機(jī)電一體化專業(yè)單片機(jī)課程教學(xué)分析

張楠

摘要：該文針對(duì)機(jī)電一體化專業(yè)單片機(jī)課程的教學(xué)工作進(jìn)行分析與研究。首先，學(xué)習(xí)單片機(jī)知識(shí)的前提是掌握編程語言，所以本文結(jié)合單片機(jī)課程討論了C語言的教學(xué)方法?？紤]到該課程獨(dú)有的特點(diǎn)，對(duì)C語言的教學(xué)，僅保留必要的理論知識(shí)講解，重點(diǎn)放在與單片機(jī)相關(guān)的編程教學(xué)上。在此基礎(chǔ)上，細(xì)致分析單片機(jī)教學(xué)的整個(gè)過程，從理論知識(shí)到動(dòng)手實(shí)踐，考慮細(xì)節(jié)仔細(xì)研究，給出可行教學(xué)方法。相信按照本文研究的教學(xué)方法變通靈活教學(xué)，能夠使得學(xué)生在單片機(jī)這門課程上受益匪淺。

關(guān)鍵詞： 單片機(jī)；C語言；機(jī)電一體化；理論；實(shí)驗(yàn)；實(shí)訓(xùn)；教學(xué)研究

中圖分類號(hào)： G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2016）23-0136-02

單片機(jī)是機(jī)電一體化專業(yè)中重要的專業(yè)課，單片機(jī)由于成本低廉在日用電器等領(lǐng)域使用廣泛，與本專業(yè)中同為電氣方向成本較高的PLC形成對(duì)比。而C++、C語言或匯編語言則是學(xué)習(xí)單片機(jī)的基礎(chǔ)，C++、C語言相對(duì)匯編語言更為高級(jí)。C++是C語言從發(fā)展而來，它們都是現(xiàn)下較為流行、應(yīng)用廣泛的編程語言，所以我校將單片機(jī)的編程語言定為C語言。C語言的主要任務(wù)是為了讓學(xué)生通過課程學(xué)習(xí)，掌握關(guān)于單片機(jī)編程語言的基本理論知識(shí)，學(xué)會(huì)基本的編程方法，從而為今后的單片機(jī)專業(yè)學(xué)習(xí)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，通過編程實(shí)現(xiàn)單片機(jī)功能的模擬實(shí)驗(yàn)。所以，在教學(xué)過程中，教師要加強(qiáng)基礎(chǔ)編程方法的傳輸和訓(xùn)練，學(xué)生只有打好堅(jiān)實(shí)的編程基礎(chǔ)，才能夠?qū)⑵鋺?yīng)用于單片機(jī)的學(xué)習(xí)中。同時(shí)不妨提及與單片機(jī)相關(guān)的C語言知識(shí)，為后面單片機(jī)專業(yè)知識(shí)的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。

1 編程語言

在學(xué)習(xí)編程語言時(shí)，需向?qū)W生說明學(xué)習(xí)編程語言的重要性，學(xué)習(xí)C語言不但對(duì)單片機(jī)專業(yè)課來說是必要的，還是日后對(duì)任何編程語言觸類旁通的奠基。事實(shí)上，C語言和C++都是各領(lǐng)域流行的編程語言。根據(jù)多年教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，學(xué)生對(duì)于純講授和講授與實(shí)踐相結(jié)合兩種教學(xué)方式，對(duì)后者更為積極。所以講授每個(gè)知識(shí)點(diǎn)之后，我都會(huì)安排相關(guān)實(shí)驗(yàn)。當(dāng)然實(shí)驗(yàn)設(shè)置要實(shí)用、與單片機(jī)有所關(guān)聯(lián)和具有趣味性。有壓力才有動(dòng)力，處理同一個(gè)習(xí)題，既要有速度也保證程序的正確性和全面性（面對(duì)各種情況處置得當(dāng)、結(jié)果合理），同學(xué)們相互競(jìng)爭，教師則按照速度和正確度給學(xué)生打分。

