基于理實(shí)一體化的單片機(jī)原理及應(yīng)用課程改革探索與研究

摘 要：單片機(jī)原理及應(yīng)用是一門綜合計算機(jī)、電子、自動化控制等的技術(shù)，具有很強(qiáng)的應(yīng)用型和實(shí)用性，是高職高專電氣自動化、機(jī)電一體化等專業(yè)的專業(yè)課。本門課程實(shí)踐性強(qiáng)、內(nèi)容抽象，與實(shí)際應(yīng)用聯(lián)系緊密，采用傳統(tǒng)的授課方式，學(xué)生難以理解、掌握。以降低學(xué)生學(xué)習(xí)難度、激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、提高學(xué)生學(xué)習(xí)效果為動機(jī)，從引入PROTUES仿真教學(xué)、采用“任務(wù)驅(qū)動法”教學(xué)模式、選取C語言為設(shè)計語言三個方面進(jìn)行綜合教學(xué)改革，從而提高單片機(jī)課程教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)出實(shí)踐能力、綜合應(yīng)用知識能力均較強(qiáng)的學(xué)生，能很好地將本門課程所學(xué)知識應(yīng)用到工作崗位上。

關(guān)鍵詞：課程改革；仿真教學(xué)；任務(wù)驅(qū)動法

傳統(tǒng)單片機(jī)原理及應(yīng)用課程教學(xué)方式是以單片機(jī)的知識結(jié)構(gòu)為主線，學(xué)習(xí)單片機(jī)的原理部分——單片機(jī)硬件結(jié)構(gòu)、中斷系統(tǒng)、定時器/計數(shù)器、串行口應(yīng)用、系統(tǒng)擴(kuò)展等。原理部分內(nèi)容抽象，對高職學(xué)生來說學(xué)習(xí)難度大。應(yīng)用部分是在所學(xué)理論知識的基礎(chǔ)上，將理論用于實(shí)踐，實(shí)踐性強(qiáng)，與實(shí)際應(yīng)用聯(lián)系非常緊密。單片機(jī)應(yīng)用以硬件和程序作為基礎(chǔ)和支撐，前面知識一知半解，使單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計的學(xué)習(xí)和掌握變得難上加難。對于非計算機(jī)專業(yè)的高職學(xué)生，要學(xué)習(xí)如此復(fù)雜的單片機(jī)軟、硬件知識，傳統(tǒng)的以講授為主的教學(xué)模式顯然不能適應(yīng)高職學(xué)生學(xué)習(xí)的需要，改革教學(xué)模式勢在必行。在本課程的教學(xué)中實(shí)施了以任務(wù)驅(qū)動模式為主的項目教學(xué)法，加大實(shí)踐在教學(xué)中的比重，力爭實(shí)現(xiàn)理實(shí)一體化教學(xué)。

一、引入PROTEUS仿真教學(xué)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣

PROTEUS軟件是由英國Labcenter Electronics公司開發(fā)的功能強(qiáng)大的EDA工具軟件。其運(yùn)行環(huán)境為Windows系統(tǒng)，操作簡單，不僅具有PCB設(shè)計、Schematic Drawing仿真功能，還能仿真單片機(jī)及外圍器件，是目前對單片機(jī)進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)的最好軟件。PROTEUS軟件可在目標(biāo)板沒有進(jìn)行制作前，事先對其合理性、功能等指標(biāo)進(jìn)行設(shè)計、調(diào)整，還能在沒有目標(biāo)板的情況下實(shí)現(xiàn)對單片機(jī)軟件的開發(fā)和調(diào)試，從而進(jìn)行完整的模擬開發(fā)。

單片機(jī)原理及應(yīng)用課程的具體目的是培養(yǎng)學(xué)生的軟件編程能力及硬件設(shè)計能力。但由于課程教學(xué)課時以及經(jīng)費(fèi)的限制，學(xué)生很難親自動手將軟件和硬件進(jìn)行實(shí)際操作。使用PROTEUS軟件可以實(shí)現(xiàn)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)仿真模擬。在教學(xué)實(shí)踐過程中，教師通過計算機(jī)和多媒體指導(dǎo)學(xué)生使用計算機(jī)操作KEIL uVision2 軟件和PROTEUS軟件。學(xué)生首先使用KEIL uVision2 軟件練習(xí)程序編寫，將程序編輯、編譯、鏈接后生成“.hex”的可執(zhí)行文件；然后利用PROTUES軟件平臺搭建實(shí)際硬件電路；最后在PROTEUS平臺加載可執(zhí)行文件，進(jìn)行仿真運(yùn)行。

將PROTEUS與 KEIL uVision2 軟件相結(jié)合仿真，不但可以豐富教師教學(xué)手段，還可以使學(xué)生既能進(jìn)行單片機(jī)系統(tǒng)軟件程序設(shè)計，又能進(jìn)行單片機(jī)外圍接口電路的設(shè)計，并立即看到程序運(yùn)行和電路工作的過程和結(jié)果。在提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的基礎(chǔ)上鍛煉了學(xué)生實(shí)踐動手的能力，既降低了教學(xué)成本，又提高了教學(xué)效果。與此同時，還能解決實(shí)驗(yàn)箱不能實(shí)現(xiàn)功能模塊的有關(guān)限制性。

