單片機課程實踐教學(xué)模式的改進與思考

【摘要】本文介紹了目前高校單片機課程教學(xué)所存在的局限性，提出改進單片機課程實踐教學(xué)模式，就該門課程實驗教學(xué)方式的改進，以及課程設(shè)計的選題和實施過程進行了新的探討。意在改進教學(xué)模式，促進教學(xué)改革，把教學(xué)和實踐相結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新實踐能力。

【關(guān)鍵詞】單片機；實驗；課程設(shè)計

單片機課程是高校電子信息類專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，單片機技術(shù)無論在現(xiàn)實生活中如儀器儀表、信號處理、家用電器等領(lǐng)域，還是在大學(xué)生電子設(shè)計競賽，以及電子信息類的課程設(shè)計和畢業(yè)設(shè)計中，均得到大量的應(yīng)用。針對單片機原理及應(yīng)用課程實踐性強的特點， 尋求一種能較好地培養(yǎng)學(xué)生實踐動手能力的教學(xué)模式，是任課教師應(yīng)認(rèn)真關(guān)注和思考的問題。

一、單片機教學(xué)的現(xiàn)狀與存在的問題

從我校電子信息類專業(yè)的畢業(yè)生情況看，該專業(yè)學(xué)生畢業(yè)設(shè)計課題有不少是單片機應(yīng)用類的，如單片機電機調(diào)速控制、單片機溫度控制、單片機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等等。雖然多數(shù)學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計過程中，能通過查找資料，最終也能完成一篇不錯的畢業(yè)設(shè)計說明書，可很少有人完成實物的?；蛘哒f多數(shù)人仍停留在純理論的“開發(fā)”上，而把一門應(yīng)用性很強的課程與工程實踐完全脫離了。工科院校在單片機課程上重理論教學(xué)、輕實踐指導(dǎo)是普遍存在的問題。分析其問題根源，主要存在以下幾個方面原因：首先，教學(xué)理念上的誤區(qū)，常規(guī)教學(xué)模式是老師在課堂上完成理論講授，實驗室完成規(guī)定的實驗，而該課程在許多應(yīng)用方面的特點無法在實驗儀器上體現(xiàn)出來；其次，設(shè)備條件的束縛，缺少必要的開發(fā)應(yīng)用裝置，沒有完善的條件讓學(xué)生動手去獨立設(shè)計和開發(fā)產(chǎn)品；另外，部分單片機教師自己從未開發(fā)過任何相關(guān)產(chǎn)品，缺少指導(dǎo)學(xué)生開發(fā)單片機產(chǎn)品的實踐和經(jīng)驗。這些問題促使我們應(yīng)認(rèn)真思考單片機教學(xué)方式的改進，重點在于提高學(xué)生實踐應(yīng)用能力。

二、實驗教學(xué)方式的改進

1.注重基本實驗內(nèi)容，提高實驗要求

通過課程實驗，學(xué)生將課堂上所學(xué)的理論知識用于實踐當(dāng)中，用理論知識去分析、解決實際的工程問題，加深學(xué)生對所學(xué)知識的認(rèn)識。要搞好實驗教學(xué)就離不開基本的實驗內(nèi)容，因為基本實驗可以加深對單片機基本模塊的理解、掌握及運用。如I/O口控制、定時器、串口等模塊的實驗，使學(xué)生熟練掌握其使用和編程。

2.增加設(shè)計性仿真試驗

為了培養(yǎng)學(xué)生自己分析、設(shè)計單片機電路的能力，可以利用單片機電路仿真軟件（如PROTEUS等），讓學(xué)生自己在計算機上設(shè)計電路，編寫程序，然后進行仿真調(diào)試、分析、修改，實現(xiàn)電路功能等。單片機軟件仿真能完全用軟件實現(xiàn)對單片機的軟、硬件工作環(huán)境及工作過程的動態(tài)模擬，可以實現(xiàn)硬件仿真器的大多功能并克服硬件仿真器存在的諸多缺陷（如價格高、易損壞等） ，雖也存在硬件診斷、實時仿真等方面不足，但在教學(xué)研究中或?qū)崟r性要求不太高的場合，應(yīng)用軟件仿真器進行單片機教學(xué)與開發(fā)是一種行之有效的方案。

