高?？诖鼘?shí)驗(yàn)室建設(shè)的意義及作用

【摘 要】文章結(jié)合當(dāng)下嵌入式行業(yè)的發(fā)展態(tài)勢，分析了單片機(jī)課程在實(shí)踐教學(xué)當(dāng)中存在的一些弊端，并針對獨(dú)立院校的自身特點(diǎn)，以MCS-51單片機(jī)口袋實(shí)驗(yàn)室為例，淺談口袋實(shí)驗(yàn)室所具備的一些優(yōu)點(diǎn)以及口袋實(shí)驗(yàn)室建設(shè)在嵌入式相關(guān)專業(yè)中的意義及作用。

【關(guān)鍵詞】嵌入式 實(shí)踐教學(xué) 實(shí)驗(yàn)室建設(shè) 口袋實(shí)驗(yàn)室

【中圖分類號(hào)】G642 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1674-4810（2015）09-0065-02

隨著后PC時(shí)代的到來，嵌入式技術(shù)以其靈活、高效和性價(jià)比高等諸多優(yōu)勢，被廣泛應(yīng)用于科學(xué)研究、工程設(shè)計(jì)、文藝及商業(yè)，成為后PC時(shí)代信息技術(shù)發(fā)展的主力軍?；诖?，國內(nèi)各大高校和相關(guān)培訓(xùn)機(jī)構(gòu)紛紛開展嵌入式系統(tǒng)的教學(xué)和培訓(xùn)工作。51單片機(jī)因其經(jīng)典的體系結(jié)構(gòu)仍舊占據(jù)著市場相當(dāng)大的份額。另外，因其內(nèi)部資源相對較少，結(jié)構(gòu)相對簡單，易于操作而一直作為各大高校入門嵌入式的先修課程。51單片機(jī)技術(shù)是硬件技術(shù)和軟件技術(shù)的完美結(jié)合，其以硬件為基礎(chǔ)、軟件為核心、應(yīng)用為導(dǎo)向，是電子信息、計(jì)算機(jī)、自動(dòng)化等本科學(xué)生必修的一門專業(yè)技能課程。

單片機(jī)課程同其他嵌入式課程一樣，具有很強(qiáng)的工程實(shí)踐和知識(shí)綜合應(yīng)用性，教學(xué)過程當(dāng)中除了重視理論知識(shí)的講解外，還要注重學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐及工程應(yīng)用能力的培養(yǎng)。但如何通過教學(xué)活動(dòng)使得學(xué)生不僅能夠具備扎實(shí)的理論知識(shí)，還能夠做到學(xué)以致用，是目前單片機(jī)及嵌入式系統(tǒng)教學(xué)當(dāng)中面臨的一個(gè)重要問題。

一 單片機(jī)教學(xué)過程中存在的問題

1.課程特點(diǎn)及存在問題

單片機(jī)課程是一門理論性、技術(shù)性、工程性和實(shí)踐性都很強(qiáng)的課程，其不僅涉及程序語言、通信技術(shù)、模擬電路和數(shù)字電路等基礎(chǔ)知識(shí)，而且還有自身獨(dú)特的知識(shí)體系。從內(nèi)容上看，可將單片機(jī)課程的內(nèi)容分為硬件資源、軟件系統(tǒng)、應(yīng)用設(shè)計(jì)三大部分，覆蓋了硬件到軟件的應(yīng)用，不僅內(nèi)容跨度大，而且內(nèi)容間相互滲透，緊密聯(lián)系。此外，該課程的實(shí)踐應(yīng)用性非常強(qiáng)，但在實(shí)際的教學(xué)操作中往往偏重理論環(huán)節(jié)，而輕視了實(shí)踐環(huán)節(jié)。在教學(xué)內(nèi)容方面，多數(shù)高校仍堅(jiān)持選用MCS-51單片機(jī)進(jìn)行教學(xué)，教材選用高等教育國家級(jí)規(guī)劃教材，雖然該教材具有一定的權(quán)威且內(nèi)容詳盡，但內(nèi)容多側(cè)重于單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)，內(nèi)容相對抽象枯燥且難以記憶，教學(xué)過程中很容易引起學(xué)生的厭煩情緒。此外該類教材中的實(shí)例大多采用匯編語言編寫，雖然有助于學(xué)生熟悉指令系統(tǒng)的用法，但因其本身晦澀難懂，致使學(xué)生很難入門。況且教材中的實(shí)例較少具有實(shí)際項(xiàng)目背景，難以讓學(xué)生體會(huì)到單片機(jī)在工業(yè)控制或日常生活中的具體應(yīng)用，致使學(xué)生無法建立完整的軟件設(shè)計(jì)思想和工程概念。

