應(yīng)用型高校單片機(jī)課程教學(xué)改革研究

王英赫

摘 要：在電子科學(xué)領(lǐng)域蓬勃發(fā)展的今天，單片機(jī)課程的教學(xué)對(duì)電子、通信等專業(yè)學(xué)生的素質(zhì)提高和職業(yè)能力培養(yǎng)起到了至關(guān)重要的作用。文章針對(duì)傳統(tǒng)單片機(jī)課程中存在的問題，從教學(xué)內(nèi)容及形式、實(shí)驗(yàn)任務(wù)安排、教學(xué)過程控制等多方面對(duì)單片機(jī)課程的教學(xué)方法提出改革措施。力爭(zhēng)通過教學(xué)方法的改變，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高自身能力，為學(xué)生更好地適應(yīng)未來的工作打下扎實(shí)的基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：應(yīng)用型高校；單片機(jī)課程；教學(xué)改革

中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2096-000X（2017）13-0117-03

Abstract： Nowadays， the field of electronic science is developing rapidly. The teaching of MCU Course plays an important role in improving the quality of students majoring in electronics and communication. In this paper， some reform measures are proposed for the teaching method of MCU course from many aspects， such as the content and form of teaching， experimental task arrangement， teaching process control， etc. This paper tries to arouse interest in learning， improve their ability， and lay a solid foundation for students adapting to the future work though The change of teaching methods.

Keywords： application-oriented university； MCU course； reform in education

目前電子科學(xué)的長(zhǎng)足發(fā)展已經(jīng)深入到了現(xiàn)代生產(chǎn)生活的各個(gè)方面。在這其中，單片機(jī)作為智能化產(chǎn)業(yè)的重要部件在現(xiàn)代工農(nóng)業(yè)自動(dòng)化、智能儀器儀表、實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)、軍事裝備應(yīng)用、汽車電子系統(tǒng)、信息和通信系統(tǒng)、消費(fèi)類電子產(chǎn)品等諸多領(lǐng)域均有著較為廣泛的應(yīng)用[1]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)目前每年單片機(jī)需求量為1-3億片，且年增速為16%?？梢妴纹瑱C(jī)技術(shù)在單子科學(xué)領(lǐng)域具有非常廣闊的應(yīng)用前景。據(jù)此，我國(guó)的高等院校在上世紀(jì)九十年代開始，對(duì)電子信息、電氣工程等專業(yè)開設(shè)單片機(jī)原理及應(yīng)用課程，目的在于對(duì)此類專業(yè)學(xué)生普及單片機(jī)技術(shù)，并培養(yǎng)一批具有單片機(jī)軟硬件開發(fā)水平的高層次人才?！皢纹瑱C(jī)原理及應(yīng)用”是一門綜合了多項(xiàng)課程基礎(chǔ)，注重實(shí)踐的應(yīng)用類專業(yè)基礎(chǔ)課，能夠充分體現(xiàn)學(xué)生利用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際工程問題的能力，對(duì)于電子、通信和電氣等專業(yè)的學(xué)生來說，是一門較為重要的核心必修課程。該課程在教學(xué)過程中需要軟硬件結(jié)合，原理和實(shí)踐并重，因此對(duì)授課教師提出了更高的要求。本文面向應(yīng)用技術(shù)型高校的實(shí)際情況，針對(duì)以往單片機(jī)原理及應(yīng)用課程中存在的問題，提出教學(xué)實(shí)踐改革方法，力求通過教學(xué)方法的改變激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高教學(xué)效果，幫助學(xué)生學(xué)好單片機(jī)這門課程，為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)和職業(yè)能力的提高打好基礎(chǔ)。

一、單片機(jī)課程教學(xué)現(xiàn)狀

單片機(jī)課程作為一門相關(guān)專業(yè)的核心課程，具有非常重要的教學(xué)意義。但在傳統(tǒng)的教學(xué)方法中，卻存在著重理論、輕實(shí)踐，講授多、動(dòng)手少，基礎(chǔ)多、前沿少等現(xiàn)象，在一定程度上影響了學(xué)生對(duì)單片機(jī)開發(fā)和應(yīng)用技術(shù)的掌握，往往達(dá)不到較好的教學(xué)效果。具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面[2，3]：

（一）理論教學(xué)抽象，難理解

在傳統(tǒng)的單片機(jī)教學(xué)中，通常以理論教學(xué)為主，采用的授課方法主要是“講解+PPT+板書”的方式。目前普遍使用的單片機(jī)原理教材中，理論內(nèi)容偏多，教師在講授過程中大多是使用PPT或板書的形式將理論要點(diǎn)進(jìn)行歸納總結(jié)，并口頭為學(xué)生講解，因此大量抽象的原理和概念無法形象的表達(dá)，學(xué)生難以接受和理解，感覺枯燥無味，激不起學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情和主動(dòng)性。即便教師在講授過程中采用多次重復(fù)的方式，使學(xué)生強(qiáng)化記憶，但學(xué)生理解不足，仍然起不到較好的效果，并且重復(fù)過多浪費(fèi)了較多的課堂時(shí)間。