二、選取任務(wù)驅(qū)動教學(xué)模式，提高學(xué)生學(xué)習(xí)效率

1.以“必需、夠用”為原則，在教學(xué)內(nèi)容上改革

針對本課程實(shí)踐性強(qiáng)的特點(diǎn)，應(yīng)以“強(qiáng)化能力，重在應(yīng)用”為指導(dǎo)思想。通過對部分畢業(yè)生和相關(guān)企業(yè)、行業(yè)的調(diào)研，在教學(xué)內(nèi)容的選取上應(yīng)以培養(yǎng)技能型專業(yè)人才為出發(fā)點(diǎn)，以滿足崗位職業(yè)技能需求為最終目標(biāo)，以真實(shí)的工作任務(wù)為載體進(jìn)行教學(xué)過程的設(shè)計，以“必需、夠用”為原則設(shè)計教學(xué)內(nèi)容，注重職業(yè)崗位技能訓(xùn)練，增加實(shí)踐教學(xué)的學(xué)時，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際應(yīng)用能力。

2.教學(xué)過程主要采用“任務(wù)驅(qū)動法”，理論教學(xué)緊扣“實(shí)際應(yīng)用”

“任務(wù)驅(qū)動法”是理論教學(xué)全過程都以單片機(jī)應(yīng)用的典型工程實(shí)用案例進(jìn)行分析講述的一種教學(xué)方法。授課時以“任務(wù)”演示作為引入，以實(shí)現(xiàn)“任務(wù)”為主線介紹單片機(jī)各相關(guān)理論知識。將單片機(jī)課程的內(nèi)容融入幾個典型的單片機(jī)任務(wù)中，將理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)融為一體，將“單片機(jī)理論”“單片機(jī)仿真”與“單片機(jī)實(shí)操”融為一體，將傳統(tǒng)教學(xué)方法與現(xiàn)代化教學(xué)方法融為一體。使學(xué)生在實(shí)踐中學(xué)習(xí)理論知識，使所學(xué)的理論知識在實(shí)踐中得以驗(yàn)證；同時用理論指導(dǎo)實(shí)踐，培養(yǎng)學(xué)生的操作技能，實(shí)現(xiàn)理論和實(shí)踐的有機(jī)結(jié)合。這樣學(xué)習(xí)目標(biāo)更明確，帶著具體的任務(wù)去學(xué)習(xí)，既增加了學(xué)習(xí)興趣，又提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和自覺性。

3.結(jié)合以“單片機(jī)實(shí)驗(yàn)開發(fā)板”為主，以“單片機(jī)實(shí)驗(yàn)箱”為輔的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式

“開發(fā)板”為電路板的形式，雖然體積很小但包含了“單片機(jī)”實(shí)驗(yàn)的各個部分，可以根據(jù)需要對其進(jìn)行擴(kuò)展。另外，此單片機(jī)“開發(fā)板”要求學(xué)生自己動手焊接、調(diào)試，可加強(qiáng)學(xué)生對硬件電路的認(rèn)識和手工焊接能力的鍛煉，為今后學(xué)生自主開發(fā)、設(shè)計單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)奠定了一定的硬件基礎(chǔ)。

三、以C語言為主，與市場接軌，降低學(xué)生學(xué)習(xí)難度

C語言是目前世界上使用最廣泛的高級程序設(shè)計語言之一。C語言已被人們普遍接受，它在系統(tǒng)軟件、數(shù)據(jù)處理、科學(xué)工程數(shù)值計算等多個領(lǐng)域的軟件開發(fā)中起著越來越重要的作用。C語言結(jié)構(gòu)緊湊、語句簡潔，是介于高級語言和匯編語言之間的一類語言，具有像匯編語言那樣直接訪問硬件的功能。

單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的程序設(shè)計，既可以采用匯編語言，也可以采用C語言。匯編語言雖然具有接近硬件和執(zhí)行效率高等優(yōu)點(diǎn)，但開發(fā)單片機(jī)難度高、效率低且周期長。C語言雖然執(zhí)行效率不如匯編語言，但是C語言的突出優(yōu)點(diǎn)是可讀性和可移植性好，既有高級語言的優(yōu)點(diǎn)，又不失對硬件的控制，可以盡量少地對硬件進(jìn)行操作，非常適合開發(fā)單片機(jī)。C語言中有豐富的函數(shù)，可以直接調(diào)用，大大降低了編程者的工作負(fù)擔(dān)。引入C語言進(jìn)行教學(xué)，學(xué)生掌握起來相對較快，不用過多考慮硬件，編寫程序較容易。經(jīng)過調(diào)研，目前在高科技電子領(lǐng)域?qū)嶋H應(yīng)用中，單片機(jī)的開發(fā)多采用C語言編程。故采用C語言代替匯編語言開發(fā)單片機(jī)。

通過理實(shí)一體化課程教學(xué)改革，將任務(wù)驅(qū)動法、仿真法、實(shí)驗(yàn)教學(xué)法相結(jié)合，將“教、學(xué)、做”融為一體，培養(yǎng)學(xué)生單片機(jī)系統(tǒng)的應(yīng)用能力，并將C語言應(yīng)用于單片機(jī)課程，降低了學(xué)生的學(xué)習(xí)難度。經(jīng)過課程改革，可提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、提高學(xué)生主動學(xué)習(xí)的積極性，教學(xué)效率和教學(xué)質(zhì)量也有一定提高。單片機(jī)原理及應(yīng)用教學(xué)改革是一個長期的過程，需要教師不斷學(xué)習(xí)、積累經(jīng)驗(yàn)、探索完善、拓展知識結(jié)構(gòu)、加強(qiáng)科學(xué)研究，同時不斷改進(jìn)教學(xué)方法，提高教學(xué)效率，使學(xué)生在知識的掌握與實(shí)踐能力的提升方面受益。

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