面向工程素質(zhì)培養(yǎng)的單片機(jī)教學(xué)方法的探討

摘要：單片機(jī)是電子信息專業(yè)一門應(yīng)用性強(qiáng)，重實(shí)踐性的專業(yè)基礎(chǔ)課，直接涉及學(xué)生的創(chuàng)新能力和就業(yè)能力，教學(xué)團(tuán)隊(duì)從MCS-51單片機(jī)過渡到MSP430單片機(jī)，通過對(duì)多個(gè)典型工程應(yīng)用案例分析，引入工程案例和任務(wù)驅(qū)動(dòng)方法開展課堂和實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)，經(jīng)試驗(yàn)對(duì)比，激發(fā)了學(xué)生興趣，培養(yǎng)學(xué)生工程素養(yǎng)，提高了單片機(jī)課程教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：MSP430單片機(jī)；案例模型；任務(wù)驅(qū)動(dòng)；工程素養(yǎng)

中圖分類號(hào)：G642.0；TP368.1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2017）11-0219-02

引言

“單片機(jī)”是電子信息類專業(yè)的重要專業(yè)基礎(chǔ)課程，直接涉及學(xué)生的創(chuàng)新能力和就業(yè)能力。我校單片機(jī)教學(xué)主要包括課堂教學(xué)、課內(nèi)實(shí)驗(yàn)教學(xué)、基于單片機(jī)的電子信息系統(tǒng)創(chuàng)新設(shè)計(jì)三個(gè)部分，課程教學(xué)和課內(nèi)實(shí)驗(yàn)總課時(shí)48學(xué)時(shí)，其中課堂理論教學(xué)36學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)12學(xué)時(shí)；電子信息工程專業(yè)創(chuàng)新設(shè)計(jì)4周、通信工程專業(yè)創(chuàng)新設(shè)計(jì)3周。從2014年開始我校的電子信息類專業(yè)單片機(jī)課程從MCS-51單片機(jī)過渡到MSP430單片機(jī)，課內(nèi)教學(xué)依據(jù)教材，按照MSP430單片機(jī)體系結(jié)構(gòu)簡介、指令系統(tǒng)、MSP430單片機(jī)內(nèi)部資源（時(shí)鐘晶振、低功耗模式、PIO、定時(shí)器、AD和DA接口、UART等）、單片機(jī)應(yīng)用舉例的順序講解相關(guān)的概念、知識(shí)與應(yīng)用方法。課內(nèi)實(shí)驗(yàn)是為配合課堂理論教學(xué)而設(shè)置，目的是通過實(shí)驗(yàn)促進(jìn)對(duì)課堂知識(shí)的理解，使用TI公司的MSP430F6638單片機(jī)實(shí)驗(yàn)箱，以及實(shí)驗(yàn)箱所提供的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目均具有實(shí)驗(yàn)程序源代碼，教師容易進(jìn)行指導(dǎo)，學(xué)生容易完成實(shí)驗(yàn)。這些實(shí)驗(yàn)設(shè)備和實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目初步滿足了我們從MCS-51單片機(jī)過渡到MSP430單片機(jī)的教學(xué)需要，也為進(jìn)一步改進(jìn)單片機(jī)教學(xué)方法提升教學(xué)效果積累的經(jīng)驗(yàn)。

一、傳統(tǒng)教學(xué)方法及存在的不足

從2015年新生開始，我校實(shí)行大類招生，電子信息工程和通信工程統(tǒng)一基礎(chǔ)課，從大學(xué)第四-第五學(xué)期開始選修專業(yè)方向特色課程。大類招生及培養(yǎng)要求厚基礎(chǔ)，單片機(jī)及嵌入式技術(shù)是當(dāng)今電子信息的重要基礎(chǔ)技術(shù)之一，也是培養(yǎng)創(chuàng)新與創(chuàng)業(yè)能力、提高就業(yè)能力的重要技術(shù)基礎(chǔ)課程，是學(xué)生參加進(jìn)行競賽的重要技術(shù)基礎(chǔ)。隨著當(dāng)今全民創(chuàng)新與創(chuàng)業(yè)等社會(huì)發(fā)展對(duì)學(xué)生能力要求的不斷提高，以及我校大類招生需要的提高，這對(duì)單片機(jī)教學(xué)提出的新的更高的要求，主要體現(xiàn)在對(duì)實(shí)驗(yàn)和創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)習(xí)要求的提高，除了基礎(chǔ)性的教學(xué)實(shí)驗(yàn)和實(shí)習(xí)外，還要求面向工程應(yīng)用能力培養(yǎng)的需要，針對(duì)大類招生后學(xué)生不同專業(yè)方向，抽象出典型的工程應(yīng)用案例，按照工程設(shè)計(jì)的要求，設(shè)置由簡單到綜合、由模仿實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)硬件軟件到改進(jìn)或擴(kuò)展硬軟件設(shè)計(jì)、最終逐步過渡到自主設(shè)計(jì)的教學(xué)體系。隨著教學(xué)要求的提高，現(xiàn)有的教學(xué)方法與資源、實(shí)驗(yàn)設(shè)備和項(xiàng)目、硬件軟件資源均不能完全滿足要求。

二、課程教學(xué)改革

本文主要針對(duì)新的教學(xué)要求，結(jié)合教學(xué)和科研團(tuán)隊(duì)近10年單片機(jī)教學(xué)和相關(guān)工程技術(shù)研究方面的經(jīng)驗(yàn)，探索一種適合大類招生與教學(xué)環(huán)境下能夠激發(fā)學(xué)生興趣和潛能，增強(qiáng)單片機(jī)教學(xué)效果的教學(xué)方法，課程系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。在課程內(nèi)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，根據(jù)任務(wù)教學(xué)和案例教學(xué)需要，設(shè)置與課堂教學(xué)內(nèi)容配套、由淺入深的單元性且分組可選的趣味性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步明確課程目的，提高學(xué)生興趣。

