探索地方高校單片機(jī)之教學(xué)改革

敖邦乾 鄒江 熊飛嶠

【摘要】傳統(tǒng)的單片機(jī)教學(xué)，已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能跟上當(dāng)前的高校對(duì)社會(huì)需求的人才培養(yǎng)，如何培養(yǎng)能解決具體實(shí)際問(wèn)題、服務(wù)于地方的優(yōu)秀單片機(jī)人才，是一個(gè)亟待解決的問(wèn)題。本文分析單片機(jī)傳統(tǒng)教學(xué)及實(shí)驗(yàn)的不足入手，提出了一些改革方法，實(shí)踐證明最終能有效提高學(xué)生的單片機(jī)學(xué)習(xí)與應(yīng)用能力。

【關(guān)鍵詞】單片機(jī) 改革 仿真

【Abstract】The traditional teaching of the SCM， has been far from the current college for the social needs of personnel training. How to cultivate people to handle the special practical things and serve the local economics is an urgent problem to be solved. This paper analyzes the disadvantage of the traditional teaching and experiments of the SCM， and put forward some reforming methods.The result proved it can effectively improve the students ability of learning and application of SCM.

【Keywords】SCM； reformation； simulation

【基金項(xiàng)目】貴州省地方本科院校轉(zhuǎn)型發(fā)展的理論與實(shí)踐研究（2014ZD008）。

【中圖分類(lèi)號(hào)】G642 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2016）04-0218-02

科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，極大的改善了人們的生活水平，尤其是最近二十年硬件水平的高速發(fā)展，不斷有新型號(hào)的單片機(jī)出現(xiàn)，其處理速度已經(jīng)能解決很多如工業(yè)控制、航空航天、高精度傳感器、智能家居等領(lǐng)域的相關(guān)問(wèn)題[1]。同時(shí)為了適應(yīng)地方社會(huì)的需求，包括很多地方高校的工科專(zhuān)業(yè)，單片機(jī)都是必修的課程。但是，由于各種原因，很多高校還在使用最原始的51單片機(jī)來(lái)進(jìn)行教學(xué)，這已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足要求了。

1、傳統(tǒng)單片機(jī)的教學(xué)特點(diǎn)

傳統(tǒng)的單片機(jī)教學(xué)，主要是以教學(xué)大綱為準(zhǔn)，主要講授課本里面的內(nèi)容，很多情況下是老師在臺(tái)上講，學(xué)生在臺(tái)下聽(tīng)。這種傳統(tǒng)教學(xué)模式存在很大的弊端，教學(xué)效果不是很好。

（一）理論知識(shí)繁雜，課程內(nèi)容枯燥

絕大部分傳統(tǒng)的單片機(jī)教學(xué)，都是把單片機(jī)知識(shí)系統(tǒng)的分成硬件結(jié)構(gòu)、指令系統(tǒng)、軟件程序編程、主要功能單元、單片機(jī)的系統(tǒng)擴(kuò)展、接口技術(shù)以及應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)，授課也是按照這個(gè)順序來(lái)講解，最后才是一些實(shí)例[2]，這些理論知識(shí)體系雖然完整、嚴(yán)密，但是講解起來(lái)很是復(fù)雜，學(xué)生容易陷入疲勞，沒(méi)有等到自己設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的時(shí)候就已經(jīng)心生厭倦，無(wú)法再堅(jiān)持下去了，也就享受不到其中的樂(lè)趣了。

（二）驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)多，動(dòng)手能力差

傳統(tǒng)單片機(jī)教學(xué)，為了形成單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的概念，常常需要構(gòu)建完整的理論知識(shí)體系，這占據(jù)了大量的時(shí)間及精力，學(xué)生沒(méi)有太多的精力進(jìn)行開(kāi)發(fā)實(shí)踐，因此就形成了理論知識(shí)多、動(dòng)手能力差這種紙上談兵的局面[3]。而且，大多數(shù)學(xué)校所采購(gòu)的設(shè)備中，都是一些成型的實(shí)驗(yàn)箱，硬件電路已經(jīng)固定，學(xué)生對(duì)硬件的操作僅僅是連連線(xiàn)，或者撥動(dòng)一下某些開(kāi)關(guān)。實(shí)驗(yàn)時(shí)，老師演示，學(xué)生只是觀看，照著老師的操作步驟進(jìn)行機(jī)械的連線(xiàn)，然后編寫(xiě)、燒寫(xiě)、下載程序，完全照本宣科，雖然也可以看到實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，但是卻背離了單片機(jī)需要根據(jù)實(shí)際情況自己設(shè)計(jì)電路的精髓[4]。事實(shí)上，單片機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，就像人一樣，硬件是軀體，軟件是靈魂，硬件的設(shè)計(jì)是非常重要的一環(huán)，軟件代碼的編寫(xiě)也是基于硬件電路的。一個(gè)完整單片機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)，包括設(shè)計(jì)電路、購(gòu)買(mǎi)元器件、電路布局、制板以及元器件的焊接，都是至關(guān)重要的。而傳統(tǒng)的教學(xué)模式無(wú)法實(shí)現(xiàn)學(xué)生自主設(shè)計(jì)單片機(jī)產(chǎn)品，也就根本解決不了具體的自動(dòng)控制問(wèn)題。

