片機(jī)設(shè)計應(yīng)用技術(shù)，是非常值得研究的教學(xué)課題。

一、教材建設(shè)與實(shí)踐研究密切結(jié)合

教學(xué)與科研有機(jī)結(jié)合是高校教學(xué)的特點(diǎn)之一，今天的課本知識是昨天的研究成果，現(xiàn)在的研究是明天的課本教材。只有不斷地掌握新知識，實(shí)踐新技術(shù)，才能及時更新教學(xué)內(nèi)容，將當(dāng)前最新的應(yīng)用器件介紹給學(xué)生，將自己最新的技術(shù)知識傳授給學(xué)生。一個連自己都不會進(jìn)行單片機(jī)設(shè)計的老師來從事單片機(jī)的課堂教學(xué)，其效果是可想而知的。因此，一方面教師要注重單片機(jī)的實(shí)際應(yīng)用研究實(shí)踐；另一方面要將最新知識融入教材，及時更新教材內(nèi)容，最好是自行出版教材。

二、課堂教學(xué)與考試方式的改革

1課堂教學(xué)方法

課堂教學(xué)要注重以下幾個要點(diǎn)：

(1)理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)要交叉進(jìn)行。在課堂教學(xué)中，利用單片機(jī)實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)的實(shí)物來直觀演示單片機(jī)的功能，并進(jìn)行程序及硬件設(shè)計原理分析；或利用MEDWIN或WAVE等集成單片機(jī)調(diào)試環(huán)境進(jìn)行編程及程序調(diào)試的課堂教學(xué)。使學(xué)生既學(xué)習(xí)單片機(jī)原理知識，又了解實(shí)際設(shè)計工具，逐步熟悉掌握編程調(diào)試工具，這會使學(xué)生對單片機(jī)原理的學(xué)習(xí)產(chǎn)生一種從感性到理性的認(rèn)識。再通過自己在實(shí)驗中的親身實(shí)踐，迅速培養(yǎng)學(xué)習(xí)的興趣，進(jìn)而用理論指導(dǎo)實(shí)踐，以實(shí)踐鞏固理論。

(2)在課堂上要多讓學(xué)生上參與一些具體實(shí)例的演示程序的編程思考，改變以教師為中心的滿堂灌。多提問，多啟發(fā)，多采用討論式的教學(xué)。

(3)課堂教學(xué)使用多媒體課件并適當(dāng)結(jié)合板書。把程序和指令的執(zhí)行過程以多媒體課件形式表現(xiàn)出來不僅形象化，而且大大地增加了教師講解的知識容量，有更多的時間講解重點(diǎn)和難點(diǎn)。

(4)作業(yè)布置與小實(shí)驗相結(jié)合。如編程定時，計數(shù)器、中斷等小程序作業(yè)，學(xué)生都可以在寢室的計算機(jī)上實(shí)驗，自己獨(dú)立編程與調(diào)試，并加以驗證，為進(jìn)行設(shè)計性正式實(shí)驗準(zhǔn)備基礎(chǔ)。

(5)單片機(jī)課程所有的教學(xué)及輔導(dǎo)資料均可在精品課程網(wǎng)站上下載，學(xué)生課外可以在網(wǎng)上進(jìn)行自主學(xué)習(xí)、資料下載、在線網(wǎng)上模擬考試、教師在線解答問題等。對于一些理解能力較差或特別感興趣的學(xué)生，可進(jìn)行個別輔導(dǎo)。

2理論考試

單片機(jī)是注重實(shí)際設(shè)計應(yīng)用能力掌握的課程，應(yīng)采用靈活的考試手段。理論考試可采用開卷形式，考核內(nèi)容應(yīng)強(qiáng)調(diào)對知識的理解和應(yīng)用，避免死記硬背。另外還可結(jié)合計算機(jī)理論機(jī)考，我校有單片機(jī)課程的網(wǎng)上考試系統(tǒng)，考試時每位同學(xué)隨機(jī)抽題，全班同學(xué)的試卷均會不同，減小了學(xué)生作弊的可能性。

三、實(shí)驗教學(xué)與實(shí)際設(shè)計結(jié)合

我校從2001年開始自主開發(fā)單片機(jī)實(shí)驗電路板，并實(shí)行由學(xué)生從焊接元件開始到編程實(shí)現(xiàn)控制功能，既培養(yǎng)了學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，又掌握了單片機(jī)產(chǎn)品設(shè)計的方法與全過程，教學(xué)效果明顯。單片機(jī)實(shí)驗內(nèi)容我們安排了設(shè)計性實(shí)驗項目“LED時鐘電路的設(shè)計”。這是一個學(xué)生較感興趣并且程序設(shè)計復(fù)雜度可隨學(xué)生能力的不同而改變的編程實(shí)驗。對于基礎(chǔ)差一點(diǎn)的學(xué)生，可編制出能按24小時制運(yùn)行的計時器；對基礎(chǔ)掌握較好的學(xué)生，可編制出許多的時鐘功能，如：開機(jī)滾屏顯示班級學(xué)號、時間調(diào)整、按鍵音、定時提醒、秒表功能、倒計時定時器、整點(diǎn)報時等。實(shí)驗板成本在30元內(nèi)，成本低廉，而效果遠(yuǎn)比實(shí)驗箱或電腦上模擬調(diào)試要好得多。

