《單片機原理與應(yīng)用》課程的實踐教學(xué)法探索

王海濱，薛 偉，郭艷玲，辛 穎

(東北林業(yè)大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院，哈爾濱150040)

隨著電子信息產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展，各種電子信息技術(shù)已注入到國民經(jīng)濟(jì)的各個行業(yè)、各個領(lǐng)域，主要體現(xiàn)在以各種高端電子芯片為核心所構(gòu)成的控制系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域。隨之而來，一些已發(fā)展成熟、實用的電子技術(shù)走進(jìn)大學(xué)課堂，為培養(yǎng)未來的電子工程師打下良好的基礎(chǔ)。通常作為一名電子工程師而言，單片機原理是其首選的必修課，這是因為單片機相對于其他芯片而言發(fā)展最為成熟，結(jié)構(gòu)最為簡單，學(xué)習(xí)起來容易理解、容易掌握、容易上手，同時也是學(xué)習(xí)其它微型控制芯片的基礎(chǔ)，所以在各大高校、各個專業(yè)均開設(shè)此課程，對于這門課程的講解也是形式各異、多種多樣。在這里，筆者結(jié)合自己所在的專業(yè)和對這門課程及技術(shù)的理解以及多年來的授課經(jīng)驗，談一談自己的授課體會，與大家一起分享。

1 課程特點

從狹義上講，《單片機原理與應(yīng)用》只是一門課程，從廣義說，這是一門技術(shù)，而且是一門實用性很強的技術(shù)。它不同于高等數(shù)學(xué)、大學(xué)物理等其它自然科學(xué)等基礎(chǔ)課程，基礎(chǔ)課程要求學(xué)生掌握一些自然科學(xué)規(guī)律，同時具備一定的理論知識。而《單片機原理與應(yīng)用》課程的實質(zhì)是工程應(yīng)用，實踐性極強，要求學(xué)生們具備理論知識，通過理論基礎(chǔ)知識理解熟悉單片機芯片的自身結(jié)構(gòu)及相關(guān)電路、熟悉編程指令，更主要的是能夠運用這些編程指令去開發(fā)單片機系統(tǒng)，使單片機系統(tǒng)具備一定的功能來滿足用戶的特定要求;結(jié)合單片機結(jié)構(gòu)和用戶要求，運用已有的電路知識去搭建一個單片機控制系統(tǒng)，通過這個單片機控制系統(tǒng)來控制其它執(zhí)行元件，來實現(xiàn)用戶的要求及產(chǎn)品的功能。

鑒于《單片機原理與應(yīng)用》不僅僅是一門課程，更是一門技術(shù)，且是一門實踐性很強的技術(shù)，因此更需要實際動手、實驗操作來學(xué)習(xí)它、掌握它。

2 專業(yè)特點和學(xué)生知識架構(gòu)

教師在講授一門課程之前，首要的任務(wù)是了解和熟悉自己所講的課程的知識體系背景及它的應(yīng)用和發(fā)展。其次是明確授課對象是隸屬于哪一專業(yè)，要對這個專業(yè)進(jìn)行一定了解，理解和明白自己所講課程在本專業(yè)的地位和作用，該專業(yè)設(shè)置此門課程的目的，以此為基礎(chǔ)設(shè)定課程培養(yǎng)目標(biāo)。最后根據(jù)授課對象的知識架構(gòu)和他們在此之前所學(xué)過的課程，制定合理的、切實可行的教學(xué)方法，加以實施。

