單片機(jī)原理及應(yīng)用課程改革探索

魏海波 雷鈞

【摘 要】單片機(jī)原理及應(yīng)用是一門應(yīng)用型突出的技能型課程，我?，F(xiàn)行的“理論授課+課設(shè)”的教學(xué)方法，已逐漸不能體現(xiàn)技能轉(zhuǎn)授的宗旨。在過去幾年的課程講授環(huán)節(jié)中，筆者深入分析并發(fā)現(xiàn)已有課程的脫節(jié)環(huán)節(jié)，探索新的教學(xué)方法，摸索出一套較有成效的教學(xué)方法，經(jīng)過實(shí)踐環(huán)節(jié)的驗(yàn)證，已初見成效。

【關(guān)鍵詞】單片機(jī)；技能型；脫節(jié)環(huán)節(jié)；實(shí)踐環(huán)節(jié)

引言

單片機(jī)體積小，控制功能強(qiáng)，其非凡的嵌入式應(yīng)用形態(tài)對(duì)于滿足嵌入式應(yīng)用需求具有獨(dú)特的優(yōu)勢。自1976年問世以來，經(jīng)過幾十年的不間斷發(fā)展，已廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、智能儀表、機(jī)電一體化產(chǎn)品等各個(gè)領(lǐng)域。作為一門實(shí)用技能型課程，《單片機(jī)原理及應(yīng)用》成為自動(dòng)化專業(yè)、機(jī)械電子專業(yè)、光電信息等電類專業(yè)的專業(yè)課。本門課程完成后，學(xué)生應(yīng)具備系統(tǒng)的采用單片機(jī)進(jìn)行簡單應(yīng)用項(xiàng)目開發(fā)的整體能力，可以為后續(xù)的畢業(yè)設(shè)計(jì)順利展開、快速融入工作團(tuán)隊(duì)等環(huán)節(jié)奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。完成《單片機(jī)原理及應(yīng)用》課程的教學(xué)，對(duì)于提高教學(xué)質(zhì)量、培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力具有顯著意義。

1.現(xiàn)有單片機(jī)課程教學(xué)體系及其不足

單片機(jī)不同于專業(yè)基礎(chǔ)課，其章節(jié)之間關(guān)聯(lián)性不強(qiáng)，層次感分明。（另外，該課程的主要特色是名詞多、概念多、內(nèi)容抽象、邏輯性強(qiáng)、知識(shí)點(diǎn)分散。）在教學(xué)過程中，通常由內(nèi)及外、按部就班的講授單片機(jī)的CPU、I/O接口、指令系統(tǒng)、程序編制、系統(tǒng)擴(kuò)展、總線擴(kuò)展、外圍接口等知識(shí)，從知識(shí)傳授角度而言，該教學(xué)方法也較為符合當(dāng)前的知識(shí)傳承。但是從教學(xué)效果而言，由于各章節(jié)知識(shí)點(diǎn)相對(duì)獨(dú)立，章節(jié)學(xué)習(xí)完畢后，學(xué)生仍舊難以較全面地認(rèn)識(shí)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)過程（更別提獨(dú)立完成應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)工作）。加之該課程課時(shí)短，教學(xué)過程難以全面覆蓋應(yīng)講授內(nèi)容：邏輯性內(nèi)容重點(diǎn)講解，理解性內(nèi)容走馬觀花一筆帶過，造成重理論輕實(shí)踐的問題。因此在教學(xué)過程中，常常出現(xiàn)某個(gè)知識(shí)點(diǎn)沒有理解與掌握，對(duì)本門課程就失去學(xué)習(xí)動(dòng)力的鮮明案例。

2.課程教學(xué)改革的探索

綜合上述問題，筆者認(rèn)為《單片機(jī)原理及應(yīng)用》課程的教學(xué)改革要圍繞培養(yǎng)學(xué)生工程實(shí)踐應(yīng)用能力這一宗旨，結(jié)合時(shí)下學(xué)生在學(xué)習(xí)該門課程中的不足：自主學(xué)習(xí)興趣不高、實(shí)踐環(huán)節(jié)動(dòng)手能力差、創(chuàng)新思想創(chuàng)新能力不能被完全釋放等一系列問題，同時(shí)展開多方面的教學(xué)改革探索：