四、課程設(shè)計注意設(shè)計的難度，為畢業(yè)設(shè)計作準(zhǔn)備

課程設(shè)計是單片機(jī)設(shè)計應(yīng)用能力的再次鞏固提高，應(yīng)在課堂實(shí)驗的基礎(chǔ)上有所提高。我校在2003年設(shè)計了一款多功能小型LCD液晶顯示單片機(jī)實(shí)驗板，用于學(xué)生課程設(shè)計，實(shí)驗板可進(jìn)行7個以上的綜合性編程實(shí)驗。

1實(shí)時時鐘編程實(shí)驗?？稍谝壕辽巷@示年、月、日、星期、時、分、秒等信息，可進(jìn)行實(shí)時時間的調(diào)整，24小時內(nèi)可設(shè)定多次定時功能，能在E2pROM中存儲定時數(shù)據(jù)。

2數(shù)顯溫度計編程實(shí)驗。能在液晶屏上顯示當(dāng)前的氣溫、水溫或其他被測物的溫度，能設(shè)定低溫或高溫報警，能模擬空調(diào)等溫控器的作用，能在EZPROM中存儲設(shè)定的報警溫度。

3超聲波測距編程實(shí)驗。能顯示障礙物的距離，能設(shè)定遠(yuǎn)距離或近距離的報警，能模擬運(yùn)動物體的自動測距報警功能，能在E2PROM中存儲距離報警數(shù)據(jù)。

4遙控發(fā)射與接收編程實(shí)驗。能用一塊實(shí)驗板作為遙控器，另一塊作為接收器進(jìn)行紅外線遙控編程實(shí)驗。遙控器有6個按鍵，接收器的功能演示可用LED小燈、蜂鳴器、液晶背光燈等。

5正弦波信號源編程實(shí)驗?？奢敵?.01 HZ～83HZ的正弦波(或三角波)，還可輸出1.3HZ～10.6KHZ的方波信號。

6串行通訊編程實(shí)驗。能與PC機(jī)進(jìn)行串行通訊，在PC機(jī)的超級終端上顯示中文字符或其他字符。能用PC機(jī)發(fā)命令控制單片機(jī)的功能操作。

7音樂編程實(shí)驗。能用蜂鳴器演奏自編歌曲。

8將以上編程實(shí)驗進(jìn)行組合并結(jié)合鼠標(biāo)、旋轉(zhuǎn)編碼開關(guān)等，成為多功能的應(yīng)用設(shè)計實(shí)驗項目。

單片機(jī)課程設(shè)計一般安排在學(xué)期末或次學(xué)期，在做實(shí)驗之前，必須提前將實(shí)驗項目的設(shè)計原理及編程思想在課堂教學(xué)中進(jìn)行介紹，結(jié)合學(xué)生平時進(jìn)行的上機(jī)小實(shí)驗，在學(xué)生有一定編程基礎(chǔ)的條件下才能進(jìn)行課程設(shè)計。課程設(shè)計時間為1.5周，設(shè)計前學(xué)生應(yīng)認(rèn)真查閱《單片機(jī)課程設(shè)計實(shí)例指導(dǎo)》教材(或課程網(wǎng)站)中有關(guān)12232F液晶顯示器、DS1302實(shí)時時鐘、24C16存儲器、RS2通訊串口芯片MAX232、DA0832數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片、CX20106紅外線接收芯片、74LS04(六反相器)芯片、DS18820數(shù)字測溫芯片等的資料，了解其使用特性，閱讀實(shí)驗基本功能程序，然后根據(jù)自己的興趣及能力從中選一個項目進(jìn)行課程設(shè)計。

五、教學(xué)效果

通過我校單片機(jī)課程組教師的共同努力，學(xué)生單片機(jī)學(xué)習(xí)取得了明顯的成效。

1大部分學(xué)生對“單片機(jī)原理與應(yīng)用”課程的學(xué)習(xí)產(chǎn)生了較濃厚的興趣，出現(xiàn)了課外學(xué)生自選單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)課題進(jìn)行自行設(shè)計研究的好現(xiàn)象，推動了學(xué)生的課外電子設(shè)計。

2“單片機(jī)原理與應(yīng)用”課程教學(xué)為學(xué)生的電子自動化設(shè)計打下了良好的基礎(chǔ)，為我校學(xué)生參加全國或全省科技競賽取得好成績發(fā)揮了重要的作用。2001年以來，學(xué)校共獲全國一等獎2組，二等獎1組；浙江省一等獎6組，二等獎7組，三等獎4組。

3單片機(jī)設(shè)計應(yīng)用能力的提高，為學(xué)生進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計打下了良好的基礎(chǔ)，畢業(yè)前選擇單片機(jī)作為設(shè)計題目的比例大大提高。部分畢業(yè)生在畢業(yè)后進(jìn)入專業(yè)電子開發(fā)公司，成為單片機(jī)應(yīng)用開發(fā)技術(shù)人才。

“單片機(jī)原理與應(yīng)用”是一門應(yīng)用性極強(qiáng)的課程，隨著單片機(jī)新技術(shù)的飛速發(fā)展，給單片機(jī)課程內(nèi)容本身增加了很多新的元素。這就要求教師不斷更新課程內(nèi)容，改革教學(xué)及實(shí)驗方法，在課程教學(xué)中緊緊抓住“應(yīng)用”這個綱領(lǐng)，以培養(yǎng)應(yīng)用型人才為目標(biāo)，注重學(xué)生實(shí)際設(shè)計能力培養(yǎng)，為社會培養(yǎng)更多的電子自動化設(shè)計應(yīng)用型人才而作出自己的一份貢獻(xiàn)。

[責(zé)任編輯：余大品]