1.1 解題思路

一開始課程中涉及例題和習(xí)題會(huì)直接給出問題的解題思路，那么這時(shí)開始培養(yǎng)學(xué)生看懂解題思路的能力。循序漸進(jìn)，先培養(yǎng)學(xué)生遇到問題思考解題思路的能力，要用編程解決一個(gè)問題的前提就是自己能夠在邏輯上解決這個(gè)問題。而且程序上的求解邏輯還與平時(shí)人的思考邏輯有些微妙的差別，人腦解決某些問題很簡單，但是要通過程序解決卻需要按部就班，一步一步得推進(jìn)。所以教師需要培養(yǎng)學(xué)生能夠以編程模式來形成解題思路。

實(shí)際生產(chǎn)中構(gòu)思方案和代碼實(shí)現(xiàn)通常是分開的，在形成了解題思路的基礎(chǔ)上，該思路還得以規(guī)范的形式表達(dá)出來，相對(duì)的，學(xué)生也需要具有看懂他人解題思路（即就業(yè)后解決問題實(shí)現(xiàn)某種功能的思路）的能力。

1.2 編程教學(xué)

然而，在邏輯上有了解題方案也不等于就能用程序正確表達(dá)了。首先是語法上的錯(cuò)誤，這種類型的錯(cuò)誤是比較低級(jí)的錯(cuò)誤，只要多加練習(xí)，熟悉語法和語句，自然能避免這種錯(cuò)誤。需要向?qū)W生說明的是軟件會(huì)發(fā)現(xiàn)及提示存在語法錯(cuò)誤，并且提示存在錯(cuò)誤，那就是肯定有錯(cuò)，編譯當(dāng)然也無法通過，但是給出的提示不一定準(zhǔn)確，提示第n行有錯(cuò)，不代表就是此處存在錯(cuò)誤導(dǎo)致編譯無法通過。一旦邏輯上希望的過程與事實(shí)程序流程有出入也是不能正確實(shí)現(xiàn)解答的。而非語法的編程錯(cuò)誤，即邏輯上與程序真實(shí)執(zhí)行存在差異的情況，更難發(fā)現(xiàn)和處理。對(duì)于開發(fā)而言，我們要培養(yǎng)學(xué)生能夠全面思考，避免邏輯上存在問題。對(duì)于測(cè)試而言，我們則是要培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)和處理這種編程軟件無法指出錯(cuò)誤的能力。C語言具有較強(qiáng)的實(shí)踐性，教師在教授理論知識(shí)的同時(shí)還應(yīng)培養(yǎng)學(xué)生解決問題的能力。通常學(xué)生在理解理論知識(shí)之后，將其應(yīng)用于實(shí)際生活當(dāng)中，以此提高自身的動(dòng)手能力。因此，教師在講授課程的過程中，應(yīng)多運(yùn)用生活中的實(shí)例，培養(yǎng)學(xué)生的求知欲望和自主思考能力，學(xué)會(huì)自己分析問題，并尋找解決方法。例如，當(dāng)講授switch語句時(shí)，可以在課堂上提出學(xué)生成績分類統(tǒng)計(jì)的問題；講授循環(huán)語句時(shí)，可以提出貸款復(fù)利還貸的問題，這些問題與實(shí)際生活相關(guān)，可以調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)激情。

在教學(xué)中，除了要教給學(xué)生基本知識(shí)以外，還應(yīng)該突出C語言編程的實(shí)踐性，培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)素質(zhì)。實(shí)際應(yīng)用中單片機(jī)或其他領(lǐng)域的程序一般不是一個(gè)程序員完成的，能夠給出必要及準(zhǔn)確的注釋是必要的專業(yè)素養(yǎng)。既然不是一個(gè)人完成，就需要多人協(xié)作，或是分別實(shí)現(xiàn)不同部分的功能，或是開發(fā)、測(cè)試和維護(hù)，那么程序各部分需要被專業(yè)簡潔準(zhǔn)確地注釋。印度是一個(gè)編程大國，他們編的程序不是最巧妙的，不是最簡短的，但是他們的程序規(guī)整模塊化，與其他程序易拼接。可見編寫的程序適應(yīng)開發(fā)和生產(chǎn)是學(xué)生今后就業(yè)必備的素質(zhì)。