2.1教學(xué)內(nèi)容改革探索

縱觀已出版的單片機(jī)教材，多數(shù)都是按照固定的套數(shù)編寫，內(nèi)容涉及面廣，涵蓋了單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)的方方面面。但是考慮到各個(gè)高校所授專業(yè)對(duì)象不同，應(yīng)用有所區(qū)別，致使部分內(nèi)容與實(shí)際應(yīng)用關(guān)聯(lián)不大，這部分內(nèi)容就應(yīng)該酌情考慮適當(dāng)壓縮減少課時(shí)或者納入自學(xué)范疇。對(duì)于應(yīng)用較為普遍的部分就應(yīng)該加大課時(shí)，提高其比重系數(shù)。從工程項(xiàng)目的角度入手，確保講授內(nèi)容更加貼近實(shí)際的生產(chǎn)過程，與時(shí)代接軌，同時(shí)詳盡便于理解，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。例：在備課80C51單片機(jī)的系統(tǒng)擴(kuò)展章節(jié)時(shí)，考慮到單片機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，時(shí)至今日已存在各種不同規(guī)格的單片機(jī)品種，且資源豐富，基本滿足各種工業(yè)應(yīng)用需求，因此考慮不予講授，通過自學(xué)的方式減輕學(xué)生學(xué)業(yè)壓力；在備課80C51串行總線接口章節(jié)時(shí)，通過對(duì)IC的發(fā)展趨勢認(rèn)識(shí)：多數(shù)IC都通過串行總線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，因此在授課過程中加大對(duì)于這一章節(jié)的講授，并且以筆者自身項(xiàng)目經(jīng)歷貫穿全章節(jié)，提高學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的重視程度。

2.2教學(xué)手段與教學(xué)方法改革探索

教學(xué)過程中，教學(xué)手段的多樣化是提高學(xué)生理解度的有效手段。單片機(jī)課程課時(shí)少，任務(wù)重，多數(shù)老師在授課過程中傾向于多媒體教學(xué)過程。誠然，多媒體教學(xué)應(yīng)用合理可以極大地提高單位時(shí)間的講授知識(shí)量，擴(kuò)大學(xué)生的知識(shí)面。但是通過與學(xué)生的交流，多媒體教學(xué)亦存在不足之處：多媒體密度高，知識(shí)量大，在授課過程中教師會(huì)根據(jù)自身對(duì)知識(shí)理解的難易程度決定多媒體教學(xué)的進(jìn)度，但是極有可能忽略了學(xué)生在理解知識(shí)過程中的難易程度，沒有從學(xué)生角度出發(fā)看待知識(shí)的講授深入程度，這樣就出現(xiàn)學(xué)生理解跟不上老師的進(jìn)度，進(jìn)而產(chǎn)生厭學(xué)的情緒。因此，必須形成多樣化的教學(xué)手段，結(jié)合單片機(jī)課程，采用“主多媒體”+“輔板書”的形式，重難點(diǎn)內(nèi)容在多媒體的指引下，通過板書的形式降低授課速度，緩沖學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解時(shí)間限制，同時(shí)配合課堂練習(xí)或者課后練習(xí)來增強(qiáng)學(xué)生對(duì)于重難點(diǎn)知識(shí)的整體掌握狀況。

課堂講授過程中，對(duì)于多媒體的應(yīng)用不能局限在僅僅采用PPT講授。PPT作為多媒體講授環(huán)節(jié)中重要的一環(huán)，但是不能完全發(fā)揮多媒體的最大優(yōu)勢。單片機(jī)配套開發(fā)工具主要是開發(fā)環(huán)境Keil uVision和虛擬仿真工具Proteus，這些配套工具的介入，為多媒體教學(xué)打開了新的局面。開發(fā)環(huán)境Keil uVision主要是用于編寫單片機(jī)應(yīng)用程序，配合開發(fā)環(huán)境自帶的仿真器，可以對(duì)編寫的程序進(jìn)行功能驗(yàn)證，從而有效減小了學(xué)生對(duì)于PPT或者板書程序的理解難度；單片機(jī)虛擬仿真工具Proteus將單片機(jī)仿真與電路仿真結(jié)合，以其完美的仿真功能，直接在基于電路原理圖的虛擬原型上進(jìn)行單片機(jī)程序的編寫與調(diào)試，并進(jìn)行功能驗(yàn)證。通過Proteus軟件可以搭建虛擬的電路進(jìn)行電路仿真，解決了學(xué)生在面對(duì)工程項(xiàng)目開展中無從下手的困境。美中不足的是，雖然Proteus提供了眾多的元器件列表，但是由于是虛擬仿真，只能進(jìn)行功能驗(yàn)證，不能完全解決應(yīng)用工程中的細(xì)節(jié)問題。通過實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)排除障礙。

