獨(dú)立學(xué)院?jiǎn)纹瑱C(jī)課程教學(xué)改革探討

（中國礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院，江蘇徐州221008）

（中國礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院，江蘇徐州221008）

本文基于單片機(jī)課程特點(diǎn)和獨(dú)立學(xué)院學(xué)生特點(diǎn)，從教學(xué)體系構(gòu)建、理論教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)等幾個(gè)方面，探索了單片機(jī)課程改革的方向和措施，全面提高學(xué)生的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)與設(shè)計(jì)的能力。通過近幾年的教學(xué)實(shí)踐表明，學(xué)生學(xué)習(xí)效果良好，能夠達(dá)到教學(xué)預(yù)期效果。

單片機(jī)；教學(xué)改革；課程體系；理論教學(xué)；實(shí)驗(yàn)教學(xué)

一、教學(xué)改革目的和意義

單片機(jī)是一門綜合性強(qiáng)的課程，學(xué)生需要經(jīng)過硬件電路設(shè)計(jì)，軟件編程，在線仿真調(diào)試一個(gè)完整的實(shí)訓(xùn)過程，才能夠掌握單片機(jī)理論知識(shí)和實(shí)踐技能。所需知識(shí)包括C語言、數(shù)電、模電和單片機(jī)等，該系列課程由不同的教師在不同的時(shí)間段講授，學(xué)生在獲取知識(shí)的過程中無法將硬件和軟件很好的分析和整合，應(yīng)用過程中缺少系統(tǒng)化思路。在單片機(jī)教學(xué)中，大多數(shù)高校采用重理論，輕實(shí)踐的教學(xué)方式。學(xué)生僅僅通過幾次實(shí)驗(yàn)，只能掌握基礎(chǔ)的實(shí)驗(yàn)操作，并不能將單片機(jī)融會(huì)貫通，很難形成單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)與設(shè)計(jì)的能力。而對(duì)于獨(dú)立學(xué)院學(xué)生而言，大部分學(xué)生思想活躍，目的明確，動(dòng)手能力強(qiáng)；但是學(xué)習(xí)基礎(chǔ)差，自控力較差，生活懶散，沒有養(yǎng)成良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣，抽象的理論知識(shí)，復(fù)雜的指令系統(tǒng)和編程過程，往往使得部分學(xué)生從最初積極的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)而消極怠工，自暴自棄，最終使其學(xué)習(xí)效果甚微。

為了達(dá)到較好的教學(xué)效果，本文通過采用全新的教學(xué)模式，從教學(xué)體系構(gòu)建、理論教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)等幾個(gè)方面，探索了單片機(jī)課程改革的方向和措施，全面提高學(xué)生的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)與設(shè)計(jì)的能力。

二、單片機(jī)課程改革新思路

（一）構(gòu)建合理的教學(xué)體系——以單片機(jī)為核心的課程群

學(xué)好單片機(jī)，需要有扎實(shí)的軟硬件基礎(chǔ)。學(xué)生需要在《模擬電子技術(shù)》（簡(jiǎn)稱模電）、《數(shù)字電子技術(shù)》（簡(jiǎn)稱數(shù)電）的基礎(chǔ)上，掌握PCB制版和焊接等技能，最終利用匯編語言或者C語言編寫應(yīng)用程序，每個(gè)環(huán)節(jié)都不可或缺。但大學(xué)四年，學(xué)生很難對(duì)各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行系統(tǒng)的學(xué)習(xí)，形成優(yōu)良的研發(fā)能力。為了使學(xué)生能夠系統(tǒng)、深入的學(xué)習(xí)單片機(jī)，需要以單片機(jī)為核心構(gòu)建一個(gè)科學(xué)合理的教學(xué)體系，如圖1所示。

圖1單片機(jī)課程教學(xué)體系結(jié)構(gòu)