1.3 教學(xué)注意事項(xiàng)

C語言是單片機(jī)的先導(dǎo)課程，因此教學(xué)內(nèi)容需要與后續(xù)學(xué)習(xí)的單片機(jī)理論知識(shí)相結(jié)合，掌握基本概念，減少理論知識(shí)的講解，突出應(yīng)用技能為教學(xué)重點(diǎn)。在教授機(jī)電專業(yè)的學(xué)生時(shí)，如果編程課程與單片機(jī)教學(xué)分離，那么教師要提前與后續(xù)單片機(jī)專業(yè)課程的教師溝通教學(xué)需求和銜接的教學(xué)內(nèi)容，及時(shí)進(jìn)行交流。此外，在教學(xué)時(shí)還要充分結(jié)合機(jī)電專業(yè)的專業(yè)特點(diǎn)，有針對(duì)性地增加學(xué)生的專業(yè)知識(shí)，為后面的學(xué)習(xí)打好基礎(chǔ)。

如果C語言程序設(shè)計(jì)教學(xué)課時(shí)較少，對(duì)于非計(jì)算機(jī)專業(yè)的學(xué)生，教學(xué)過程應(yīng)該本著夠用、能用的原則，著重介紹C語言的基本結(jié)構(gòu)、語句和編程方法，對(duì)于一些繁瑣的經(jīng)典程序分析能避免則避免，防止學(xué)生對(duì)編程工具喪失信心。

2 單片機(jī)

2.1 理論教學(xué)

單片機(jī)的理論知識(shí)，例如其硬件內(nèi)部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、定時(shí)計(jì)數(shù)器和優(yōu)先級(jí)等，必須扎實(shí)掌握，因?yàn)檫@些是運(yùn)用編程技巧實(shí)現(xiàn)單片機(jī)應(yīng)用的基礎(chǔ)。單片機(jī)廠家及廠家旗下不同型號(hào)數(shù)不勝數(shù)，無法一一介紹。一般來說都是以較為經(jīng)典的單片機(jī)為例，引導(dǎo)學(xué)生了解單片機(jī)。這樣學(xué)生碰到不同的單片機(jī)也能觸類旁通。

2.2 實(shí)驗(yàn)教學(xué)

實(shí)驗(yàn)教學(xué)與理論教學(xué)有著同等的教學(xué)地位，單片機(jī)實(shí)驗(yàn)的前提就是熟練掌握編程了。在實(shí)驗(yàn)期間，教師需要針對(duì)編程語言單片機(jī)專用頭文件和數(shù)據(jù)類型等細(xì)節(jié)向?qū)W生說明。了解細(xì)節(jié)加上編程基礎(chǔ)，通過例題練習(xí)迅速掌握單片機(jī)程序。教學(xué)過程中，學(xué)生缺少自主學(xué)習(xí)的能力。為了實(shí)現(xiàn)“以學(xué)生為主體”的教學(xué)方式，學(xué)生遇到問題時(shí)，教師進(jìn)行給出疑問，讓學(xué)生說說自己的解題思路，共同探討找出問題的答案。在該過程中，學(xué)生逐漸能夠獨(dú)立思考并找出問題的答案，由被動(dòng)接受者轉(zhuǎn)變成主動(dòng)研究問題、解決問題的探究者，由此培養(yǎng)學(xué)生思考問題的能力，繼而提高學(xué)生主動(dòng)探索問題的能力。采用單片機(jī)實(shí)驗(yàn)箱，學(xué)生編寫好程序后可以導(dǎo)入實(shí)驗(yàn)箱內(nèi)進(jìn)行仿真，真真切切看到程序運(yùn)行的結(jié)果，更為直觀的判斷對(duì)錯(cuò)。就現(xiàn)在的學(xué)習(xí)模式來說，學(xué)生的理論知識(shí)是與實(shí)際生活脫節(jié)的。實(shí)際編程中選擇運(yùn)行結(jié)果明顯或有趣的程序案例，讓學(xué)生切身體會(huì)到自己編寫程序中的一詞一定義都會(huì)影響到運(yùn)行的結(jié)果，同時(shí)也會(huì)引起他們動(dòng)手的興趣。單片機(jī)實(shí)驗(yàn)室定期對(duì)學(xué)生進(jìn)行開放，當(dāng)學(xué)生課上未完成實(shí)驗(yàn)或有設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的需求時(shí)，可以使用實(shí)驗(yàn)室。人都有惰性，學(xué)生也不例外，除了激發(fā)他們的興趣，也需要控制，完全依賴于學(xué)生自覺是不行的。否則一個(gè)學(xué)生編程完畢，其他學(xué)生拷貝過來運(yùn)行一下就沒有意義了。所以需要對(duì)編程軟件進(jìn)行修改，實(shí)現(xiàn)無法拷貝而只能新建文檔。也要監(jiān)督好學(xué)生，拍個(gè)照完全按照別人的程序拓下來，沒有自己思考的過程是不行的，防止照樣畫葫蘆，要促使學(xué)生學(xué)會(huì)思考，引起學(xué)生的興趣。編程這件事注重的就是邏輯和熟能生巧，只有多思考和多動(dòng)手才能得心應(yīng)手?？己顺煽兊臅r(shí)候，該課程應(yīng)以機(jī)試為主，筆試為輔。其中機(jī)試不能單單查看程序運(yùn)行結(jié)果，可以隨機(jī)提出疑問，有學(xué)生解答，以此了解學(xué)生對(duì)編程語言的真實(shí)掌握程度。

