單片機(jī)課程的教學(xué)改革與實(shí)踐

西北民族大學(xué)電氣工程學(xué)院 馬惠蘭

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單片機(jī)課程的教學(xué)改革與實(shí)踐

西北民族大學(xué)電氣工程學(xué)院 馬惠蘭

【摘要】分析了民族院校單片機(jī)原理及其應(yīng)用課程在教學(xué)和實(shí)踐中存在的問(wèn)題，結(jié)合多年的教學(xué)工作實(shí)踐，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、實(shí)踐教學(xué)和考核形式等方面對(duì)單片機(jī)課程進(jìn)行了教學(xué)改革和實(shí)踐，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)單片機(jī)的興趣和實(shí)踐設(shè)計(jì)能力。

【關(guān)鍵詞】單片機(jī)；教學(xué)改革；實(shí)踐

單片機(jī)具有良好的控制性能和靈活的嵌入品質(zhì)，廣泛地應(yīng)用在工業(yè)控制、儀器儀表、汽車電子、通信等領(lǐng)域。作為民族院校電氣工程及其自動(dòng)化、電子信息、自動(dòng)化、通信、物聯(lián)網(wǎng)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，單片機(jī)原理及其應(yīng)用課程對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和實(shí)踐設(shè)計(jì)能力起到了舉足輕重的作用。以往傳統(tǒng)的教學(xué)模式都是老師講、學(xué)生聽，效果很差，實(shí)驗(yàn)也是驗(yàn)證性居多，學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性不高，各類競(jìng)賽不敢參加。針對(duì)這種教學(xué)現(xiàn)狀，筆者和課程組的老師們一起，結(jié)合多年的教學(xué)工作經(jīng)歷和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對(duì)單片機(jī)原理及其應(yīng)用課程從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、實(shí)踐教學(xué)和考核形式等方面對(duì)單片機(jī)課程進(jìn)行了教學(xué)改革和實(shí)踐，取得了良好的效果。

1 大膽改革教學(xué)內(nèi)容，適應(yīng)單片機(jī)發(fā)展

1.1 更新教材，適應(yīng)發(fā)展需要

單片機(jī)的發(fā)展日新月異，從品種、結(jié)構(gòu)、性能、生產(chǎn)工藝、開發(fā)方式到外圍元器件都在快速發(fā)展，為了培養(yǎng)應(yīng)用型人才，必須盡快適應(yīng)這種發(fā)展變化和市場(chǎng)對(duì)人才的需求，傳統(tǒng)的8051單片機(jī)已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足教學(xué)需要。為此，我們選用了以宏晶科技有限公司的STC15F2K60S2單片機(jī)為背景機(jī)的教材，硬件資源豐富，功能強(qiáng)大。STC15F2K60S2單片機(jī)采用了增強(qiáng)型8051內(nèi)核，片內(nèi)集成了60KBFlash程序存儲(chǔ)器、1KB數(shù)據(jù)Flash、2048BRAM、3個(gè)16位可自動(dòng)重裝載的定時(shí)/計(jì)數(shù)器、可編程時(shí)鐘輸出功能、至多42根I/O口線、2個(gè)全雙工異步串行口、1個(gè)高速同步通信端口（SPI）、8通道10位ADC、3通道PWM/可編程計(jì)數(shù)器陣列/捕獲/比較單元、MAX810專用復(fù)位電路、硬件看門狗、高精度R/C時(shí)鐘電路等硬件資源，具有ISP功能和在線調(diào)試功能，開發(fā)環(huán)境的搭建非常容易。

1.2 教學(xué)內(nèi)容優(yōu)化組合，知識(shí)結(jié)構(gòu)清晰

根據(jù)單片機(jī)概念多、內(nèi)容抽象等特點(diǎn)，我們?cè)诮虒W(xué)過(guò)程中對(duì)內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)化組合，將全部?jī)?nèi)容分為三個(gè)模塊。第一個(gè)模塊為單片機(jī)的硬件組成和工作原理，介紹單片機(jī)的整體組成和CPU、存儲(chǔ)器、I/O口、復(fù)位等，使學(xué)生對(duì)單片機(jī)建立整體印象，對(duì)它的核心組成及工作原理有個(gè)清楚的認(rèn)識(shí)。第二個(gè)模塊是單片機(jī)的程序設(shè)計(jì)，以匯編語(yǔ)言為主、C語(yǔ)言為輔，作為單片機(jī)應(yīng)用必須熟練掌握的工具。第三個(gè)模塊，轉(zhuǎn)變視角，從中斷的角度介紹單片機(jī)的中斷源和單片機(jī)的應(yīng)用，貫穿其中的是中斷技術(shù)。這樣模塊化整合的結(jié)果，使得課程內(nèi)容清晰，重點(diǎn)突出，每個(gè)模塊的基本理論和基本技能非常明確。

