單片機(jī)課程教學(xué)改革探討

白小梅 黃江艷

【摘要】本文從單片機(jī)課堂教學(xué)、實(shí)訓(xùn)、考核三方面進(jìn)行改革探索。以教學(xué)一體化為突破口，以培養(yǎng)學(xué)生單片機(jī)應(yīng)用技能為目標(biāo)，課堂采用以面包板加開發(fā)板方式實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目教學(xué)法，實(shí)訓(xùn)完成開發(fā)板制作，建立以能力考核為主的考核模式。

【關(guān)鍵詞】單片機(jī);一體化教學(xué);能力考核

一個(gè)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)是由硬件和軟件兩部分構(gòu)成的，缺一不可。過去單片機(jī)教學(xué)采用現(xiàn)成的實(shí)驗(yàn)箱進(jìn)行，這些實(shí)驗(yàn)箱硬件電路已經(jīng)完全做好，學(xué)生操作時(shí)只能按給定的硬件，在預(yù)留的電路插孔上接幾根線，然后編程下載。學(xué)生根本無法弄清各實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的具體硬件電路，實(shí)際上這種實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式把單片機(jī)硬件電路設(shè)計(jì)制作忽略掉了，由于缺少硬件電路設(shè)計(jì)制作訓(xùn)練，使得學(xué)生在構(gòu)建實(shí)際的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)無從下手，簡言之，就是單片機(jī)學(xué)完了并不會(huì)應(yīng)用。面對(duì)這種狀況，我們不斷進(jìn)行教學(xué)改革。經(jīng)過幾個(gè)學(xué)期的探索改進(jìn)，取得了良好效果。

一、課堂采用面包板加開發(fā)板實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目教學(xué)法

我們首先把單片機(jī)課程全部搬到實(shí)訓(xùn)室上。課程的理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)融合在一起，采取教學(xué)做一體化模式，改變原有實(shí)驗(yàn)方式，脫離開實(shí)驗(yàn)箱。從硬件電路設(shè)計(jì)制作入手，起初任課老師之間也有爭議，有的老師認(rèn)為讓學(xué)生直接在萬能電路板上焊接，有的老師則主張?jiān)诿姘迳喜褰?。兩種方式我們同時(shí)應(yīng)用到不同的班級(jí)，經(jīng)過一個(gè)學(xué)期教學(xué)驗(yàn)證，使用面包板上插接效果更好，課堂效率更高，搭建電路更快速，并且電路可以反復(fù)修改，大多數(shù)同學(xué)都能完成規(guī)定電路。部分學(xué)生還能不斷實(shí)驗(yàn)與探索，改成新的電路。對(duì)學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)是一種有效手段。由于不用焊接也十分安全，老師能較好地掌控全局。而使用萬能板在規(guī)定時(shí)間能夠焊接出來的同學(xué)寥寥無幾。這是由于課堂教學(xué)時(shí)間有限，而萬能板焊接通常是一次性的，出錯(cuò)后修改很麻煩，對(duì)于初學(xué)者是比較困難的。更談不上電路的更改創(chuàng)新。基于以上情況，同時(shí)考慮到學(xué)習(xí)的靈活性、簡便性、可實(shí)施性，我們現(xiàn)在統(tǒng)一采用面包板加開發(fā)板的學(xué)習(xí)方式。

每學(xué)期開課前，我們?yōu)槊恳粋€(gè)同學(xué)準(zhǔn)備好電子元件包，每一個(gè)元件包配備了STC89C52單片機(jī)、STC-ISP單片機(jī)下載器，杜邦線、面包板、面包線、1602液晶屏、數(shù)碼管、蜂鳴器等單片機(jī)實(shí)驗(yàn)開發(fā)常用器件。同時(shí)我們也為每個(gè)同學(xué)配備一塊現(xiàn)成的開發(fā)板，畢竟面包板插接的電路穩(wěn)定性差。如果僅使用面包板，一旦出問題，是程序的問題還是硬件問題，是很難判斷的。學(xué)生每人一定要有一塊提前作好的開發(fā)板來同時(shí)使用。有了這個(gè)元件包加開發(fā)板，不僅可以在課堂學(xué)，而且可以帶到課下學(xué)習(xí)。我們鼓勵(lì)學(xué)生把元件包帶回宿舍去插接電路，由于使用STC-ISP單片機(jī)下載器，學(xué)生隨時(shí)可以插到自己筆記本USB口上進(jìn)行程序下載、調(diào)試，體會(huì)到經(jīng)過自己努力，項(xiàng)目成功的喜悅。單片機(jī)課程的學(xué)習(xí)氣氛發(fā)生了變化，學(xué)習(xí)積極性明顯增強(qiáng)。

