基于“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”的單片機(jī)課程實(shí)踐教學(xué)的研究與探討

曲貴波，喬 爽，吳東艷，張 鵬，張凌志

(黑龍江工程學(xué)院，哈爾濱150050)

單片機(jī)課程是測(cè)控、電子、電氣、自動(dòng)化等專業(yè)的一門重要的專業(yè)課程，掌握單片機(jī)技術(shù)是對(duì)測(cè)控、電子、電氣、自動(dòng)化等專業(yè)學(xué)生的一項(xiàng)基本要求。單片機(jī)技術(shù)對(duì)學(xué)習(xí)者的實(shí)踐動(dòng)手能力要求較高。針對(duì)傳統(tǒng)的單片機(jī)課程中實(shí)踐教學(xué)的弊端進(jìn)行改革，探索如何形成新穎的單片機(jī)實(shí)踐教學(xué)模式，對(duì)解決單片機(jī)課程的理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)脫節(jié)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容與應(yīng)用脫節(jié)等問題，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)單片機(jī)課程的興趣，提高學(xué)生的動(dòng)手和創(chuàng)新能力，培養(yǎng)適應(yīng)社會(huì)需求的應(yīng)用型人才等具有重要的意義。

1 單片機(jī)課程實(shí)踐教學(xué)的現(xiàn)狀

國(guó)內(nèi)目前各個(gè)高校的單片機(jī)實(shí)踐教學(xué)還比較傳統(tǒng)，在設(shè)備上基本還處于使用現(xiàn)成的封閉式的實(shí)驗(yàn)箱，或者半封閉式的仿真頭加開發(fā)板的模式。這種實(shí)踐模式不但需要配套的儀器設(shè)備才能進(jìn)行相關(guān)的實(shí)踐，資金投入大，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目有限，還使學(xué)習(xí)者的思維受限于具體的硬件實(shí)踐環(huán)境，禁錮了學(xué)習(xí)者的創(chuàng)造性思維，挫傷了學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)興趣。在實(shí)踐環(huán)節(jié)的設(shè)置上較少考慮理論教學(xué)環(huán)節(jié)和實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的相互依存、相互滲透的關(guān)系，存在“理論是理論，實(shí)踐是實(shí)踐”的做法，人為地割裂了單片機(jī)課程中理論和實(shí)踐的關(guān)系。

2 單片機(jī)課程實(shí)踐教學(xué)的改革

單片機(jī)課程實(shí)踐性很強(qiáng)，所以如何加強(qiáng)單片機(jī)課程實(shí)踐環(huán)節(jié)的教學(xué)對(duì)提高單片機(jī)課程的教學(xué)質(zhì)量具有至關(guān)重要的意義。

2.1 理論教學(xué)環(huán)節(jié)和實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)相互滲透

單片機(jī)課程重應(yīng)用的特點(diǎn)決定了本門課程在教學(xué)過程中與其他課程的明顯不同。最顯著的不同之處就在于理論教學(xué)環(huán)節(jié)和實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)相互滲透、相互交叉。脫離理論基礎(chǔ)的實(shí)踐是“空中樓閣”，脫離實(shí)踐的理論是“紙上談兵”。在單片機(jī)理論授課的時(shí)候主要圍繞單片機(jī)硬件基礎(chǔ)、單片機(jī)指令系統(tǒng)、單片機(jī)片內(nèi)功能單元(中斷系統(tǒng)、計(jì)數(shù)器/定時(shí)器、串行口)、單片機(jī)外圍擴(kuò)展(存儲(chǔ)器擴(kuò)展和接口擴(kuò)展)、單片機(jī)外圍設(shè)備接口(顯示器、打印機(jī)、鍵盤、ADC、DAC)、單片機(jī)應(yīng)用等六大部分內(nèi)容來講授。在以上六大部分內(nèi)容的講授過程之中，除了單片機(jī)硬件基礎(chǔ)之外，其余的五大部分內(nèi)容學(xué)生只靠單純的聽課是很難理解和掌握的。