（三）考核機(jī)制落后，缺乏創(chuàng)新

傳統(tǒng)單片機(jī)課程的考核往往在期末用試卷進(jìn)行考試，這種方法只能考查學(xué)生對(duì)單片機(jī)理論知識(shí)的背誦掌握情況，根本無(wú)法考察學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力以及產(chǎn)品的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)能力，往往是能突擊背誦的學(xué)生成績(jī)分?jǐn)?shù)較高，而這些同學(xué)，即使給出一個(gè)完整的最小單片機(jī)系統(tǒng)，也無(wú)法設(shè)計(jì)一個(gè)合格的產(chǎn)品。這對(duì)那些動(dòng)手能力強(qiáng)、注重實(shí)踐的同學(xué)是很不公平的。

2、單片機(jī)教學(xué)改革方法

為了能夠真正培養(yǎng)單片機(jī)應(yīng)用型人才，必須改革傳統(tǒng)的單片機(jī)教學(xué)模式，以項(xiàng)目單片機(jī)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)為參考，設(shè)計(jì)一套全新的教學(xué)方法，從根本上改革傳統(tǒng)的教學(xué)方法。

（一）教學(xué)方式的改革

轉(zhuǎn)變教學(xué)方式，教學(xué)的目的最終是讓學(xué)生能有效的學(xué)習(xí)，讓學(xué)生能真正獲得解決問(wèn)題的思維方式和方法，教師的主要作用應(yīng)當(dāng)體現(xiàn)在耐心的引導(dǎo)和指導(dǎo)上，盡量擺脫傳統(tǒng)的灌輸式講授方法，可以把教學(xué)場(chǎng)所轉(zhuǎn)移到實(shí)驗(yàn)室，采用項(xiàng)目教學(xué)法，老師可以利用自己的項(xiàng)目，先制作一些如交通燈、數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示、1602液晶顯示、電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制、自動(dòng)調(diào)溫系統(tǒng)等產(chǎn)品，在實(shí)驗(yàn)室演示給學(xué)生看，然后再講解相關(guān)的原理以及電路設(shè)計(jì)、布線(xiàn)、制版、元件焊接等方法。這能極大的引起學(xué)生的興趣，比直接枯燥的教學(xué)效果好很多。然后，把學(xué)生分組，每個(gè)人負(fù)責(zé)一個(gè)模塊，通過(guò)同伴教學(xué)法，讓學(xué)生自己在學(xué)習(xí)制作的過(guò)程中對(duì)知識(shí)進(jìn)行系統(tǒng)化、邏輯化的分析及總結(jié)。同時(shí)，注重課堂內(nèi)容的開(kāi)放性，充分鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)行自主分析，自己?jiǎn)为?dú)設(shè)計(jì)。

還可以使用微課程教學(xué)方式，把對(duì)單片機(jī)開(kāi)發(fā)有興趣的同學(xué)集中在一起，3-4個(gè)人一組，通過(guò)對(duì)自己感興趣的產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計(jì)，老師從旁指導(dǎo)即可。

（二）教學(xué)項(xiàng)目的選取

單片機(jī)課程的學(xué)習(xí)，主要是以培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)為基礎(chǔ)、以能力培養(yǎng)為核心、以能根據(jù)要求設(shè)計(jì)應(yīng)用為目的。因此，傳統(tǒng)的單片機(jī)課程內(nèi)容必須優(yōu)化，結(jié)合新的技術(shù)以適應(yīng)社會(huì)的需求?？偟膩?lái)說(shuō)，單片機(jī)其實(shí)包含的內(nèi)容不多，就是寄存器的使用、定時(shí)計(jì)數(shù)器、中斷、串口通訊等幾個(gè)核心知識(shí)點(diǎn)，至于芯片內(nèi)部的結(jié)構(gòu)，可以只做簡(jiǎn)單的了解。為了能夠掌握這些核心模塊，選取幾個(gè)具有代表性的實(shí)驗(yàn)作為單片機(jī)教學(xué)項(xiàng)目，以達(dá)到能初步使用的目的，其中，有幾個(gè)實(shí)驗(yàn)比較重要：