2 多種教學(xué)方法并用，培養(yǎng)學(xué)習(xí)興趣

2.1 合理使用多媒體，提高課堂效率

傳統(tǒng)的板書教學(xué)，雖然講解清楚，效果良好，但對(duì)于某些內(nèi)容的介紹卻束手無(wú)策，比如程序設(shè)計(jì)，可以設(shè)計(jì)和講解程序，但無(wú)法現(xiàn)場(chǎng)演示和調(diào)試程序，采用多媒體就可以輕松解決，學(xué)生在課堂上就看到了程序運(yùn)行的結(jié)果和現(xiàn)象，不再懷疑程序設(shè)計(jì)的對(duì)錯(cuò)，還產(chǎn)生了好奇，激發(fā)了學(xué)習(xí)興趣。對(duì)于單片機(jī)的內(nèi)部組成及其工作原理、指令的執(zhí)行過(guò)程等內(nèi)容，都必須使用多媒體進(jìn)行講解才能取得良好的教學(xué)效果。

2.2 舉一反三，強(qiáng)化基本技能訓(xùn)練

有些內(nèi)容和基本技能，講一遍學(xué)生可能能聽懂，但要達(dá)到熟悉或熟練掌握，還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，這時(shí)候就需要反復(fù)講，但簡(jiǎn)單的重復(fù)學(xué)生沒有興趣，教師就要采用舉一反三、觸類旁通的方法進(jìn)行講解。比如程序設(shè)計(jì)中的查表、數(shù)據(jù)塊排序、多分支轉(zhuǎn)移，各中斷源的中斷請(qǐng)求中斷方式和查詢方式處理，數(shù)碼管的動(dòng)態(tài)顯示、矩陣鍵盤設(shè)計(jì)中鍵號(hào)設(shè)置等，都可以采用這種教學(xué)方法把本部分內(nèi)容講透，使學(xué)生印象深刻，從而掌握相應(yīng)的程序設(shè)計(jì)方法和中斷處理技巧。

2.3 仿真軟件和開發(fā)板進(jìn)課堂，培養(yǎng)實(shí)踐能力

單純的板書和多媒體講解，學(xué)生不會(huì)感到新奇。對(duì)于早已廣泛使用的單片機(jī)仿真軟件Keil和電路實(shí)物仿真軟件Proteus，我們及時(shí)引進(jìn)課堂。程序設(shè)計(jì)使用Keil，硬件及中斷源部分Keil和Proteus聯(lián)合使用，一方面增強(qiáng)了教學(xué)效果，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣；另一方面也教會(huì)了學(xué)生如何做單片機(jī)實(shí)驗(yàn)，對(duì)于課后學(xué)習(xí)起到了一個(gè)指引的作用。

2.4 舉例聯(lián)系實(shí)際，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣

單片機(jī)的指令功能很強(qiáng)，設(shè)計(jì)的程序效率很高。在講解程序設(shè)計(jì)時(shí)盡量緊密聯(lián)系實(shí)際，讓學(xué)生感到單片機(jī)的應(yīng)用確實(shí)離大家很近。比如數(shù)據(jù)塊求極值，可以延伸應(yīng)用到查找、替換；數(shù)據(jù)塊排序可以應(yīng)用于插入、刪除，查表程序必不可少地要用在各類顯示處理中。每一部分硬件都作為單片機(jī)的中斷源處理，定時(shí)/計(jì)數(shù)器的應(yīng)用就非常典型，其定時(shí)功能應(yīng)用于常見的電子時(shí)鐘、秒表、萬(wàn)年歷、交通燈控制、超聲波測(cè)距等，其計(jì)數(shù)功能可用于全自動(dòng)生產(chǎn)線上的產(chǎn)品計(jì)數(shù)、出租車計(jì)價(jià)器、健身器上的計(jì)數(shù)器等，應(yīng)用非常廣泛。要讓學(xué)生充分了解單片機(jī)在實(shí)際生活中的應(yīng)用，離大家很近，產(chǎn)生親切感，從而產(chǎn)生想親手設(shè)計(jì)產(chǎn)品的愿望。