2.3強(qiáng)化課程實(shí)訓(xùn)，打破集中制

為了達(dá)到工程應(yīng)用的目的，實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的設(shè)置亦應(yīng)做相應(yīng)的調(diào)整。現(xiàn)有實(shí)踐環(huán)節(jié)開展的方案是在理論教學(xué)環(huán)節(jié)后集中展開對(duì)應(yīng)的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，雖然能起到一定的作用，但是收效甚微。筆者認(rèn)為，實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)應(yīng)該模仿應(yīng)用工程項(xiàng)目推進(jìn)制度，將實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)分散在整個(gè)理論教學(xué)環(huán)節(jié)中。這樣，面對(duì)應(yīng)用工程項(xiàng)目推進(jìn)中的資料收集與查閱、電路設(shè)計(jì)與功能仿真、樣件試制等環(huán)節(jié)均可以通過分散環(huán)節(jié)一一展開，循序漸進(jìn)。而集中實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)由于時(shí)間緊，任務(wù)重，學(xué)生為了完成實(shí)訓(xùn)教學(xué)任務(wù)本身而一味追求實(shí)訓(xùn)本身，忽略了實(shí)訓(xùn)的真正目的——培養(yǎng)學(xué)生真正具備從事單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)的能力。同時(shí)亦應(yīng)吸納采納應(yīng)用工程項(xiàng)目開展過程中的團(tuán)隊(duì)分工責(zé)任制，以團(tuán)隊(duì)分工協(xié)作的方式將一個(gè)真正意義上的實(shí)用項(xiàng)目劃分成若干塊，團(tuán)隊(duì)成員在規(guī)定時(shí)間里分工協(xié)作完成自己擔(dān)負(fù)的部分，對(duì)于未按時(shí)完成任務(wù)的學(xué)生團(tuán)隊(duì)內(nèi)部進(jìn)行處罰并責(zé)令定時(shí)完成任務(wù)。這樣學(xué)生會(huì)意識(shí)到自己在團(tuán)隊(duì)中的重要作用，從而產(chǎn)生積極推動(dòng)作用，促進(jìn)學(xué)生主動(dòng)完成成自身承擔(dān)的任務(wù)。對(duì)于在完成任務(wù)過程中遇到的問題可以通過相互交流溝通解決。這樣一來，實(shí)訓(xùn)教學(xué)環(huán)節(jié)就能夠達(dá)到預(yù)期效果：培養(yǎng)學(xué)生具備從事單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)的能力。通過團(tuán)隊(duì)分工協(xié)作，在提高了學(xué)生的專業(yè)領(lǐng)域溝通能力的同時(shí)增強(qiáng)了學(xué)生以后在工作過程可能缺乏的團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)。

2.4鼓勵(lì)學(xué)生參與課外科技活動(dòng)

課外科技活動(dòng)是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神，提高學(xué)生動(dòng)手能力的有效形式。目前，每年由國家、地方組織或者企業(yè)舉辦的各類電子類競賽層出不群，在完成對(duì)應(yīng)課程后，老師應(yīng)主動(dòng)提供相關(guān)競賽信息并鼓勵(lì)學(xué)生參與各類電子競賽，通過在備賽過程中切實(shí)提高自身能力，為個(gè)人今后的事業(yè)發(fā)展奠定良好的基礎(chǔ)。同時(shí)亦關(guān)注往屆競賽學(xué)生的畢業(yè)動(dòng)態(tài)信息，以學(xué)生的真實(shí)事跡激發(fā)學(xué)生參與競賽的積極性。對(duì)于學(xué)生在參與競賽過程中出現(xiàn)的難題，以指導(dǎo)老師的形式對(duì)學(xué)生給予最大的指導(dǎo)與協(xié)助。通過在指導(dǎo)過程中學(xué)生遇到的難點(diǎn)，匯總后亦可成為后續(xù)課程中的重點(diǎn)講述內(nèi)容。

（下轉(zhuǎn)第21頁）

（上接第20頁）

3.結(jié)論

自從2012年開始單片機(jī)課程教學(xué)改革探索以來，歷時(shí)3年時(shí)間的教學(xué)改革與實(shí)踐，取得了較好的教學(xué)效果。通過對(duì)學(xué)生后續(xù)的調(diào)查結(jié)果分析顯示，新的教學(xué)方案執(zhí)行后，學(xué)生對(duì)課程知識(shí)掌握快，理解深，教學(xué)質(zhì)量顯著提高。通過分散式實(shí)訓(xùn)機(jī)制的展開，學(xué)生自主學(xué)習(xí)和掌握單片機(jī)技術(shù)的學(xué)習(xí)積極性明顯提高。學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中的實(shí)踐動(dòng)手能力與綜合能力通過論文可以看到明顯的質(zhì)的提升。通過對(duì)用人單位的反饋信息表明，學(xué)生在工作過程中融入新的團(tuán)隊(duì)能力增強(qiáng)，解決實(shí)際工程項(xiàng)目問題的能力時(shí)間縮短，相應(yīng)的節(jié)約了企業(yè)的相關(guān)培訓(xùn)時(shí)間，基本滿足了社會(huì)對(duì)于單片機(jī)技能型人才的需求。

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【作者簡介】

魏海波（1984-，男，湖北汽車工業(yè)學(xué)院電氣與信息工程學(xué)院，碩士研究生，助教，研究方向：電源及其相關(guān)技術(shù)研究。