為此，在單片機(jī)理論教學(xué)環(huán)節(jié)中有意識(shí)地根據(jù)具體內(nèi)容來適當(dāng)?shù)匾胍欢ǖ膶?shí)踐環(huán)節(jié)是很必要的。當(dāng)然在理論教學(xué)環(huán)節(jié)引入的實(shí)踐環(huán)節(jié)主要是教師根據(jù)學(xué)生的理解情況，在課堂上現(xiàn)場(chǎng)設(shè)計(jì)的一些相應(yīng)的演示，目的是加深學(xué)生對(duì)相關(guān)理論的理解，并沒有重點(diǎn)關(guān)注學(xué)生自己動(dòng)手能力的提高。

針對(duì)不同教學(xué)內(nèi)容的不同特點(diǎn)，在課堂上要引入不同的實(shí)踐演示環(huán)節(jié)。

2.1.1 Keil μVision 系統(tǒng)的應(yīng)用

Keil μVision 系統(tǒng)是德國(guó)Keil Software 公司出品的51 系列兼容單片機(jī)軟件開發(fā)系統(tǒng)，在Keil μVision 的集成開發(fā)環(huán)境中，包含了編譯器、匯編器、實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)、項(xiàng)目管理器、調(diào)試器等。在課堂上適當(dāng)?shù)匾隟eil μVision 系統(tǒng)對(duì)學(xué)生深入掌握單片機(jī)指令系統(tǒng)、單片機(jī)中斷系統(tǒng)、計(jì)數(shù)器/定時(shí)器、串行口等部分的內(nèi)容具有很大的幫助，能讓學(xué)生直觀地見到某條指令執(zhí)行的具體過程，及在某指令執(zhí)行后對(duì)單片機(jī)相應(yīng)資源的影響。Keil μVision 系統(tǒng)還能使學(xué)生直觀地了解單片機(jī)中斷系統(tǒng)、計(jì)數(shù)器/定時(shí)器、串行口等內(nèi)部功能單元工作的具體流程，而且也能使學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程之中較好地掌握Keil μVision 這個(gè)主流的單片機(jī)開發(fā)系統(tǒng)。

2.1.2 Proteus 平臺(tái)的應(yīng)用

Proteus 是20世紀(jì)90年代初期由英國(guó)的Labcenter Electronics 公司推出的著名EDA 工具軟件。Proteus 是目前世界上最先進(jìn)、最完整的單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真平臺(tái)，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)字電路、模擬電路及微控制器系統(tǒng)與外設(shè)的混合電路系統(tǒng)的電路仿真、軟件仿真、系統(tǒng)協(xié)同仿真和PCB 設(shè)計(jì)等功能。在講解單片機(jī)外圍設(shè)備接口(顯示器、打印機(jī)、鍵盤、ADC、DAC)內(nèi)容時(shí)，適當(dāng)?shù)匾隤roteus 平臺(tái)，能很形象直觀地展示給學(xué)生單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中前向通道、后向通道和人機(jī)通道等部分的實(shí)際工作原理和工作過程，對(duì)學(xué)生對(duì)這部分相關(guān)知識(shí)的掌握幫助很大。

另外，在課堂上講授單片機(jī)應(yīng)用部分內(nèi)容的時(shí)候可以利用Keil μVision 系統(tǒng)強(qiáng)大的集成開發(fā)環(huán)境和Proteus 平臺(tái)優(yōu)異的系統(tǒng)仿真能力，將二者設(shè)置成“聯(lián)調(diào)”模式。從單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的需求分析、功能模塊劃分、軟硬件功能界定、關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)的突破、元器件選擇，一直到系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，讓學(xué)生在課堂上有一種親臨設(shè)計(jì)現(xiàn)場(chǎng)的感覺。

2.2 “延伸”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)

單片機(jī)課程中的實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)十分重要。在單片機(jī)課程中的實(shí)驗(yàn)教學(xué)的“延伸”主要是兩個(gè)方向的“延伸”，即課前的“延伸”和課后的“延伸”。