通過這些仿真工具，學(xué)生能夠非常簡便地選擇元器件，快速設(shè)計電路原理圖，進行系統(tǒng)仿真。在這些實驗平臺上，可以采用驗證型、綜合型、設(shè)計型和創(chuàng)新型等不同訓(xùn)練形式，能夠有效提高學(xué)生分析、設(shè)計和應(yīng)用能力。

三、課程設(shè)計的有序組織

單片機的實驗通常是在實驗系統(tǒng)（如實驗箱）上完成的，實驗系統(tǒng)除單片機芯片外還有許多支撐的外圍芯片，學(xué)生通過實驗可以深化理論，對鞏固課堂所學(xué)理論知識有極大的幫助，但實驗系統(tǒng)與單片機開發(fā)應(yīng)用的產(chǎn)品之間存在差別。為了使學(xué)生真正理解單片機系統(tǒng)的開發(fā)流程，需要在單片機教學(xué)中環(huán)節(jié)中引入課程設(shè)計項目。

單片機課程設(shè)計的指導(dǎo)思想是改革傳統(tǒng)的課程設(shè)計模式。變上大課為上小課，變統(tǒng)一課題為多樣課題，變教師指導(dǎo)為主為學(xué)生動手為主，變指導(dǎo)性實踐為探索性實踐。通常把學(xué)生分成幾人一組，指導(dǎo)教師向?qū)W生推薦若干個單片機應(yīng)用課題，學(xué)生根據(jù)自己的能力選擇其中一個課題，或者自己查找資料和指導(dǎo)老師一起確定實用課題。在實踐中由學(xué)生自己設(shè)計硬件電路、軟件框圖和程序清單，自己進行電路焊接、調(diào)試，軟硬件仿真和程序固化，最終每人獨立完成一件作品（產(chǎn)品） ，如交通燈控制器、步進電機控制器、電子鐘、音樂控制器、溫度檢測顯示等等。指導(dǎo)老師的作用是讓學(xué)生明確每一步驟的任務(wù)，檢查工作進度，幫助分析解決在設(shè)計中存在的問題。

單片機課程設(shè)計是理論與實踐緊密結(jié)合的教學(xué)環(huán)節(jié)，在學(xué)生學(xué)過電工、電子技術(shù)、單片機原理及應(yīng)用等理論課后，基本掌握了單片機原理及應(yīng)用的簡單程序編制方法，熟悉單片機控制的開發(fā)流程，能利用實驗開發(fā)環(huán)境進行軟、硬件的調(diào)試。

課程設(shè)計的選題是一個重要環(huán)節(jié)，課程設(shè)計主要是圍繞單片機這門課程內(nèi)容所做的綜合練習(xí)，題目應(yīng)出自實際電路但比較簡單、定性，選題的著眼點讓學(xué)生開始從理論學(xué)習(xí)的軌道上逐漸引向?qū)嶋H應(yīng)用方面來。題目選擇是否合適，直接關(guān)系到它的教學(xué)效果，必須認(rèn)真而慎重：

1.題目首先要符合教學(xué)要求，使學(xué)生能夠運用本課程所學(xué)的基本知識，進行基本技能方面的訓(xùn)練。

2.題目的主要內(nèi)容應(yīng)當(dāng)是學(xué)生在單片機原理及應(yīng)用和電子技術(shù)等課程中學(xué)過知識的綜合。如果有些知識需要深化和擴展，應(yīng)在設(shè)計過程中補充講解。

3.題目不宜過大。課題指標(biāo)可從學(xué)生實際出發(fā)，做到難易適中，或因人而異，讓不同程度的學(xué)生經(jīng)過努力都能完成任務(wù)，有所收獲。

