高職院校51單片機實踐教學的改革探索

華瑩

[摘 要]實踐教學是單片機課程教學的重要組成部分，能夠提高學生動手能力。隨著電子信息技術(shù)迅速發(fā)展，傳統(tǒng)的實踐教學模式仍停留在理論層面上，在培養(yǎng)學生的動手能力與創(chuàng)新能力方面有一定的局限性，大多教學生學完課程后不能靈活應(yīng)用。新的實踐教學模式在更改理論授課主講機型的基礎(chǔ)上，以實驗的形式培養(yǎng)學生的動手能力和實驗技能。以51單片機為核心控制器，完成增強51單片機的各種驗證性實驗。通過單片機實踐教學系統(tǒng)等實踐操作，提高動手能力，開展科學研究，縮小理論授課與工程應(yīng)用間的差距。

[關(guān)鍵詞]高職院校；單片機；實踐教學；教學改革

[DOI]10.13939/j.cnki.zgsc.2015.41.190

多年來，實踐教學是單片機原理與應(yīng)用課程教學不可缺少的部分，其設(shè)計立足于教學大綱，滿足現(xiàn)行教學中各種實驗的要求，是一門綜合性、實踐性極強的課程。學習提高和綜合應(yīng)用該課程的實質(zhì)就是讓學生充分發(fā)揮自主能動性。通過靈活應(yīng)用單片機內(nèi)部功能部件，對系統(tǒng)的先進性、實用性和可靠性進行細致的分析，在成功搭建最小系統(tǒng)的基礎(chǔ)上擴展外圍電路。培養(yǎng)學生開發(fā)實際應(yīng)用系統(tǒng)能力，探索新的單片機實踐教學模式。

1 傳統(tǒng)單片機實踐教學模式

隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，目前的單片機實踐教學方式分為三類。一是表現(xiàn)形式生動的，涉及了電子電路并且應(yīng)用越來越廣泛的，以Proteus為實驗仿真平臺的，在計算機上實現(xiàn)虛擬實驗的方式。這種實踐教學方式能體現(xiàn)出單片機技術(shù)的超強實踐性，將有助于實驗和課程設(shè)計等環(huán)節(jié)的學習和訓(xùn)練，提高學生的興趣，培養(yǎng)學生實踐能力。但在單片機的教學過程中仿真實驗的單一性極易讓學生感到厭倦。二是以使用非常普遍的單片機實驗箱為硬件平臺，學生照本宣科地去完成所謂實驗，通過連接各功能模塊間的跳線搭建實驗項目的硬件電路。對硬件的機械式操作，致使實驗起不到其應(yīng)有的作用，降低了學生的學習興趣。學生只能在不清楚實驗箱硬件連接的情況下，參照實驗指導(dǎo)書完成實驗，制約了學生創(chuàng)造性思維及綜合能力的發(fā)揮，使學生在硬件電路設(shè)計方面都沒能得到很好的鍛煉。三是提供給學生單片機最小系統(tǒng)開發(fā)板或元器件，在有限的課時提高實驗教學效果。學生需要自己設(shè)計硬件電路，加深對理論知識的理解，并編寫程序以完成實驗項目。這種方式在單片機測控領(lǐng)域的實驗難度又有所提高，有利于提高學生的動手能力。但是，盡管學生在校期間已經(jīng)過理論，由于興趣、先修課程基礎(chǔ)的差異，加上過多的硬件資源，使得基礎(chǔ)偏差的學生無法完成實驗，甚至連學習成績很好的學生也會感到無從下手。

2 51單片機實踐教學模式改革

2.1 課程理論教學內(nèi)容的改革

上述三類實驗方式多以傳統(tǒng)的51系列單片機為核心控制器，采用以C51為主匯編為輔的編程語言為開發(fā)工具，造成課堂教學與工程應(yīng)用嚴重脫節(jié)。新的實踐教學模式以理論課教學內(nèi)容改革為基礎(chǔ)，在更新理論授課內(nèi)容的基礎(chǔ)上更新主講機型，以及更新編程語言，加速單片機課程教學與工程應(yīng)用的相容。目前，市場上存在許多與51兼容的高性能8位單片機實現(xiàn)測試與控制功能。近年來以科研項目為依托，開發(fā)中也多次使用該系列單片機作為主控制器，將上述三種傳統(tǒng)實踐教學模式相結(jié)合通過適當?shù)慕虒W組織與實施，替代傳統(tǒng)的51系列。學習過程中，傳統(tǒng)的匯編語言不完全拋棄，真正與工程接近。在實時性要求高的場合運用傳統(tǒng)的匯編語言的基礎(chǔ)上，增加了學生理解各部件相關(guān)知識點的難度，因此，以C5l語言為主兼顧匯編語言的理論教學成為理論教學改革內(nèi)容之一，將會更高效率提高學生的“真”動手能力和工程實踐能力。

