單片機(jī)實(shí)訓(xùn)課程教學(xué)模式探討

張洪洲等

摘要：?jiǎn)纹瑱C(jī)實(shí)訓(xùn)課程是農(nóng)業(yè)工程類(lèi)專(zhuān)業(yè)非常重要的專(zhuān)業(yè)技術(shù)課，是后續(xù)專(zhuān)業(yè)實(shí)踐課的基礎(chǔ)。根據(jù)目前農(nóng)業(yè)工程類(lèi)專(zhuān)業(yè)單片機(jī)實(shí)訓(xùn)課程教學(xué)的不足之處，針對(duì)新疆地區(qū)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展的需要，結(jié)合塔里木大學(xué)的“環(huán)塔里木生物多樣性和文化多元性”特色發(fā)展宗旨；在單片機(jī)實(shí)訓(xùn)課程教學(xué)中，對(duì)教學(xué)過(guò)程中的實(shí)驗(yàn)、實(shí)習(xí)、實(shí)訓(xùn)等方面的教學(xué)模式進(jìn)行探討，在教學(xué)過(guò)程中取得了一些成績(jī)，以期為單片機(jī)實(shí)訓(xùn)課程建設(shè)提供參考。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；實(shí)訓(xùn)課程；教學(xué)模式

作者簡(jiǎn)介：張洪洲（1982-），男，吉林長(zhǎng)春人，塔里木大學(xué)機(jī)械電氣化工程學(xué)院，講師；周丹（1984-），女，重慶人，塔里木大學(xué)機(jī)械電氣化工程學(xué)院，講師。（新疆 阿拉爾 843300）

基金項(xiàng)目：本文系塔里木大學(xué)高等教育研究項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：TDGJ1315）的研究成果。

中圖分類(lèi)號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0079（2014）08-0190-02

單片機(jī)實(shí)訓(xùn)課程是農(nóng)業(yè)工程類(lèi)單片機(jī)課程教學(xué)的重要組成部分。新疆塔里木大學(xué)機(jī)械電氣化工程學(xué)院農(nóng)業(yè)工程下設(shè)各專(zhuān)業(yè)均開(kāi)設(shè)單片機(jī)課程，它是重要的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課；通過(guò)對(duì)單片機(jī)實(shí)訓(xùn)課程的學(xué)習(xí)，可以增強(qiáng)農(nóng)業(yè)工程類(lèi)學(xué)生的綜合設(shè)計(jì)能力，對(duì)農(nóng)業(yè)電氣化與現(xiàn)代化有一個(gè)準(zhǔn)確的定位。單片機(jī)實(shí)訓(xùn)課程是將理論課上學(xué)到的純理論以實(shí)踐的方式重現(xiàn)并且加固。單片機(jī)實(shí)訓(xùn)課程的教學(xué)質(zhì)量直接關(guān)系到學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力；通過(guò)為學(xué)生提供好的教學(xué)模式來(lái)提高單片機(jī)實(shí)訓(xùn)課程的教學(xué)質(zhì)量。