以授課對象為森林工程專業(yè)為例。森林工程專業(yè)是隨著人們不斷利用森林資源來滿足人類生存需要而逐漸發(fā)展起來的一個專業(yè)，主要培養(yǎng)目標(biāo)是:為社會培養(yǎng)能夠運用現(xiàn)代科技知識來設(shè)計、制造新型、智能型的林業(yè)機械和林業(yè)檢測設(shè)備人才。根據(jù)專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)以及課程設(shè)置，得知本門課程主要是培養(yǎng)學(xué)生們實踐應(yīng)用能力，在掌握一定的理論知識前提下，結(jié)合自己的專業(yè)靈活運用單片機知識去從事本專業(yè)、本行業(yè)的產(chǎn)品開發(fā)和產(chǎn)品設(shè)計。由此本課程的培養(yǎng)目的在于:通過本門課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生們熟悉單片機及單片機系統(tǒng)的開發(fā)流程，能夠?qū)嶋H運用單片機編程指令編寫系統(tǒng)應(yīng)用程序，能夠運用所學(xué)知識搭建單片機系統(tǒng)電路，并能夠?qū)⑺帉懙某绦蚣八O(shè)計的電路耦合在一起，軟硬協(xié)調(diào)，優(yōu)勢互補，設(shè)計新型、智能型的森工機械及林業(yè)檢測設(shè)備。

由于森林工程專業(yè)的《單片機原理與應(yīng)用》開設(shè)在第5學(xué)期，在開設(shè)單片機課程之前，已開設(shè)的與電類相關(guān)的課程是:《電工電子學(xué)》，學(xué)時32;沒有開設(shè)與軟件相關(guān)的課程。學(xué)生對電類知識和軟件類知識掌握較少，這對于學(xué)習(xí)和講授單片機具有一定的難度。授課前應(yīng)精心準(zhǔn)備，授課前期用通俗易懂的語言來講解，而后逐步使用專業(yè)術(shù)語;在不影響實踐應(yīng)用的前提下，用簡練易懂的語言去講解理論知識而不再進(jìn)行理論升華和更深層次的講解;對于抽象的知識點采用“類比法”和“直觀教學(xué)法”傳授。

3 教學(xué)方法

制定教學(xué)方法的原則是: “理論與實踐相結(jié)合，理論為前導(dǎo)，實踐為主導(dǎo)”，二者密切配合?；谶@一原則及現(xiàn)有教學(xué)資源，制定出下述教學(xué)方法:理論講解、實踐掌握、內(nèi)容匹配、方式靈活。

對于理論講解，主要采用“多媒體為主，板書為輔”的方針，二者密切配合，相輔相成。對于一些文字性表述的內(nèi)容，采用多媒體講解來完成;對于一些邏輯性的推導(dǎo)，通過板書一步步書寫，緊密抓住學(xué)生思維來完成;而對于一些復(fù)雜的圖形，由于采用板書繪制耗費時間長，故由多媒體來完成，也使內(nèi)容更生動形象。這也是針對不同內(nèi)容，采用不同教學(xué)方法相匹配，力求在單位時間內(nèi)使學(xué)生掌握更多知識。

實踐教學(xué)包括硬件和軟件兩個方面。軟件是指單片系統(tǒng)的編程指令，硬件是指單片機芯片自身的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和構(gòu)成單片機系統(tǒng)的外圍電路。

在軟件教學(xué)時，號召學(xué)生在課堂上使用筆記本電腦，教師將編程軟件安裝在電腦上，課堂在線編程講解，通過多媒體展現(xiàn)給大家，同時在老師編程的過程中，學(xué)生同時用筆記本跟著編寫程序指令，在老師進(jìn)行程序軟件模擬仿真的時候，學(xué)生也進(jìn)行模擬仿真，由此形成一種師生互動的方式，通過反復(fù)編寫編程指令、反復(fù)模擬仿真的方法完成單片機軟件方面的實踐。

對于單片機硬件方面的實踐，主要采用實踐展示教學(xué)為主。在課堂講完相關(guān)的硬件知識后，教師將已準(zhǔn)備好的電子元件、電子芯片展示給大家看，給大家講解這類電子芯片如何使用，以及在實際使用時應(yīng)注意哪些問題，同時根據(jù)某一特定的實際項目，對關(guān)鍵問題進(jìn)行重點說明，最后向?qū)W生展示以單片機為核心的控制電路，結(jié)合印刷電路板實物講解系統(tǒng)的工作電路、控制原理、元器件的擺放規(guī)則、擺放技巧，以及系統(tǒng)的布線原則，如何布線，如何開發(fā)、理解和掌握一個陌生的、沒有任何資料支持的印刷電路板等等，通過這種循序漸進(jìn)、以點帶面、逐步深入的方法啟迪、引導(dǎo)、帶領(lǐng)學(xué)生完成單片機硬件方面的實踐。