2.2 實踐教學改革

高集成度的封裝快速與更新的單片機產(chǎn)品脫節(jié)，因此需要新的實踐教學環(huán)節(jié)。C51語言作為該課程的主要編程語言，融合實驗箱基礎(chǔ)性強、匯編語言與操作簡單，可讀性和可移植性強利于提高學生動手能力。單片機應(yīng)用開發(fā)人員大多數(shù)選擇目標代碼與運行速度都與匯編語言相差不多，挑選部分基礎(chǔ)性實驗仍在實驗箱上完成，實驗內(nèi)容較豐富的設(shè)計性實驗則在面包板上完成。結(jié)合課程和學生的特點，合理安排各實驗，達到最終構(gòu)建單片機應(yīng)用系統(tǒng)的目的。激發(fā)學生的學習興趣，使學生產(chǎn)生和保持對單片機的強烈求知欲。

3 實踐教學組織與實施

3.1 教學準備

根據(jù)學生的不同認知能力會影響教學效果等因素，將學生進行分組，依照學生的能力對相關(guān)課程知識的拓寬，在授課中充分發(fā)揮仿真實驗的形色作用。教師在上課前，需要在教學中引入具有專業(yè)特色、擴展性較好、單片機課程實踐教學，以達到學生對該門課程有一定的理論認知。同時了解學生的多元智能情況，增添設(shè)計性實驗項目。在進行課程實驗時還可以針對學生個體的興趣，將學生分成相似度接近的若干組。學生可選擇不同模塊來完成不同類型和難度不一的設(shè)計性、綜合性實驗項目。在實驗過程中，使學生通過實驗掌握單片機課程的基礎(chǔ)，充分調(diào)動每個學生主動參與學習的積極性，增加學生硬件連接的動手機會。使不同層次的學生有不同程度的參與，提高綜合設(shè)計能力和工程應(yīng)用水平。

3.2 教學內(nèi)容組織

基礎(chǔ)性實驗多為驗證實驗，根據(jù)單片機的知識結(jié)構(gòu)，擬定實驗項目。精簡基礎(chǔ)性實驗是學生快速掌握單片機獨立知識點的有效途徑，根據(jù)學生的掌握程度，設(shè)置基礎(chǔ)實驗內(nèi)容。同時，教師僅提供學生元器件，主程序流程圖和部分子程序已在實驗指導(dǎo)書中給出，學生動手焊接電路，按流程圖填寫完整程序，加強設(shè)計實驗。并結(jié)合工程應(yīng)用將設(shè)計設(shè)置成不同的難易等級，在實驗箱上調(diào)試出結(jié)果。以基礎(chǔ)、單獨的知識點為學習目標，達到熟悉單片機指令系統(tǒng)、編寫簡單程序的目的。在實驗過程中，教師應(yīng)以學生為實驗主體，為學生點明實驗方向，提高學生對單片機應(yīng)用系統(tǒng)的全面認識，改變其應(yīng)付實驗的思想。使其能參照實驗指導(dǎo)書獨立編制實現(xiàn)軟件，最大限度地調(diào)動和發(fā)揮學生的積極性。

3.3 教學實施

實踐教學和理論教學一樣，需要得到不同層次的提高和收獲。教師發(fā)揮足夠的引導(dǎo)作用，盡量做到采用綜合運用單片機各功能部件知識點的多樣化的教學方法讓學生帶著疑問與興趣去完成各個實驗。以為學習目標進行基礎(chǔ)實驗項目環(huán)節(jié)，開發(fā)多個綜合性實驗項目。在完成基礎(chǔ)性實驗、設(shè)計性實驗的基礎(chǔ)上，教師可采用“問題式教學”、“案例式學”、“討論式教學”等方法，培養(yǎng)學生積極思考—發(fā)現(xiàn)問題一解決問題—思考問題的良好習慣。借用實物、Proteus仿真圖給學生明確實驗任務(wù)，通過重復(fù)理解實際電路與理論知識的鏈接關(guān)系，更好地掌握實驗原理。并引導(dǎo)學生對應(yīng)知識的鏈接去剖析每個實驗項目，及時總結(jié)思考，排除故障、解決問題。讓學生不能僅以為學習目標，在完成實驗時從理論依據(jù)自己搭建硬件電路，分析實現(xiàn)方案。引導(dǎo)學生積極思考實驗中遇到如電路設(shè)計錯誤、基本概念錯誤、程序結(jié)構(gòu)錯誤及語法錯誤等各種問題，分析問題，并找到解決問題的方法，重復(fù)理解調(diào)試過程所用到的理論知識點。

4 結(jié) 論

實踐教學是單片機課程教學的重要組成部分，針對目前常見幾種單片機課程教學實踐方法的優(yōu)缺點，融合三種實踐教學方式，提高學生動手能力。通過整合教學內(nèi)容，開展科學研究，縝密布置教學實施計劃，以實驗的形式培養(yǎng)學生開發(fā)實際應(yīng)用系統(tǒng)能力，讓學生充分發(fā)揮自主能動性，提高工程應(yīng)用能力。

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