從大學生電子設(shè)計競賽談單片機課程教學改革

吳必瑞

寧德師范學院 福建寧德 352100

從大學生電子設(shè)計競賽談單片機課程教學改革

吳必瑞

寧德師范學院 福建寧德 352100

針對大學生電子設(shè)計競賽的命題趨勢和特點，提出了單片機課程理論教學內(nèi)容、模式和考核方法的改革措施。它有利于激發(fā)學生專業(yè)課學習興趣，培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力，促進課程教學改革，對高等學校如何培養(yǎng)創(chuàng)新型人才方面做出了積極的探索。

電子設(shè)計競賽；單片機；教學改革

單片機原理及應用是電子信息、自動化及計算機應用等專業(yè)的一門實用技術(shù)骨干課程，它對培養(yǎng)學生的工程思維能力和解決問題的能力具有重要作用。通過本課程的學習，可以使學生較系統(tǒng)地掌握匯編語言的編程方法，掌握單片機的基本原理、接口和應用技術(shù)。熟悉單片機技術(shù)在工業(yè)控制中的應用, 可以培養(yǎng)和鍛煉學生動手操作和技術(shù)創(chuàng)新的能力，使得學生能緊跟計算機技術(shù)的發(fā)展腳步，為將來從事工業(yè)領(lǐng)域相關(guān)工作，尤其是自動控制以及應用電子產(chǎn)品的檢測和維修奠定堅實的基礎(chǔ)，為將來進行各種智能化產(chǎn)品的設(shè)計開發(fā)提供技術(shù)準備。大學生電子設(shè)計競賽有利于推動電子、信息類專業(yè)課程內(nèi)容更新和教學方法的改革；有利于激發(fā)學生的創(chuàng)新思維；培養(yǎng)學生的實際動手能力和團結(jié)協(xié)作精神；有利于造就高素質(zhì)創(chuàng)新人才。對歷屆競賽題目進行分析和研究，可以看出，能夠用單片機作為控制器來完成設(shè)計任務的競賽題目占到50%以上。文中就電子設(shè)計競賽對單片機課程教學改革與創(chuàng)新的啟發(fā)，對這門課程的教學內(nèi)容和考核方法的改革思路作一些探討。

1 理論課教學改革

以往的教學通常是預先由教師按教學大綱設(shè)計好相應的教學內(nèi)容，然后通過講解，讓學生在一定程度熟悉和掌握基本理論知識。在電子設(shè)計競賽過程中，發(fā)現(xiàn)這種教學方法不利于培養(yǎng)學生動手能力、創(chuàng)新能力和綜合運用知識能力，不能激發(fā)學生的學習興趣和主觀能動性，同時學生也難以將理論知識學以致辭用。

通過以下幾點理論教學方式的改革，使學生擺脫“填鴨式”的理論學習，提高學習興趣。

(1)加強理論與實踐的結(jié)合，一邊學一邊做。采用比較通俗易懂的方法講解比較抽象的理論，在講述部分重點內(nèi)容時通過現(xiàn)場實驗演示，讓學生更加直觀的了解重點和難點。

(2)充分發(fā)揮現(xiàn)代教育技術(shù)的輔助教學作用。高質(zhì)量CAI課件有容量大、圖文并茂的優(yōu)點。通過豐富的動畫演示，生動地描述課本中的抽象概念，將枯燥的理論具體化，使學生的聽覺、視覺等方面同時接收信息刺激，感官和想象力互相配合，增強他們的學習興趣與記憶能力。使用軟硬件模擬仿真技術(shù)，變抽象為具體，將單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和程序運行過程，直觀地展示在學生面前。

(3)教學方法上采用擬人法、分類法、歸類法、對比法以及項目教學法。課外加強答疑輔導，解決難點，開展課外科研活動等措施提高學生的學習興趣。

(4)理論教學中采用計算機仿真技術(shù)(如Proteus軟件)進行教學，將單片機原理、工作過程等，看不見，摸不著的抽象概念和過程形象化、具體化。

(5)共享網(wǎng)絡資源。介紹一些著名的電子網(wǎng)站，如All datasheet網(wǎng)、21IC網(wǎng)、電子工程師網(wǎng)等。通過這些網(wǎng)絡資源，學生不僅能夠?qū)W會查閱芯片資料，還可與電子工程師進行學術(shù)交流，了解到電子行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀。拓展學生的視野，同時也培養(yǎng)學生查閱相應理論知識和相關(guān)資料的能力。

(6)提高學生學習單片機的興趣。為了提高學生對單片機原理及應用這門課程的學習興趣，充分調(diào)動學生的主觀能動性，可以邀請一些著名的單片機開發(fā)公司技術(shù)人員來校做“單片機與就業(yè)”“單片機的應用”等方面的專題講座，使學生們充分了解單片微機在工業(yè)控制、智能儀器儀表、計算機外部設(shè)備、計算機網(wǎng)絡與通訊技術(shù)和家用電器等領(lǐng)域的廣泛應用前景及作為一個電子工程師學好單片機的重要性和必要性。