2.培養(yǎng)方案的特點(diǎn)及存在的問題

應(yīng)用型本科人才是介于專才與通才之間的一種復(fù)合型人才。地方高校肩負(fù)著為地方經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展培養(yǎng)各類專業(yè)人才的重任，應(yīng)主動(dòng)承擔(dān)起應(yīng)用型本科人才的培養(yǎng)任務(wù)。我校為普通獨(dú)立本科院校，對工科學(xué)生的培養(yǎng)始終堅(jiān)持“理論夠用，實(shí)踐加強(qiáng)”的培養(yǎng)方案，但在實(shí)際操作過程中，卻很少做到理論與實(shí)踐并重。在熟悉了單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理之后，必須通過大量的實(shí)踐環(huán)節(jié)方能透徹將其掌握，而實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)箱卻相對落后陳舊，難以擴(kuò)展，不能與當(dāng)前技術(shù)掛鉤，難以引起這些追求潮流的學(xué)生的興趣。實(shí)踐當(dāng)中所做的實(shí)驗(yàn)也多以演示性為主，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容相對簡單，缺乏綜合性，束縛了學(xué)生的思維，因而實(shí)驗(yàn)過程不能有效激發(fā)學(xué)生的主觀能動(dòng)性和自主創(chuàng)新性。此外，學(xué)生的實(shí)踐教學(xué)多在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)室具有封閉性和時(shí)效性，其大大限制了學(xué)生實(shí)踐的地點(diǎn)與時(shí)間，在學(xué)生突有想法時(shí)，可能因?yàn)椴辉趯?shí)驗(yàn)室而造成想法無法得到實(shí)現(xiàn)，也可能因?yàn)閷?shí)驗(yàn)課程結(jié)束而使得未完成的想法被迫終止。針對該問題，我校曾向?qū)W生開放實(shí)驗(yàn)室，但從開放后的利用情況來看，卻發(fā)現(xiàn)并沒有太多同學(xué)到實(shí)驗(yàn)室從事實(shí)驗(yàn)，也就是說，開放實(shí)驗(yàn)室并沒有達(dá)到突破實(shí)驗(yàn)室局限性的目的。

3.教學(xué)模式的特點(diǎn)及存在的問題

受傳統(tǒng)人才培養(yǎng)方案的影響，目前地方高校在應(yīng)用型本科人才培養(yǎng)過程當(dāng)中，重理論輕實(shí)踐的現(xiàn)象比較嚴(yán)重，導(dǎo)致培養(yǎng)出來的人才實(shí)踐動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力不足。單片機(jī)技術(shù)是一門極其側(cè)重實(shí)際應(yīng)用的課程，而且具有較強(qiáng)的綜合性，在其考核方式上，因?yàn)閷W(xué)分和績點(diǎn)問題，目前多數(shù)高校仍堅(jiān)持把理論考試的結(jié)果作為衡量學(xué)生知識(shí)掌握程度的唯一標(biāo)準(zhǔn)。正因?yàn)槿绱?，可能?dǎo)致授課老師在正常的教學(xué)活動(dòng)中下意識(shí)地去偏向理論教學(xué)而輕視實(shí)踐教學(xué)。學(xué)生為了達(dá)到考核要求，在平日的學(xué)習(xí)中，也會(huì)將精力更多地投入到理論學(xué)習(xí)上，最終導(dǎo)致高分低能，學(xué)不能致用，無法滿足社會(huì)對應(yīng)用型人才的需求。

二 實(shí)踐教學(xué)的探索與設(shè)想

1.優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容

因?yàn)閱纹瑱C(jī)課程涉及內(nèi)容豐富，所以在講授相關(guān)基礎(chǔ)課程時(shí)，應(yīng)把與單片機(jī)技術(shù)相關(guān)的內(nèi)容進(jìn)行強(qiáng)調(diào)或者側(cè)重。講授數(shù)字電子技術(shù)時(shí)應(yīng)結(jié)合單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、IO驅(qū)動(dòng)能力、常用外圍擴(kuò)展等，側(cè)重地講授三態(tài)門、TTL和CMOS電路、存儲(chǔ)器和譯碼器等內(nèi)容。此外，還應(yīng)強(qiáng)調(diào)時(shí)序的重要性以及時(shí)序當(dāng)中建立時(shí)間與保持時(shí)間的意義。在講授C語言時(shí)最好能補(bǔ)充C51中與寄存器操作相關(guān)的知識(shí)，并強(qiáng)調(diào)移位操作、位變量等內(nèi)容。對于C語言中的循環(huán)以及指針操作，應(yīng)加強(qiáng)練習(xí)，并能達(dá)到靈活運(yùn)用。在講授通信課程時(shí)，最好能對IIC、SPI等協(xié)議進(jìn)行深入講解。在講授單片機(jī)課程時(shí)，應(yīng)緊密結(jié)合數(shù)字電子技術(shù)內(nèi)容進(jìn)行講解，以便學(xué)生透徹地理解單片機(jī)IO口操作機(jī)理。指令系統(tǒng)較難記憶，最好對其分類，通過練習(xí)，達(dá)到記憶的目的。程序設(shè)計(jì)最好用C語言來實(shí)現(xiàn)，講授時(shí)盡量結(jié)合具體的項(xiàng)目或應(yīng)用，避免一味地講授語法。