大多數(shù)高校會(huì)在大二時(shí)開設(shè)C語言課程，但對(duì)于電氣信息類專業(yè)的學(xué)生而言，他們?nèi)狈幊袒A(chǔ)，學(xué)習(xí)目的不明確，最終學(xué)習(xí)效果并不理想。C51和C語言有很多相同點(diǎn)，數(shù)據(jù)類型，運(yùn)算符和表達(dá)式，基本語法都很相似。為了引起學(xué)生對(duì)C語言課程重視，較好的進(jìn)行單片機(jī)的學(xué)習(xí)，開設(shè)一門短學(xué)時(shí)的基于C51語言的單片機(jī)入門選課程，旨在使學(xué)生在明確C語言重要性的基礎(chǔ)上，夯實(shí)單片機(jī)基礎(chǔ)，初步了解單片機(jī)基本概念和基本操作，對(duì)模電和數(shù)電有一個(gè)基本認(rèn)識(shí)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。

大二下學(xué)期開設(shè)模電、數(shù)電課程，使學(xué)生具備了一定的電子線路方面的基礎(chǔ)知識(shí)。為了提高模電、數(shù)電的教學(xué)效果，在本學(xué)期電子綜合設(shè)計(jì)課程中引入電源電路（模擬部分）和數(shù)字鐘（數(shù)字部分）設(shè)計(jì)兩部分。由任課教師引導(dǎo)，電路設(shè)計(jì)、仿真、PCB制版、焊接均由學(xué)生獨(dú)立完成，使學(xué)生加深對(duì)模電、數(shù)電的理解，同時(shí)掌握Aultum Designer、Mulisim等軟件的使用。

第5學(xué)期開設(shè)單片機(jī)課程，通過典型實(shí)驗(yàn)內(nèi)容引入，循環(huán)漸進(jìn)，由淺入深，加深學(xué)生對(duì)單片機(jī)原理的認(rèn)識(shí)，掌握單片機(jī)的基本操作。

在學(xué)生具備一定的軟硬件能力的基礎(chǔ)上，開設(shè)單片機(jī)課程設(shè)計(jì)，時(shí)間和內(nèi)容結(jié)合專業(yè)特點(diǎn)和大綱而定，可選在第5或6學(xué)期。比如徐海學(xué)院電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)課設(shè)在第5學(xué)期末，進(jìn)行智能家居相關(guān)設(shè)計(jì)；通信專業(yè)設(shè)在6學(xué)期初，進(jìn)行無線通信相關(guān)設(shè)計(jì)。課程設(shè)計(jì)方案選擇，資料查找，電路設(shè)計(jì)與仿真，軟件編程，PCB制版，焊接，系統(tǒng)調(diào)試等均由學(xué)生獨(dú)立完成。通過整個(gè)過程，使學(xué)生熟悉單片機(jī)開發(fā)流程，具備單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本能力。

為了使學(xué)生能夠真正掌握單片機(jī)，學(xué)校同樣為學(xué)生提供大量的實(shí)戰(zhàn)機(jī)會(huì)。學(xué)生通過大學(xué)生電子競(jìng)賽、機(jī)器人比賽、Freescale智能車比賽進(jìn)行實(shí)戰(zhàn)學(xué)習(xí)。為了使學(xué)生更符合企業(yè)的需求，積極與企業(yè)進(jìn)行校企合作，實(shí)現(xiàn)雙贏。比如徐海學(xué)院積極與海爾公司、Atmel等公司進(jìn)行校企合作，通過校企合作項(xiàng)目讓學(xué)生能夠進(jìn)行實(shí)戰(zhàn)演習(xí)；或者直接到校企合作進(jìn)行單片機(jī)系統(tǒng)開發(fā)實(shí)習(xí)，不斷積累經(jīng)驗(yàn)，提高自己的工作競(jìng)爭(zhēng)能力，最終在學(xué)生順利取得學(xué)位的同時(shí)，獲得一份心儀的工作。