面包板加開發(fā)板這種方式在實(shí)際教學(xué)使用中應(yīng)靈活掌握。如果所有項(xiàng)目都用面包板實(shí)現(xiàn)，那占用時(shí)間較多，課堂效率差，制定項(xiàng)目時(shí)要考慮這一層因素，我們通常采用每一種典型電路先用開發(fā)板編程控制，讓學(xué)生熟悉硬件電路和軟件程序控制，然后再用面包板插接訓(xùn)練，讓學(xué)生自己去嘗試錯(cuò)誤，進(jìn)而自己探索在面包板上電路的各種變換。這樣有的放矢，出現(xiàn)問題學(xué)生自己就能排查解決。而且能清楚是硬件問題還是軟件問題。這大大增強(qiáng)了學(xué)生自主學(xué)習(xí)的意思。在單片機(jī)課堂教學(xué)中，我們主要選擇了如下項(xiàng)目：單片機(jī)最小系統(tǒng)、流水燈、蜂鳴器、波形發(fā)生器、計(jì)數(shù)器、秒表、時(shí)鐘、1602液晶屏控制、串口收發(fā)數(shù)據(jù)等等。這些項(xiàng)目覆蓋了單片機(jī)主要知識(shí)點(diǎn)，趣味性和實(shí)用性相結(jié)合。我們力爭讓每一節(jié)課都有一個(gè)亮點(diǎn)，讓學(xué)生感覺每節(jié)課都象是很新鮮，能夠吸引住學(xué)生，讓每個(gè)學(xué)生真正的參與到教學(xué)中。

在教學(xué)中是用匯編還是用C語言進(jìn)行單片機(jī)程序設(shè)計(jì)，哪種效果好，我們也不斷嘗試，早期課堂教學(xué)和實(shí)訓(xùn)均用匯編語言，考慮到C語言在?單?片?機(jī)?開?發(fā)?中?的?重?要?性，以后改為課堂教學(xué)用匯編，而最后綜合實(shí)訓(xùn)采用C語言。這是我們比較理想化的模式。從匯編過渡到C語言， 即讓學(xué)生熟悉底層的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)和與硬件相關(guān)的指令系統(tǒng)。然后再用編程效率更高，更符合軟件開發(fā)主流的C語言。但是由于匯編語言抽象難懂，對(duì)硬件結(jié)構(gòu)依賴大，對(duì)于高職學(xué)生還是很困難的，實(shí)際效果還不如使用一種語言。現(xiàn)在我們?nèi)坎捎肅語言教學(xué)，在程序編寫中，引導(dǎo)學(xué)生遵循讀程序、修改程序、參照編寫3個(gè)階段進(jìn)行。實(shí)踐證明學(xué)生能較快入門，經(jīng)過訓(xùn)練能編寫相對(duì)復(fù)雜程序。

二、實(shí)訓(xùn)教學(xué)完成開發(fā)板制作

我們在單片機(jī)課程結(jié)束后安排2周時(shí)間的課程綜合實(shí)訓(xùn)。實(shí)訓(xùn)內(nèi)容圍繞著設(shè)計(jì)、制作一個(gè)完整的單片機(jī)開發(fā)板為目標(biāo)。而這塊開發(fā)板包括了單片機(jī)常用外圍器件，有8個(gè)按鍵的矩陣鍵盤、8個(gè)LED、一個(gè)4位數(shù)碼管、時(shí)鐘芯片、蜂鳴器、串口通信、紅外接收頭、1602液晶顯示、AD轉(zhuǎn)換器、串行EEPROM24C08等。這個(gè)系統(tǒng)制作調(diào)試好后，即可以作為下一個(gè)班同學(xué)課堂學(xué)習(xí)單片機(jī)的實(shí)驗(yàn)開發(fā)板。從開發(fā)板的原理圖設(shè)計(jì)分析到電路設(shè)計(jì)、電路板制作、元器件選擇、焊接、硬件故障排查、制作成品、程序編制、下載調(diào)試運(yùn)行。進(jìn)行完整的項(xiàng)目開發(fā)訓(xùn)練。對(duì)于這樣一個(gè)相對(duì)復(fù)雜的綜合系統(tǒng)，由于在前面的教學(xué)中一直在使用這塊開發(fā)板，學(xué)生已經(jīng)比較熟悉了，有了前面教學(xué)的鋪墊，這2周的實(shí)訓(xùn)效果比較好。第1周安排用Protel進(jìn)行原理圖、PCB圖設(shè)計(jì)，每個(gè)同學(xué)都要獨(dú)立完成這部分內(nèi)容。第2周2個(gè)同學(xué)一組焊接電路，每組要做2塊板。這樣做比一個(gè)同學(xué)單獨(dú)制作一塊板效果要好，兩個(gè)同學(xué)互相配合，一人負(fù)責(zé)元件測量，一人負(fù)責(zé)焊接。做第二塊板時(shí)，2人交換。我們提前準(zhǔn)備好印制板和元器件。