一、傳統(tǒng)單片機(jī)實(shí)訓(xùn)教學(xué)模式的不足

傳統(tǒng)的單片機(jī)實(shí)訓(xùn)課程教學(xué)模式有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，但是，隨著社會(huì)的進(jìn)步，科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，新疆農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化程度越來(lái)越高，面對(duì)如此嚴(yán)峻的形勢(shì)，對(duì)人才實(shí)際技能的要求不多提高，傳統(tǒng)的實(shí)訓(xùn)教學(xué)模式的不足之處越來(lái)越明顯。[1-3]例如，在傳統(tǒng)的實(shí)訓(xùn)教學(xué)中，依然以理論基礎(chǔ)為主，在單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師只是根據(jù)在課堂上所教授的理論知識(shí)而進(jìn)行有針對(duì)性的實(shí)驗(yàn)，并且在選擇試驗(yàn)時(shí)完全根據(jù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)上的實(shí)驗(yàn)例題指導(dǎo)學(xué)生實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)上的一些實(shí)驗(yàn)已經(jīng)不能滿(mǎn)足當(dāng)前的需要，并且指導(dǎo)書(shū)上的實(shí)驗(yàn)都已經(jīng)給出了接口電路原理圖、接線(xiàn)圖以及參考程序，這對(duì)學(xué)生沒(méi)有任何挑戰(zhàn)性，只要機(jī)械地按照指示連接電路圖，并且將參考程序燒入開(kāi)發(fā)板就成功了。這樣的試驗(yàn)?zāi)Ｊ綄?duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)，缺少刺激其設(shè)計(jì)思想的動(dòng)力，不利于培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)考核中，以實(shí)驗(yàn)結(jié)果為考核標(biāo)準(zhǔn)，這樣對(duì)一些學(xué)生來(lái)說(shuō)不公平，并且會(huì)使學(xué)生對(duì)單片機(jī)知其然而不知其所以然。農(nóng)業(yè)工程類(lèi)專(zhuān)業(yè)培養(yǎng)的人才是具有很強(qiáng)的實(shí)際動(dòng)手能力和綜合設(shè)計(jì)能力的實(shí)用性人才，因此，對(duì)農(nóng)業(yè)工程類(lèi)專(zhuān)業(yè)單片機(jī)實(shí)訓(xùn)模式的改革是十分必要的。

二、實(shí)訓(xùn)課程要點(diǎn)分析

實(shí)訓(xùn)教學(xué)是單片機(jī)課程教學(xué)的重要組成部分，是不可或缺的，[4，5]是學(xué)生真正去企業(yè)進(jìn)行實(shí)踐性工作的橋梁；要改變?cè)械慕虒W(xué)模式，注重綜合能力的培養(yǎng)，改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)，強(qiáng)化實(shí)踐能力。

1.選擇適合與本專(zhuān)業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)的實(shí)訓(xùn)內(nèi)容

要結(jié)合現(xiàn)有的硬件設(shè)施、學(xué)生的接受能力和新疆建設(shè)發(fā)展的需要，選擇與之匹配的實(shí)訓(xùn)教學(xué)內(nèi)容。這就要求授課老師對(duì)現(xiàn)有的硬件設(shè)備水平有清晰的認(rèn)識(shí)；通過(guò)前期的理論教學(xué)和以往的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)對(duì)學(xué)生的接受能力進(jìn)行評(píng)估；通過(guò)對(duì)新疆地區(qū)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展下對(duì)單片機(jī)設(shè)計(jì)需要的技能程度和水平進(jìn)行調(diào)研來(lái)確定發(fā)展的需要，進(jìn)而確定單片機(jī)實(shí)訓(xùn)課程的授課內(nèi)容。

2.增加綜合設(shè)計(jì)性實(shí)訓(xùn)課程，增設(shè)開(kāi)放式實(shí)訓(xùn)課堂

現(xiàn)有的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)多數(shù)都為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，實(shí)習(xí)也多為驗(yàn)證性和機(jī)械性實(shí)習(xí)；學(xué)生都是按提示將實(shí)驗(yàn)做完。單片機(jī)實(shí)習(xí)都是從電子市場(chǎng)中買(mǎi)回的功能模塊套件，學(xué)生只要按照拼圖的方法將元器件焊接到PCB板上，將程序的工程文件燒錄到單片機(jī)上，作品的基本功能都能實(shí)現(xiàn)，根本就沒(méi)有調(diào)試環(huán)節(jié)實(shí)習(xí)就結(jié)束了。因此，應(yīng)該增加綜合設(shè)計(jì)性的實(shí)訓(xùn)課程，可以增加學(xué)生對(duì)單片機(jī)實(shí)訓(xùn)課程的興趣，刺激其創(chuàng)新精神，增強(qiáng)學(xué)生的整體設(shè)計(jì)和局部細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)的思想，強(qiáng)化學(xué)生的動(dòng)手能力；實(shí)訓(xùn)題目?jī)?nèi)容增加接口電路部分的設(shè)計(jì)和軟件驅(qū)動(dòng)部分，接口電路復(fù)雜了，模擬元器件應(yīng)用增加，這樣有利于培養(yǎng)學(xué)生對(duì)元器件的選型和硬件電路調(diào)試的能力，軟件驅(qū)動(dòng)部分的增加，還是學(xué)生在每一次軟件設(shè)計(jì)時(shí)都不會(huì)太容易將程序調(diào)試成功，這樣會(huì)激發(fā)學(xué)生的邏輯思維。