2.自主研發(fā)設(shè)備

地方本科院校承擔(dān)著培養(yǎng)應(yīng)用型人才的重任，這就要求培養(yǎng)的人才應(yīng)具有較強(qiáng)的實(shí)操能力和工程能力，因此解決實(shí)驗(yàn)室存在的問題就顯得尤為重要。針對實(shí)驗(yàn)室設(shè)備陳舊的問題，目前部分高校已經(jīng)組織師資隊(duì)伍，結(jié)合院校自身的特點(diǎn)和相關(guān)技術(shù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)備的自主研發(fā)，并投入到教學(xué)活動(dòng)和實(shí)踐活動(dòng)當(dāng)中。通過實(shí)驗(yàn)設(shè)備研發(fā)，不僅可以拓寬實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果，還可提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)隊(duì)伍的教學(xué)科研水平，此外還可節(jié)省資金，加速實(shí)驗(yàn)室建設(shè)。通過網(wǎng)絡(luò)收集我系學(xué)生對實(shí)驗(yàn)設(shè)備的建議，結(jié)果表明90%以上學(xué)生認(rèn)為我系單片機(jī)實(shí)驗(yàn)箱相對陳舊，要求采用新型實(shí)驗(yàn)箱或其他實(shí)驗(yàn)設(shè)備。鑒于文獻(xiàn)所取得的成效，秉承當(dāng)下“口袋實(shí)驗(yàn)室”理念，我系也結(jié)合當(dāng)前技術(shù)，自主研發(fā)了單片機(jī)開發(fā)板，該開發(fā)板芯片多采用貼片，在保證功能不縮水的情況下，盡量減小開發(fā)板的體積，以方便學(xué)生隨身攜帶，使其可隨時(shí)隨地實(shí)驗(yàn)，從而打破傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室的時(shí)效性和封閉性。鑒于C語言在嵌入式開發(fā)中表現(xiàn)出的優(yōu)秀的硬件驅(qū)動(dòng)能力、超強(qiáng)的可移植性及靈活易懂，易學(xué)易用等特點(diǎn)，基于自主研發(fā)的“口袋實(shí)驗(yàn)室”，可編寫配套的教學(xué)實(shí)驗(yàn)例程，這樣不僅可以大大豐富實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，增加學(xué)生學(xué)習(xí)的趣味性，還能有效激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維和主觀能動(dòng)性。

3.項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)型及應(yīng)用導(dǎo)向型教學(xué)

傳統(tǒng)的單片機(jī)授課采用的是灌輸式的教學(xué)方法，很難激發(fā)學(xué)生的知識(shí)綜合能力和自主創(chuàng)新能力，結(jié)果是學(xué)生總被授課教師牽著走，放手后思維便失去方向。而項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)型和應(yīng)用導(dǎo)向型教學(xué)法是讓學(xué)生真實(shí)地參與到項(xiàng)目設(shè)計(jì)中，以具體的應(yīng)用為參考，讓學(xué)生結(jié)合所學(xué)知識(shí)和實(shí)際操作技能，制定項(xiàng)目實(shí)施方案，并考慮項(xiàng)目實(shí)施每一個(gè)具體步驟的教學(xué)方法。在項(xiàng)目實(shí)踐中，學(xué)生通過自己克服并處理項(xiàng)目當(dāng)中出現(xiàn)的問題，最終將項(xiàng)目完善。整個(gè)實(shí)施過程，可使學(xué)生充分綜合所學(xué)知識(shí)和技能，提高其動(dòng)手實(shí)踐、自主學(xué)習(xí)和自主創(chuàng)新的能力，還可使其充分體會(huì)到項(xiàng)目實(shí)施的艱辛與樂趣。

三 總結(jié)

文章從單片機(jī)的課程特點(diǎn)及我校的培養(yǎng)方案出發(fā)，分析了單片機(jī)課程傳統(tǒng)的教學(xué)弊端，并提出了通過加快“口袋實(shí)驗(yàn)室”建設(shè)和采用項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)型及應(yīng)用導(dǎo)向型教學(xué)法來對傳統(tǒng)的單片機(jī)教學(xué)進(jìn)行改革。通過實(shí)際教學(xué)效果對比，證明教學(xué)改革后學(xué)生對單片機(jī)的應(yīng)用能力較往屆學(xué)生有較大提升。若將這種改革應(yīng)用到其他嵌入式課程教學(xué)當(dāng)中，相信也能取得一定的教學(xué)效果。

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〔責(zé)任編輯：林勁〕