理論課堂教學(xué)選取工程案例以任務(wù)驅(qū)動(dòng)方法，講述MSP430單片機(jī)知識(shí)點(diǎn)，讓學(xué)生建立單片機(jī)工程應(yīng)用系統(tǒng)概念，掌握單片機(jī)體系結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)、熟知MSP430單片機(jī)內(nèi)部資源，掌握單片機(jī)應(yīng)用同的設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)設(shè)置擬在案例模型上模仿工程設(shè)計(jì)應(yīng)用系統(tǒng)方法進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目選擇案例功能中比較典型的、難度適中的設(shè)計(jì)任務(wù)，分為基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)和提高性實(shí)驗(yàn)等不同層次，基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)必須完成，提高性實(shí)驗(yàn)由學(xué)生按興趣自由選擇。第一階段為系統(tǒng)認(rèn)識(shí)實(shí)驗(yàn)，信號(hào)燈控制和按鍵檢測(cè)功能程序（包括設(shè)計(jì)思路、程序流程圖、示例代碼，進(jìn)行演示與詳細(xì)講解），以此學(xué)習(xí)編譯及下載運(yùn)行方法、獲得對(duì)硬件軟件的初步認(rèn)識(shí)；第二階段實(shí)驗(yàn)完成模擬信號(hào)檢測(cè)及顯示實(shí)驗(yàn)，指導(dǎo)書給出硬件圖、程序設(shè)計(jì)思路和流程圖，學(xué)生模仿著進(jìn)行硬件和程序設(shè)計(jì)，完成調(diào)試與下載運(yùn)行；其后從模仿逐步過渡到獨(dú)立完成設(shè)計(jì)與調(diào)試。第三階段，由指導(dǎo)教師提供除要求學(xué)生完成的功能之外的其他功能程序，指導(dǎo)學(xué)生裝配成一個(gè)完整的應(yīng)用程序，并指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行系統(tǒng)軟硬件整體測(cè)試。學(xué)生實(shí)驗(yàn)考核以學(xué)生為主，講述自己應(yīng)用系統(tǒng)構(gòu)成、測(cè)試、總結(jié)與改進(jìn)，是否完成應(yīng)用系統(tǒng)功能和指標(biāo)。在4周的創(chuàng)新設(shè)計(jì)階段，通過設(shè)置10-20個(gè)單片機(jī)典型的應(yīng)用課題，在導(dǎo)師指導(dǎo)下，利用一些基本的單元電路和學(xué)生自主設(shè)計(jì)的功能電路相配合，完成工程應(yīng)用樣機(jī)硬件的設(shè)計(jì)、制作與調(diào)試；完成單片機(jī)應(yīng)用軟件的設(shè)計(jì)與調(diào)試，最終完成系統(tǒng)的軟硬件聯(lián)合調(diào)試、系統(tǒng)功能與性能指標(biāo)的測(cè)試。為完成此任務(wù)，需要研究并抽象出10-20個(gè)能激發(fā)學(xué)生興趣的典型工程應(yīng)用案例，給出這些案例的相關(guān)功能與技術(shù)指標(biāo)要求，特色單元電路功能要求及參考設(shè)計(jì)，對(duì)信號(hào)特點(diǎn)與處理方法、程序設(shè)計(jì)思想進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼f明，指導(dǎo)學(xué)生完成一個(gè)從硬件設(shè)計(jì)（或硬件集成）、到程序設(shè)計(jì)調(diào)試、整機(jī)測(cè)試、撰寫設(shè)計(jì)報(bào)告、撰寫使用說明書和維修說明書、生產(chǎn)工藝說明、性能檢測(cè)規(guī)范的整個(gè)工程設(shè)計(jì)過程。

課外創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)。組建單片機(jī)創(chuàng)新小組，建立學(xué)習(xí)興趣小組和QQ討論群，便于相互交流在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中遇到的問題以及分析經(jīng)驗(yàn)。同時(shí)以競賽促進(jìn)教學(xué)，鼓勵(lì)學(xué)生參加電子競賽如：“全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)大賽”、“飛思卡爾智能汽車大賽”、“互聯(lián)網(wǎng)+大賽”，有興趣的學(xué)生還可以參與到老師的項(xiàng)目中。

三、結(jié)語

不脫離工程背景直接使用工程案例，教學(xué)活動(dòng)特別是實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)具有典型性和靈活性，能兼顧不同專業(yè)特點(diǎn)，激發(fā)學(xué)生的興趣，培養(yǎng)學(xué)生工程素養(yǎng)。但也存在一定問題，學(xué)生在工程文件管理和C語言編程方面存在不足，同時(shí)也在考慮是否直接教授STM32單片機(jī)，但STM32資源豐富復(fù)雜，對(duì)單片機(jī)入門還需進(jìn)一步探索教學(xué)方法讓學(xué)生容易理解單片機(jī)微控制器。

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Engineering Ability Oriented Single Chip Computer Teaching Exploration

JIN Hong

（School of Information Science & Engineering，Guilin University of Technology，Guilin，Guangxi 541004，China）

Abstract：Single chip computer is an applied and practical professional basic course for electronic information.It directly relates to the students'innovative ability and employment ability.Our teaching team teaches the course from MCS-51 Single Chip to MSP430 Single Chip.Through the analysis of a typical engineering case，it can use the methods of the engineering case and task driven in classroom and practice teaching.On the experiment contrast，it can stimulate students interest，train students'engineering quality，improve the teaching effect of Single Chip Computer course.

Key words：MSP 430 single chip；engineering case model；task driving；engineering ability