以往的實(shí)訓(xùn)課堂都是按時(shí)按點(diǎn)的，和學(xué)校的作息時(shí)間及教學(xué)計(jì)劃進(jìn)度等一致，這樣的模式有其優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)也限制了一些對(duì)單片機(jī)實(shí)訓(xùn)課程有濃厚興趣的學(xué)生。應(yīng)該為這類(lèi)學(xué)生提供一個(gè)或多個(gè)開(kāi)放式實(shí)訓(xùn)場(chǎng)所，開(kāi)放時(shí)間不受限制，有興趣的學(xué)生在業(yè)余時(shí)間可以來(lái)這里接受培訓(xùn)，安排相應(yīng)的老師定期和不定期地為學(xué)生進(jìn)行實(shí)訓(xùn)授課和答疑。這樣在老師的指導(dǎo)下，有興趣的學(xué)生會(huì)完成一些單片機(jī)應(yīng)用的設(shè)計(jì)。

三、產(chǎn)學(xué)研模式的應(yīng)用與分析

產(chǎn)學(xué)研的教學(xué)模式已經(jīng)廣泛應(yīng)用到各個(gè)學(xué)科的教學(xué)中；但是，產(chǎn)學(xué)研教學(xué)模式在單片機(jī)實(shí)訓(xùn)教學(xué)中還很少被應(yīng)用。產(chǎn)學(xué)研模式是在課程授課時(shí)，授課內(nèi)容針對(duì)實(shí)際生產(chǎn)的需要設(shè)計(jì)，學(xué)生在學(xué)習(xí)的過(guò)程中有選擇的、有針對(duì)性的學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)完全是為了生產(chǎn)做準(zhǔn)備的。在授課過(guò)程中，任課教師要根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)的發(fā)展需要、在實(shí)際生產(chǎn)中遇到的亟待解決的問(wèn)題，以及根據(jù)現(xiàn)有的生產(chǎn)現(xiàn)狀預(yù)測(cè)未來(lái)生產(chǎn)的需要；根據(jù)這些需要，有針對(duì)性地進(jìn)行研發(fā)，同時(shí)刺激學(xué)生的實(shí)際研發(fā)能力；單片機(jī)實(shí)訓(xùn)教學(xué)的終極目的就是面向生產(chǎn)，面向研發(fā)；因此，產(chǎn)學(xué)研模式適合于單片機(jī)實(shí)訓(xùn)教學(xué)。

在實(shí)際生產(chǎn)生活中，單片機(jī)的應(yīng)用很廣泛，尤其是民用生產(chǎn)生活中大多數(shù)都是應(yīng)用在儀器設(shè)備等控制上，例如機(jī)床的精確控制需要高端工程單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)，交通燈的控制需要單片機(jī)的定時(shí)控制，樓道中的聲控?zé)艉突馂?zāi)預(yù)警系統(tǒng)主控制芯片也是單片機(jī)。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，單片機(jī)的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛，現(xiàn)在農(nóng)業(yè)要求精準(zhǔn)作業(yè)和精量播種，采棉機(jī)的復(fù)采自動(dòng)巡航系統(tǒng)，精量播種機(jī)的自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)的主控制器都是用單片機(jī)設(shè)計(jì)的；現(xiàn)代人生活的必備工具——汽車(chē)，多處應(yīng)用單片機(jī)，例如車(chē)載電子中的電子鎖、防盜系統(tǒng)、ABS剎車(chē)系統(tǒng)等。針對(duì)單片機(jī)在這些領(lǐng)域的應(yīng)用，在教學(xué)過(guò)程中要引入這些成熟的產(chǎn)品，指導(dǎo)學(xué)生模仿式的開(kāi)發(fā)，將這些產(chǎn)品應(yīng)用到的理論知識(shí)吃透，參照成熟的設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)這些功能模塊，掌握前人的設(shè)計(jì)思想和精髓，將這些工作完成之后，任課教師組織學(xué)生針對(duì)這些設(shè)計(jì)在實(shí)際應(yīng)用中存在的不足之處開(kāi)展嘗試性的研發(fā)，完善這些產(chǎn)品的升級(jí)。