（二）理論教學(xué)新思路

1.深化教學(xué)內(nèi)容，轉(zhuǎn)變教學(xué)思想

為了契合獨(dú)立學(xué)院學(xué)生特點(diǎn)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，改善教學(xué)效果，應(yīng)轉(zhuǎn)變教學(xué)思想，堅(jiān)持學(xué)以致用原則，強(qiáng)化應(yīng)用為主，淡化純理論教學(xué)。將單片機(jī)理論知識(shí)分解到多個(gè)具體實(shí)驗(yàn)案例中，以實(shí)驗(yàn)實(shí)例引入，自頂向下逐級(jí)分解，逐步引入所需理論知識(shí)。每個(gè)教學(xué)案例結(jié)束后，學(xué)生既可完成具體單片機(jī)小項(xiàng)目開發(fā)，增強(qiáng)積極性，同時(shí)可以掌握理論知識(shí)。

實(shí)驗(yàn)案例驅(qū)動(dòng)式教學(xué)的關(guān)鍵在于教學(xué)內(nèi)容優(yōu)化?，F(xiàn)有單片機(jī)集成度越來越高，在保留傳統(tǒng)教學(xué)內(nèi)容的前提下，適度刪減MCS-51單片機(jī)總線接口知識(shí)，增加I2C，SPI，PCA，LCD等資源，適應(yīng)硬件需求。

2.教學(xué)方式方法多元化

為了達(dá)到較好的教學(xué)效果，采用現(xiàn)代化教學(xué)，輔以多元化教學(xué)手段，提高教學(xué)效果。課題組成員以實(shí)驗(yàn)案例驅(qū)動(dòng)式為基礎(chǔ)，制作符合教學(xué)要求的PPT，動(dòng)畫，視頻等資源，充分發(fā)揮電子教案的作用，調(diào)動(dòng)學(xué)生積極性。除了多媒體教學(xué)以外，發(fā)揮板書，仿真軟件和網(wǎng)絡(luò)手段，優(yōu)化教學(xué)方式。教師精心設(shè)計(jì)板書，梳理知識(shí)脈絡(luò)，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行程序設(shè)計(jì)；采用proteus進(jìn)行程序仿真，調(diào)試和效果演示。課余時(shí)間鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)行仿真軟件和實(shí)驗(yàn)板程序開發(fā)練習(xí)，并且在課上案例的基礎(chǔ)上增加難度，鼓勵(lì)學(xué)生以小組為單位，課余時(shí)間查找資料，編寫程序，實(shí)現(xiàn)功能。隨著網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，課題組基于Sakai建立單片機(jī)課程網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，學(xué)生可以在上課之前提前觀看教師錄制的教學(xué)視頻，進(jìn)行課程學(xué)習(xí)，同時(shí)可以進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)答疑，查看網(wǎng)上發(fā)布的最新技術(shù)文章，解決方案等。

（三）實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革

1.實(shí)驗(yàn)設(shè)備更新

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是單片機(jī)課程的重要部分。傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)多采用高密度實(shí)驗(yàn)箱，不便于攜帶，學(xué)生只能到實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)際操作學(xué)習(xí)；并且實(shí)驗(yàn)箱的輔助電路已經(jīng)分配好，學(xué)生只需進(jìn)行一些基本連線，修改教師提供的例程便可以查看實(shí)驗(yàn)結(jié)果，學(xué)生對(duì)硬件軟件掌握并不理想，能力并沒有得到提高；結(jié)合徐海學(xué)院學(xué)生特點(diǎn)，筆者引入實(shí)驗(yàn)板教學(xué)。學(xué)生通過親自焊接，既提高了自己的焊接能力，也加深了實(shí)際電路的學(xué)習(xí)；同時(shí)實(shí)驗(yàn)板小巧，學(xué)生攜帶，帶回可以隨時(shí)隨地進(jìn)行練習(xí)。實(shí)驗(yàn)板中不僅包含了學(xué)生實(shí)驗(yàn)的基本電路，還預(yù)留有一些擴(kuò)展空間，便于學(xué)生后期課程設(shè)計(jì)使用。同時(shí)實(shí)驗(yàn)板采用40PIN的芯片底座，不僅可以安裝AT89S51單片機(jī)，而且可以兼容STC15W轉(zhuǎn)接板，學(xué)生可以根據(jù)需要選擇合適型號(hào)的單片機(jī)。如果采用STC15W轉(zhuǎn)接板，可以彌補(bǔ)實(shí)驗(yàn)板不能進(jìn)行在線仿真的缺陷。