3 改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)，提高動(dòng)手能力

3.1 改革實(shí)驗(yàn)大綱，注重動(dòng)手能力

原來(lái)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱中，驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的比例較高，實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本一樣，實(shí)驗(yàn)過(guò)程無(wú)法進(jìn)行各種設(shè)計(jì)，這樣不利于培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力。為此，我們?cè)诟鼡Q教材的同時(shí)，也更新了實(shí)驗(yàn)箱，圍繞新的實(shí)驗(yàn)箱修改了實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱，減少了驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)數(shù)量，增加了設(shè)計(jì)性和綜合性實(shí)驗(yàn)比例，在實(shí)驗(yàn)室提供了更多讓學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐的機(jī)會(huì)。

3.2 開展開放性實(shí)驗(yàn)，增強(qiáng)設(shè)計(jì)能力

學(xué)校每年都劃撥一部分經(jīng)費(fèi)專用于開展開放實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，課程組的老師每個(gè)人每年均有3～4個(gè)開放實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)。鼓勵(lì)有能力和有興趣的學(xué)生積極申報(bào)開放實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，并配備一定的實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)，不但可以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力，提高人才培養(yǎng)質(zhì)量，還能有效利用和挖掘?qū)嶒?yàn)室資源，充分發(fā)揮實(shí)驗(yàn)室在高素質(zhì)人才培養(yǎng)過(guò)程中的重要作用，促進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革。

3.3 指導(dǎo)申報(bào)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目，培養(yǎng)創(chuàng)新能力

為認(rèn)真落實(shí)教育部“本科教學(xué)工程”國(guó)家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)業(yè)創(chuàng)新訓(xùn)練計(jì)劃，我們積極動(dòng)員和指導(dǎo)學(xué)生踴躍參加學(xué)校每年組織的申報(bào)活動(dòng)，積極參加，充分利用全校實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心、各專業(yè)實(shí)驗(yàn)室、科研實(shí)驗(yàn)室、重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和大學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新基地的場(chǎng)地和設(shè)備資源，使學(xué)生的創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力進(jìn)一步得到鍛煉和提升。

3.4 鼓勵(lì)積極參加各類設(shè)計(jì)大賽，鍛煉實(shí)戰(zhàn)能力

每年舉行的各類電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽非常多，鼓勵(lì)有創(chuàng)新和實(shí)踐設(shè)計(jì)能力的學(xué)生積極參加各類比賽，能很好地鍛煉學(xué)生的實(shí)戰(zhàn)能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，增加成就感和自信心。學(xué)校在這方面給予了強(qiáng)有力的支持。

4 改革考核方式，加強(qiáng)實(shí)踐能力

考核是對(duì)學(xué)習(xí)成果的檢驗(yàn)，以前的考核只進(jìn)行閉卷考試，無(wú)法全面反映學(xué)生的學(xué)習(xí)過(guò)程和實(shí)踐能力。對(duì)此我們我們?cè)黾恿藢?shí)驗(yàn)考核，且占很大的比例，采用課程總評(píng)=平時(shí)×10%＋期中×10%＋實(shí)驗(yàn)×30%＋期末×50%的方式進(jìn)行考核，并且期末考核中與實(shí)驗(yàn)相關(guān)的實(shí)踐設(shè)計(jì)內(nèi)容占有很高的比例，學(xué)生只要平時(shí)在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中熟練掌握了基本理論和基本技能，考核成績(jī)都不會(huì)很低?？己苏嬲从沉藢W(xué)生的實(shí)踐能力，注重了學(xué)生學(xué)習(xí)單片機(jī)課程的動(dòng)手能力。

本文分析了民族院校單片機(jī)課程在教學(xué)和實(shí)踐中存在的問(wèn)題，結(jié)合課程組老師多年的教學(xué)工作實(shí)踐，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、實(shí)踐教學(xué)和考核形式等方面對(duì)單片機(jī)課程進(jìn)行了教學(xué)改革，并且對(duì)2012級(jí)和2013級(jí)學(xué)生進(jìn)行了實(shí)踐，取得了良好的效果，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)單片機(jī)的興趣，提高了學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐和創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力。

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馬惠蘭（1969—），女，甘肅康樂人，副教授，主要研究方向：嵌入式系統(tǒng)及應(yīng)用。

作者簡(jiǎn)介：

基金項(xiàng)目：西北民族大學(xué)2012年精品課程建設(shè)，項(xiàng)目編號(hào)：12JPKC-16705925。