4.題目內(nèi)容應(yīng)當(dāng)盡可能反映單片機在機電控制方面的應(yīng)用，且具有一定的實用價值。

課程設(shè)計題目選好后，指導(dǎo)教師應(yīng)做好以下工作：

1.教師向?qū)W生下發(fā)課程設(shè)計任務(wù)書。任務(wù)書寫明題目、主要技術(shù)指標(biāo)和要求、給定條件和原始數(shù)據(jù)、所用儀器設(shè)備和元器件、應(yīng)完成的具體任務(wù)，說明書的格式和內(nèi)容，參考文獻等。

2.教師講解必要的電路原理和程序設(shè)計思路，明確設(shè)計任務(wù)，必要時可進行參觀和調(diào)研，增強學(xué)生的感性認(rèn)識， 幫助學(xué)生盡快選擇設(shè)計方案。

3.方案確定后，就可查閱資料，確定設(shè)計方案，經(jīng)指導(dǎo)教師檢查后，學(xué)生就可以到實驗室進行硬件的連接和軟件調(diào)試。

4.布置論文的編寫和圖紙整理工作。在完成了課程設(shè)計的實驗后，學(xué)生對設(shè)計的全過程做出總結(jié)報告，按照統(tǒng)一格式寫出說明書和電路原理圖等。

在做好以上準(zhǔn)備工作后，在指導(dǎo)教師的指點下，由學(xué)生獨立完成，從課程設(shè)計的基本要求出發(fā)，通過課程設(shè)計的各個環(huán)節(jié)，應(yīng)使學(xué)生達到鞏固和加深對單片機原理和接口技術(shù)知識的理解；培養(yǎng)學(xué)生根據(jù)課題需要選學(xué)參考書籍，查閱手冊和文獻資料的能力；學(xué)會方案論證的比較方法，拓寬知識初步掌握工程設(shè)計的基本方法；掌握常用儀器儀表的正確使用方法，學(xué)會軟、硬件的設(shè)計和調(diào)試方法；了解與課題有關(guān)的硬件元器件的工程規(guī)范，能按課程任務(wù)書的要求編寫課程設(shè)計說明書，能正確反映設(shè)計和實驗成果，能用計算機繪制電路圖和流程圖等。

同時，指導(dǎo)教師應(yīng)隨時掌握學(xué)生的設(shè)計情況，可以通過答辯或經(jīng)驗交流等形式，了解學(xué)生的設(shè)計水平，最后由指導(dǎo)教師根據(jù)學(xué)生的全面表現(xiàn)評定學(xué)生的課程設(shè)計成績，如基本知識掌握的程度、選定方案是否合理先進，程序設(shè)計是否最佳，電路設(shè)計和搭接是否規(guī)范，實踐動手能力強弱程度、獨立分析和解決問題的能力和創(chuàng)新精神、說明書編寫的水平、答辯情況，及學(xué)習(xí)態(tài)度和科學(xué)作風(fēng)思想表現(xiàn)等，對每個學(xué)生的課程設(shè)計寫出評語，成績可按優(yōu)、良、中、及格、不及格分為五等。

四、總結(jié)

本文提出了單片機實踐教學(xué)模式改革的一些思路。隨著單片機技術(shù)的迅速發(fā)展， 教師應(yīng)經(jīng)常研究社會對人才的需求特點，根據(jù)學(xué)生的實際情況，不斷調(diào)整教學(xué)內(nèi)容，采用切實可行的教學(xué)方法，豐富教學(xué)手段，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，提高實際教學(xué)效果。這樣，才能使培養(yǎng)出來的人才更符合社會的要求，才能使我們的教學(xué)更充滿活力。

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作者簡介：沈兆軍（1972—），男，江蘇鹽城人，鹽城工學(xué)院信息工程學(xué)院講師，主要從事現(xiàn)代通信與嵌入式系統(tǒng)教學(xué)。