2 實驗課教學改革

孤立地學習理論，不把它們與要應用的領(lǐng)域結(jié)合在一起，就失去了學習它的意義。實踐教學是培養(yǎng)創(chuàng)新人才的重要環(huán)節(jié)，應以培養(yǎng)學生的綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力為目標，真正建立起“理論、實踐、應用”三位一體的新的教學模式。在學習理論課程時，學生要么只注意到了局部的硬件知識或者簡單的匯編指令等內(nèi)容，要么只注意到單片機系統(tǒng)具有很強大的功能，而不知自己如何應用單片機資源開發(fā)設(shè)計自己的產(chǎn)品。原有單片機實驗課程體系存在弊端如：驗證性實驗過多，綜合性、設(shè)計實驗不夠；基本沒有進行過綜合性的小課題動手能力訓練。設(shè)計一個系統(tǒng)要用到鍵盤、顯示、AD/DA等，各部分的試驗在基礎(chǔ)實驗中都已做過，但在電子設(shè)計競賽中看到的現(xiàn)象是，學生沒有對一個產(chǎn)品設(shè)計的整體意識，所以要開設(shè)綜合試驗和設(shè)計性試驗(如濕度控制、恒流源、小車控制、時鐘顯示等)進行彌補。除了完成正常的實驗課外，還需要做到以下3點。

(1)增加C51應用編程方面的訓練

現(xiàn)在社會上的單片機系統(tǒng)已經(jīng)普遍采用基于C51高級語言的軟件系統(tǒng)。C51高級語言具有程序結(jié)構(gòu)清晰、可讀性好、易于維護等優(yōu)點，一條C語句相當于幾條匯編指令，完成同樣功能程序的指令語言行數(shù)也大大縮小，更便于復雜算法的實現(xiàn)和調(diào)試。

(2)應用Keil C編譯和ISP下載編程軟件

現(xiàn)在社會上的單片機系統(tǒng)已經(jīng)普遍采用基于C51高級語言。C51高級語言具有程序結(jié)構(gòu)清晰、可讀性好、易于維護等優(yōu)點。為了提高學生的軟件開發(fā)能力和實驗效率，在實驗中給學生增加了相應C51的編程訓練。在單片機教學過程中，引導學生學習使用單片機應用開發(fā)的交叉開發(fā)平臺Keil，加強學生對C語言的應用。

(3)應用仿真軟件

目前，電子電路的仿真軟件有很多，如Proteus、Multisim、Matlab等。這些仿真軟件帶有國際通用的虛擬儀器及電子元器件庫。引入了Proteus仿真軟件，使學生建立直觀的仿真思想。Proteus上學生可以方便地進行電路原理圖的設(shè)計和仿真測試，觀察電路的工作狀態(tài)及軟件運行后的變化情況，這對于學生的深入學習有巨大的幫助。Keil完成單片機軟件設(shè)計調(diào)試，Proteus完成硬件設(shè)計及系統(tǒng)運行結(jié)果查看。極大地開拓了單片機學習的空間，降低了單片機的學習成本，提高了學習效果。通過Multisim、Matlab可以方便地進行電路原理圖的設(shè)計和仿真測試，觀察電路的工作狀態(tài)及變化情況。鼓勵學生利用課余時間進行單片機應用系統(tǒng)開發(fā)。在課余時間開放實驗室，創(chuàng)造一個寬松的學習環(huán)境，為學生提供課余時間進行單片機綜合性、設(shè)計性實驗的條件，充分發(fā)揮實驗室現(xiàn)有實驗設(shè)備的效能。

3 課程考核方式的改革

單片機課程主要是培養(yǎng)學生實踐能力和應用能力，在傳統(tǒng)的考核中，主要是依據(jù)一份卷紙達到考核的目的?？碱}側(cè)重于基礎(chǔ)知識，例如考幾條指令應用、編一段簡單的程序等，有的學生單片機考試成績很高，卻不會實際運用?？荚囎鳛檎n程教學的最后環(huán)節(jié)，直接檢驗教和學的效果，主導著大部分學生的學習。但對于實踐性很強的單片機這樣的課程來說很容易出現(xiàn)高分低能現(xiàn)象。因此，考核采用了實踐與筆試相結(jié)合的方式，教師選擇幾個綜合性或有代表性的設(shè)計題目，讓學生分組限時完成。每組3～4名學生，每名學生承擔不同的設(shè)計任務，實現(xiàn)1個小項目，如溫度檢測、時鐘顯示、電機驅(qū)動的控制、恒流源等。在項目進行的過程中鼓勵學生運用不同的方法來實現(xiàn)目標，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識，提高學生的技術(shù)能力。設(shè)計完成后，由學生演示設(shè)計結(jié)果，隨后該組學生輪流進行答辯。閉卷筆試成績占總成績的60%左右，實踐考核部分占40%左右。

4 結(jié)束語

全國大學生電子設(shè)計競賽已對我國高校大學教育改革產(chǎn)生了良好的影響,特別是在學生創(chuàng)新能力培養(yǎng)方面起到了積極引導和推進的作用。經(jīng)教改實踐,我系2007級電力專業(yè)和2008級物理專業(yè)學生在“單片機原理及應用”課程學習過程中,學習的興趣明顯提高,基礎(chǔ)理論和實踐等方面都取得了較大的進步。

[1] 張毅剛.單片機原理及應用[M].北京:高等教育出版社, 2010

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[5] 陳曦.大學生科技創(chuàng)新教程[M].北京:機械工業(yè)出版社,2008

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Discussion on teaching reform of microcontroller from college student electronic design competition

Wu Birui
Ningde normal university,Ningde,352100,China

According to the feature and test’s trend of electronic design competition, this paper puts forward to reform teaching content,teaching method,teaching form and examination mode of single chip microcomputer course. So thus it can facilitate stimulate students'interest of specialized course, cultivate students’creative ability,promote the reform of teaching contents, and teaching methods.It is positive for university to train out the innovative students.

electronic design competition; microcontroller; teaching reform

2010-11-26 稿件編號：1011136

吳必瑞,碩士,講師。

寧德師院引進人才資助項目(編號:2009Y007)。