2.3 實(shí)訓(xùn)教學(xué)

到了企業(yè)中，單片機(jī)的應(yīng)用可不再是紙上談兵。我們安排單片機(jī)實(shí)訓(xùn)來鍛煉學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力。首先老師安排項(xiàng)目，學(xué)生采購所需的芯片、電路板和電線等材料，有別于使用實(shí)驗(yàn)箱，這個(gè)過程可以讓學(xué)生對(duì)市場(chǎng)上單片機(jī)產(chǎn)品有直觀上的認(rèn)識(shí)。準(zhǔn)備好材料后，仔細(xì)認(rèn)識(shí)購買的芯片包括單片機(jī)。針對(duì)具體問題畫出電路圖，后期程序都是在電路圖的基礎(chǔ)上給出的。繼而根據(jù)各芯片引腳的實(shí)際情況著手編程。學(xué)生編程可以先在電腦上或?qū)嶒?yàn)箱上仿真，驗(yàn)證程序是否有誤。單片機(jī)引腳較為脆弱，不能多次在電路板上插拔。驗(yàn)證好程序后，利用專用軟件和工具將程序轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制燒入單片機(jī)芯片中。這時(shí)候?qū)W生就可以開始焊電路板了，雖然現(xiàn)在工業(yè)生產(chǎn)已經(jīng)不采用人工點(diǎn)焊了，但是培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力還是很有必要的。

隨著單片機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，教學(xué)、實(shí)驗(yàn)以及實(shí)訓(xùn)的內(nèi)容都不斷地需要更新，例如典型單片機(jī)型號(hào)、實(shí)驗(yàn)題目和實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目的選擇。設(shè)置的學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)內(nèi)容盡量貼合企業(yè)實(shí)際問題，使得學(xué)生在畢業(yè)后走入社會(huì)時(shí)，順利實(shí)現(xiàn)對(duì)接。

3 結(jié)論

總之，在單片機(jī)的教學(xué)中，第一步教會(huì)學(xué)生使用編程工具，再夯實(shí)單片機(jī)理論知識(shí)基礎(chǔ)，輔以相關(guān)實(shí)驗(yàn)，最后利用實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目鍛煉學(xué)生完成整個(gè)功能實(shí)現(xiàn)過程的能力。為了培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力，我們要不斷總結(jié)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，不斷探索，分析自身的優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)，根據(jù)不同學(xué)生不同特質(zhì)不斷改進(jìn)，因材施教，從而激發(fā)學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力，培養(yǎng)高素質(zhì)的應(yīng)用型人才。

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