實(shí)踐證明若沒有這個(gè)完整具體的綜合實(shí)踐項(xiàng)目為對(duì)象，學(xué)生很難從局部的訓(xùn)練內(nèi)容中建構(gòu)出與實(shí)際應(yīng)用相對(duì)應(yīng)的整體應(yīng)用知識(shí)體系，也就不能很好地掌握實(shí)際應(yīng)用的技能。通過單片機(jī)實(shí)訓(xùn)，學(xué)生不僅增長了技能，同時(shí)也培養(yǎng)了團(tuán)隊(duì)合作精神和一絲不茍的工作作風(fēng)。

三、改革單片機(jī)課程考核方式

隨著單片機(jī)課程教學(xué)方法的改革，對(duì)該課程的考試方式也不斷進(jìn)行探索，把考核重點(diǎn)放到應(yīng)用能力上[3]，應(yīng)用能力考核包括兩部分：基礎(chǔ)應(yīng)用能力考核，主要考核學(xué)生對(duì)單片機(jī)應(yīng)用的硬件知識(shí)，常用儀器儀表的應(yīng)用，單片機(jī)應(yīng)用開發(fā)工具和軟件的使用以及程序的設(shè)計(jì)和調(diào)試等方面的掌握情況，考核方法為每個(gè)學(xué)生隨機(jī)抽題，獨(dú)立完成一個(gè)實(shí)際應(yīng)用項(xiàng)目，根據(jù)各個(gè)具體項(xiàng)目的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行成績評(píng)定;以往采取當(dāng)堂課抽題，當(dāng)堂測試的方法，經(jīng)過實(shí)踐驗(yàn)證，部分同學(xué)較難完成，目前采用提前一次課抽題方法，讓學(xué)生課下充分準(zhǔn)備，效果較好。綜合應(yīng)用能力的考核，方法更加靈活，主要體現(xiàn)在實(shí)訓(xùn)教學(xué)中，學(xué)生以2人為一個(gè)組，自由組隊(duì)，在自己制作開發(fā)板基礎(chǔ)上，根據(jù)自己興趣選擇課題，每個(gè)課題設(shè)定設(shè)定基本功能，對(duì)于學(xué)有余力的同學(xué)，鼓勵(lì)繼續(xù)鉆研，達(dá)到某些功能，會(huì)得到進(jìn)一步的獎(jiǎng)勵(lì)，頒發(fā)自做的系統(tǒng)開發(fā)板一塊?？己朔绞降母母?，充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，真實(shí)反映了學(xué)生對(duì)單片機(jī)應(yīng)用能力的掌握狀況，學(xué)生的自主學(xué)習(xí)精神得以全面調(diào)動(dòng)，實(shí)施效果較好。

參考文獻(xiàn)

[1]張濤等.單片機(jī)課程教學(xué)改革之我見[J].天津職業(yè)院校聯(lián)合學(xué)報(bào)，2012（08）：101-102.

[2]彭芬.單片機(jī)C語言應(yīng)用技術(shù)[M].西安電子科技大學(xué)出版社，2012.

[3]翟紅云，等.電子設(shè)計(jì)競賽促進(jìn)下的單片機(jī)教學(xué)改革初步探索與研究[J].廣西大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2008（B06）：365-367.

作者簡介：白小梅（1962—），女，遼寧鞍山人，大學(xué)本科，首鋼工學(xué)院機(jī)電系副教授，研究方向：電氣自動(dòng)化。