對于單片機系統(tǒng)的軟、硬件采用不同的實踐教學(xué)方法，靈活運用，再輔以實驗教學(xué)，勢必達(dá)到事半功倍的效果。

4 學(xué)以致用

“學(xué)以致用”，就是將已學(xué)過的知識運用于實際，這是學(xué)生們學(xué)習(xí)任何一門課程的最終目的。那么對于單片機這門課程又是如何做到這一點，作為一名教師，這也是長期困擾筆者的地方，經(jīng)過反復(fù)思索，筆者認(rèn)為從實驗教學(xué)作為學(xué)以致用的切入點更為合適，充分利用學(xué)院現(xiàn)有的若干臺單片機開發(fā)儀，通過8學(xué)時的實驗課，向同學(xué)們展示了單片機硬件系統(tǒng)的搭建過程、如何使用單片機編程器、如何使用單片機仿真器、如何將程序轉(zhuǎn)化成二進(jìn)制代碼、隨之而來的是如何將二進(jìn)制代碼如何燒錄到單片機內(nèi)部等等，通過對這些實踐知識的講解及展示，學(xué)生們在老師的帶領(lǐng)下逐步地了解單片機、認(rèn)識單片機、熟悉單片機到靈活地掌握單片機，熟練地應(yīng)用單片機，成長為一名單片機系統(tǒng)開發(fā)者、初級編程員。盡管離單片機編程高手、系統(tǒng)硬件高級工程師還具有一段距離，但已能夠正確地運用單片機去設(shè)計系統(tǒng)和開發(fā)系統(tǒng)，具備一定的實踐應(yīng)用能力，在單片機領(lǐng)域，能夠做一些簡單的、具有實際意義的應(yīng)用項目。

5 結(jié)束語

經(jīng)過幾輪的講解及總結(jié)，發(fā)現(xiàn)按照上述教學(xué)方法為學(xué)生們授課，講解《單片機原理與應(yīng)用》這門課程，并根據(jù)實際的教學(xué)情況靈活地細(xì)化和調(diào)整教學(xué)中所出現(xiàn)的問題，能夠激發(fā)學(xué)生們的學(xué)習(xí)興趣，多數(shù)同學(xué)能夠理解并消化課堂所講內(nèi)容，掌握這門課程的內(nèi)容及技術(shù)，達(dá)到了預(yù)期設(shè)想，圓滿地完成了教學(xué)計劃和教學(xué)要求。

［1］朱金生.案例教學(xué)法在教學(xué)中的應(yīng)用探討［J］.理工高教研究，2005，24(6):66 －67.

［2］王海濱，薛 偉，郭艷玲.森林工程專業(yè)《單片機原理與應(yīng)用》課程的“綜合教學(xué)法”［J］.森林工程，2011，27(6):89－90.

［3］王世卿.案例教學(xué)初探［J］.中國人民公安大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2005(4):102－104.

［4］薛 偉，辛 穎.基于現(xiàn)代林業(yè)發(fā)展的森林工程創(chuàng)新復(fù)合人才培養(yǎng)體系建立［J］.森林工程，2010，26(6):89 －91.

［5］蔣存波，陳小琴，金 紅.提高單片機教學(xué)效果的實驗教學(xué)方法探討［J］.電氣電子教學(xué)學(xué)報，2006，28(3):108 －110.

［6］薛 偉，辛 穎，王 悅.基于解釋結(jié)構(gòu)的森林工程專業(yè)教學(xué)計劃的研究［J］.森林工程，2011，27(6):81－84.