2.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容更新

傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，學(xué)生往往根據(jù)教師逐步講解，完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，并未達(dá)到預(yù)期效果。因此，將實(shí)驗(yàn)課時(shí)分為2部分，驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。

學(xué)生在每章課程結(jié)束后，如未及時(shí)進(jìn)行操作，很容易忘記理論知識(shí)。驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)旨在夯實(shí)理論課基礎(chǔ)，保證基礎(chǔ)較差學(xué)生能夠跟上教學(xué)進(jìn)度，能力突出的學(xué)生查漏補(bǔ)缺。

設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)采用實(shí)物作業(yè)方式，給學(xué)生制定實(shí)驗(yàn)要求，由學(xué)生自行分組，以4人為單位，項(xiàng)目需求分析，資料整理，總體方案設(shè)計(jì)，硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)過程完全由學(xué)生以小組為單位完成，了解單片機(jī)系統(tǒng)開發(fā)的過程，有效的進(jìn)行數(shù)電、模電知識(shí)的整合，提高學(xué)生的協(xié)作能力，系統(tǒng)開發(fā)能力和解決問題的能力。

三、結(jié)束語

本文針對(duì)單片機(jī)獨(dú)立學(xué)院學(xué)生的特點(diǎn)，以應(yīng)用為中心，提出了一些單片機(jī)課程改革的方法。根據(jù)近幾年徐海學(xué)院?jiǎn)纹瑱C(jī)課程的教學(xué)實(shí)踐表明，教學(xué)效果良好，達(dá)到預(yù)期效果，有效的提高教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)了學(xué)生的單片機(jī)軟硬件開發(fā)能力，解決問題能力和協(xié)作能力。學(xué)生參加電子設(shè)計(jì)大賽，機(jī)器人比賽，智能車比賽，藍(lán)橋杯比賽的人數(shù)逐年增加；學(xué)生畢業(yè)后，參加單片機(jī)開發(fā)的人數(shù)有所提高。通過與東軟公司等公司的校企合作，學(xué)生在該公司就業(yè)人數(shù)增加，企業(yè)反應(yīng)良好。

［1］彭湃，李剛英.獨(dú)立學(xué)院學(xué)生特點(diǎn)及其學(xué)生管理對(duì)策［J］.科技信息：學(xué)術(shù)版，2007（22）.

［2］許景輝，張成鳳，李宗利.“單片機(jī)原理及應(yīng)用”課程改革實(shí)踐和探索［J］.中國電力教育，2013（35）：74-75.

［3］劉彥華，張柯.單片機(jī)實(shí)踐教學(xué)改革探索［J］.技術(shù)與市場(chǎng)，2011，18（5）：106-106.

［4］吳靜然，胡明，崔冉.單片機(jī)課程改革的研究與探索［J］.中國科技期刊數(shù)據(jù)庫全文版：教育科學(xué)，2016（13）：244.

［5］胡明，郭健鵬，朱曉穎.獨(dú)立學(xué)院應(yīng)用型本科單片機(jī)課程體系教學(xué)改革探討［J］.科技視界，2015（30）：54-54.

獨(dú)立學(xué)院?jiǎn)纹瑱C(jī)課程教學(xué)改革探討

吳靜然 胡明 郭健鵬

Based on the characteristics of single chip course and students from independent college，the direction and measures of the single chip computer course reform are explored from the teaching system construction，theoretical teaching and experimental teaching in the thesis，which can improve students'abilities to develop and design the single chip microcomputer application system.According to the teaching practice in recent years，these measures help student obtain good learning effect and achieve expected teaching effect.

single chip；education reform；curriculum system；theoretical teaching；experimental teaching

G642文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：2096-000X（2016）18-0137-02

吳靜然（1989，02-），女，河北保定人，助教，碩士，主要研究方向：嵌入式開發(fā)、無線通信、信號(hào)處理。