課前“延伸”要求學(xué)生先根據(jù)具體的實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵笙茸孕性O(shè)計(jì)相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)方案，然后根據(jù)具體的方案使用Keil μVision 系統(tǒng)和Proteus 平臺(tái)來完成仿真設(shè)計(jì)，并對(duì)仿真的過程及結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。只有經(jīng)過課前仿真驗(yàn)證通過后的實(shí)驗(yàn)才能進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室在自制的實(shí)驗(yàn)板上進(jìn)行實(shí)際實(shí)驗(yàn)。課后“延伸”鼓勵(lì)學(xué)生就實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)的問題、課堂中存在的迷惑以及同學(xué)之間相互爭(zhēng)論的問題進(jìn)行課后仿真驗(yàn)證。

經(jīng)過前續(xù)課堂教學(xué)的滲透及“延伸”后的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，使單純的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)變成綜合訓(xùn)練，不但能使學(xué)生完成單片機(jī)實(shí)驗(yàn)所要求的基本訓(xùn)練，還能使學(xué)生能很好地掌握相關(guān)流行的編譯器和仿真平臺(tái)，有效地訓(xùn)練學(xué)生繪制電路原理圖、PCB 圖及電路仿真的能力。利用Keil μVision 系統(tǒng)和Proteus平臺(tái)，學(xué)生課后可以自主地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，進(jìn)而形成新穎的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，成功地激發(fā)了學(xué)生對(duì)單片機(jī)課程的好奇心及求知欲，對(duì)單片機(jī)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)及提高學(xué)習(xí)者的實(shí)踐動(dòng)手能力具有深遠(yuǎn)的意義。

2.3 創(chuàng)新的實(shí)踐

創(chuàng)新是一個(gè)民族進(jìn)步的靈魂，單片機(jī)技術(shù)是創(chuàng)新面比較集中地技術(shù)之一。除了在“延伸”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)中，要求學(xué)生根據(jù)具體的實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵笙茸孕性O(shè)計(jì)相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)方案來體現(xiàn)創(chuàng)新之外，還在單片機(jī)課程的整個(gè)授課過程中也鼓勵(lì)學(xué)生堅(jiān)持創(chuàng)新實(shí)踐。結(jié)合學(xué)校的大學(xué)生創(chuàng)新基金及各種行業(yè)競(jìng)賽，鼓勵(lì)學(xué)生根據(jù)已掌握的知識(shí)進(jìn)一步查閱相關(guān)資料，開闊視野，積極地參與。

通過參與各種比賽，不但能夯實(shí)課程的基礎(chǔ)，激勵(lì)學(xué)生學(xué)以致用，也能正確地引導(dǎo)學(xué)生自覺地涉獵相關(guān)的知識(shí)，形成健全的知識(shí)體系，有助于學(xué)生理解學(xué)科、專業(yè)、課程之間的內(nèi)在聯(lián)系，整體和部分之間的聯(lián)系，讓學(xué)生在掌握和理解單門課程知識(shí)的同時(shí)，也掌握了系統(tǒng)工程的方法，為畢業(yè)后從事相關(guān)的工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

3 結(jié)語

通過對(duì)單片機(jī)課程實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的改革，擺脫了按原有的機(jī)械還原論方式安排單片機(jī)課程的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，按照循序漸進(jìn)，認(rèn)識(shí)論螺旋式上升的原則對(duì)課程的實(shí)踐環(huán)節(jié)進(jìn)行合理安排，加強(qiáng)單片機(jī)課程各教學(xué)環(huán)節(jié)的相互聯(lián)系及連貫性，而不是分割教學(xué)、分割實(shí)踐。通過多實(shí)踐環(huán)節(jié)同時(shí)進(jìn)行，有助于學(xué)生理解課程內(nèi)容的內(nèi)在聯(lián)系，整體和部分之間聯(lián)系，培養(yǎng)了學(xué)生獨(dú)立思考、分析和解決問題的能力，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)和實(shí)踐的主動(dòng)性，鼓勵(lì)學(xué)生培養(yǎng)獨(dú)立創(chuàng)新的意識(shí)和能力，取得了較好的教學(xué)效果。

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