1.交通燈實(shí)驗(yàn)

2.DS18B20溫度實(shí)驗(yàn)

3.電子鐘實(shí)驗(yàn)

4.12864液晶顯示實(shí)驗(yàn)

5.單片機(jī)多機(jī)通訊實(shí)驗(yàn)

6.電機(jī)正反轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)

7.循跡小車(chē)實(shí)驗(yàn)

8.電子游戲系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)

一般而言，絕大部分學(xué)校使用的試驗(yàn)箱都有前面六個(gè)實(shí)驗(yàn)，學(xué)生可以先做實(shí)驗(yàn)看一下這些現(xiàn)象，然后自己研究。有條件的實(shí)驗(yàn)室還可以先給學(xué)生準(zhǔn)備一些單片機(jī)的最小系統(tǒng)，然后設(shè)計(jì)外圍電路，有興趣的同學(xué)還可以從設(shè)計(jì)最小系統(tǒng)開(kāi)始，自己選擇購(gòu)買(mǎi)元器件、設(shè)計(jì)電路、焊接器件、軟件仿真調(diào)試、代碼的燒寫(xiě)下載，最終完成一個(gè)獨(dú)立的單片機(jī)電子產(chǎn)品。如果前面的感覺(jué)基本上都掌握了，那就可以試著開(kāi)發(fā)一些簡(jiǎn)單的電子游戲系統(tǒng)，這樣就能把自己的知識(shí)形成一個(gè)完整的系統(tǒng)。

（三）軟件代碼與硬件仿真相結(jié)合

一個(gè)完整的單片機(jī)系統(tǒng)產(chǎn)品，軟件方面，代碼不能出現(xiàn)語(yǔ)法與邏輯錯(cuò)誤，否則根本無(wú)法編譯或者編譯出來(lái)有錯(cuò)，因此，必須熟悉keil軟件的編程以及調(diào)試，對(duì)于代碼比較復(fù)雜的程序，尤其是一些在使用調(diào)用文件的時(shí)候，要會(huì)設(shè)置斷點(diǎn)，看代碼是否按照邏輯順序來(lái)進(jìn)行的；硬件方面，要會(huì)使用proteus仿真軟件進(jìn)行硬件電路的仿真，要能找出并改正電路出現(xiàn)錯(cuò)誤的地方。

（四）考試方式的改革

單片機(jī)的學(xué)習(xí)，和其它理論學(xué)科的學(xué)習(xí)有很大的差別，并不適合傳統(tǒng)的試卷考核方式，適當(dāng)改革考核方式是很有必要的，如：降低期末考試成績(jī)所占的比例，增加應(yīng)用型設(shè)計(jì)題目以及一些原理性的分析題目，理論與實(shí)際結(jié)合，盡量減少計(jì)算，重分析過(guò)程而不重計(jì)算結(jié)果，且不限設(shè)計(jì)方法?？荚嚂r(shí)也可以實(shí)行開(kāi)卷考試，“與其讓你小心翼翼的翻書(shū)，不如讓你開(kāi)開(kāi)心心的看書(shū)”。

3、單片機(jī)教學(xué)改革后的效果

在采取了改變教學(xué)方式、刪選實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、改革考核方式等一系列措施以后，學(xué)生學(xué)習(xí)的效果顯著提高，主觀能動(dòng)性大大增強(qiáng)，學(xué)習(xí)成績(jī)明顯進(jìn)步。在參加的最近兩屆大學(xué)生電子競(jìng)賽比賽當(dāng)中，在控制方面獲得了多項(xiàng)獎(jiǎng)勵(lì)，有很多同學(xué)把自己的一些生活中的想法，通過(guò)單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)了更加智能化的控制，甚至有同學(xué)能自己制作高精度無(wú)線(xiàn)搶答器、多功能籃球加分計(jì)時(shí)器等產(chǎn)品。這些都表明，改革后的單片機(jī)教學(xué)取得了明顯的效果。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡(jiǎn)介：

敖邦乾（1984-），男，碩士研究生，遵義師范學(xué)院工學(xué)院，講師，研究方向：自動(dòng)控制技術(shù)。