四、典型案例分析

下面以在生活中或在教學(xué)過(guò)程中經(jīng)常會(huì)遇到單片機(jī)設(shè)計(jì)案例——交通燈的設(shè)計(jì)為例進(jìn)行說(shuō)明。針對(duì)這一例題，應(yīng)用產(chǎn)學(xué)研教學(xué)模式進(jìn)行分析。

問(wèn)題描述：設(shè)計(jì)交通燈模擬電路，在某個(gè)路口的四個(gè)方向分別配有紅、黃、綠三個(gè)信號(hào)燈，任意選擇單片機(jī)的控制管腳。編寫(xiě)程序?qū)崿F(xiàn)：南北方向綠燈（東西方向紅燈）時(shí)長(zhǎng)6s；南北方向黃燈閃爍（東西方向紅燈）時(shí)長(zhǎng)10s，閃爍間隔為1s；南北方向紅燈（東西方向綠燈）時(shí)長(zhǎng)6s；南北方向紅燈（東西方向黃燈閃爍）時(shí)長(zhǎng)10s，閃爍間隔為1s，依次循環(huán)。

問(wèn)題分析：要設(shè)計(jì)交通燈的模擬電路，因此只需做一個(gè)模擬場(chǎng)景；在一塊萬(wàn)用板上規(guī)定東、西、南、北4個(gè)方向，在每個(gè)方向上安裝紅、綠、黃3個(gè)發(fā)光二極管，用單片機(jī)最小系統(tǒng)通過(guò)定時(shí)程序控制12個(gè)放光二極管的亮滅和持續(xù)時(shí)間即可完成模擬設(shè)計(jì)。

完成設(shè)計(jì)：這個(gè)設(shè)計(jì)重點(diǎn)在于定時(shí)程序的編寫(xiě)，單片機(jī)最小系統(tǒng)只需選用通用的STC單片機(jī)最小系統(tǒng)模塊即可滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求；接口電路只需選擇兩組并行口在每個(gè)發(fā)光二極管上加上拉電阻，通過(guò)調(diào)節(jié)上拉電阻的大小即可調(diào)節(jié)發(fā)光二極管的亮度。

但是，該設(shè)計(jì)現(xiàn)在產(chǎn)學(xué)研教學(xué)模式下就需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行進(jìn)一步的設(shè)計(jì)和改進(jìn)。首先，在實(shí)際應(yīng)用中，交通燈是高亮燈，所以在設(shè)計(jì)時(shí)把發(fā)光二極管改成220V耐壓值的燈，這樣就需要在每一個(gè)燈上增加繼電器，單片機(jī)控制繼電器的吸合和斷開(kāi)，實(shí)現(xiàn)交通燈的亮滅和時(shí)間控制。在夜間以及光照強(qiáng)度等自然因素的影響下，現(xiàn)在急需設(shè)計(jì)一個(gè)根據(jù)環(huán)境變化的自適應(yīng)控制的智能交通燈，所以在指導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)時(shí)啟發(fā)學(xué)生完善智能交通燈的設(shè)計(jì)。另外，在各大城市的繁忙路口，交通的吞吐量大，而且不確定性和隨機(jī)性很大，針對(duì)這類(lèi)城市路口交通燈的設(shè)計(jì)要先做好調(diào)研工作，利用概率學(xué)分析，建立路口吞吐量隨時(shí)間變化的模型，根據(jù)模型選擇合適的算法編程，實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)控制，達(dá)到節(jié)能、高效的效果。

五、結(jié)束語(yǔ)

以上是課題組對(duì)單片機(jī)實(shí)訓(xùn)教學(xué)模式改革的一些嘗試。在教學(xué)實(shí)踐中取得了一些成果，單片機(jī)實(shí)訓(xùn)課程教學(xué)質(zhì)量有了明顯提高，學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力顯著提高，學(xué)生學(xué)習(xí)單片機(jī)的積極性有很大的提高。

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（責(zé)任編輯：王祝萍）