（二）實(shí)踐教學(xué)的創(chuàng)新性培養(yǎng)不足

程序設(shè)計(jì)要求較少。近幾年，單片機(jī)課程的教學(xué)方法已經(jīng)有了一定的改善，隨著針對(duì)單片機(jī)課程的專業(yè)實(shí)驗(yàn)箱的出現(xiàn)，單片機(jī)教學(xué)除了在教室完成理論講解之外，還可以在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)應(yīng)用實(shí)驗(yàn)箱進(jìn)行實(shí)際操作。雖然這一改變有助于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，但仍有其不足之處。例如，實(shí)驗(yàn)箱是由生產(chǎn)廠家開發(fā)好的硬件產(chǎn)品，雖然有些試驗(yàn)箱功能比較強(qiáng)大，但還是僅限于一些基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中只能按照指導(dǎo)手冊(cè)完成既定的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，無法發(fā)揮自主的想法去完成多樣的開發(fā)工作，從而限制了學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

（三）前沿理論及技術(shù)介紹不夠

目前的單片機(jī)課程主要針對(duì)51系列單片機(jī)展開教學(xué)。51系列單片機(jī)雖然比較經(jīng)典，無論是理論學(xué)習(xí)或是實(shí)驗(yàn)操作均易于上手。但隨著單片機(jī)的發(fā)展，更多采用前沿技術(shù)的單片機(jī)芯片被開發(fā)和使用，51系列單片機(jī)已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)跟不上現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)應(yīng)用的形勢(shì)。因此，目前的單片機(jī)教學(xué)與實(shí)際應(yīng)用較為脫節(jié)，無法更好地培養(yǎng)學(xué)生的技術(shù)水平和職業(yè)能力。

二、單片機(jī)課程教學(xué)實(shí)踐方法

針對(duì)以上在傳統(tǒng)單片機(jī)課程教學(xué)中存在的問題，筆者經(jīng)過長(zhǎng)期的摸索實(shí)踐，提出一套適合應(yīng)用技術(shù)型高校學(xué)生的單片機(jī)課程教學(xué)方法。本方法從理論講解、實(shí)驗(yàn)和課程設(shè)計(jì)等方面進(jìn)行教學(xué)方法改革，在授課效果上不但要使學(xué)生掌握課內(nèi)所要求的知識(shí)點(diǎn)，更要力爭(zhēng)達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生思考問題解決問題的獨(dú)立創(chuàng)新能力，以滿足提高職業(yè)技能的目標(biāo)。

在教學(xué)過程中，主要采用啟發(fā)式教學(xué)法和討論式教學(xué)法相結(jié)合的教學(xué)方法，打破以往講授為主、實(shí)驗(yàn)為輔的教學(xué)形式，重點(diǎn)以實(shí)踐為主要手段，使學(xué)生在動(dòng)腦思考和動(dòng)手操作中完成對(duì)知識(shí)的掌握和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。圖1為單片機(jī)課程教學(xué)方法改革體系。

（一）教學(xué)內(nèi)容及形式分配

從前面的分析中可以了解到，以往傳統(tǒng)的單片機(jī)原理教學(xué)主要采用理論講解為主、實(shí)驗(yàn)為輔的教學(xué)方式，單片機(jī)的概述、結(jié)構(gòu)和工作原理、指令系統(tǒng)、內(nèi)部功能單元，以及接口與總線等內(nèi)容均是教師通過PPT+板書的形式向?qū)W生進(jìn)行講授，往往造成學(xué)生學(xué)了后面忘前面，理論與實(shí)踐脫節(jié)，無法有的放矢的在實(shí)驗(yàn)中運(yùn)用所學(xué)的理論知識(shí)。

經(jīng)過多次教學(xué)實(shí)踐，筆者對(duì)單片機(jī)的教學(xué)內(nèi)容及形式進(jìn)行了大膽的改革。只在理論課堂上完成單片機(jī)的發(fā)展及結(jié)構(gòu)的講解。將指令系統(tǒng)、內(nèi)部功能單元、接口模塊以及C51語(yǔ)言的講解移植到實(shí)驗(yàn)課堂中進(jìn)行。使學(xué)生在接受教師講解的同時(shí)，通過課堂實(shí)例及時(shí)在單片機(jī)專用軟硬件平臺(tái)上操作實(shí)踐。例如，在教師講授指令系統(tǒng)的時(shí)候，學(xué)生可以通過目前普遍使用的Keil4編譯軟件實(shí)踐操作所講指令的執(zhí)行效果，使學(xué)生在接受理論要點(diǎn)的同時(shí)能夠直觀體驗(yàn)操作結(jié)果，有助于學(xué)生更好地進(jìn)行記憶、理解和應(yīng)用。通過教學(xué)實(shí)踐，筆者將原來3：1（48學(xué)時(shí)理論，16學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)）的理論、實(shí)驗(yàn)課時(shí)分配比例改變成3：5（24學(xué)時(shí)理論，40學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)），保留原有較為綜合的中斷系統(tǒng)、定時(shí)器等實(shí)驗(yàn)外，增加相對(duì)簡(jiǎn)單的指令系統(tǒng)、C51語(yǔ)言講解實(shí)驗(yàn)，起到了較好的教學(xué)效果。具體學(xué)時(shí)分配及講解內(nèi)容見表1。

在應(yīng)用以上方法進(jìn)行教學(xué)時(shí)，需要注意的是不能忽視講授的作用。實(shí)驗(yàn)課堂并不完全是教師將實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書發(fā)給學(xué)生，由學(xué)生獨(dú)立完成所有實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，而是除原有綜合性實(shí)驗(yàn)由學(xué)生獨(dú)立完成外，其他內(nèi)容是由教師對(duì)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行講解的基礎(chǔ)上在由學(xué)生進(jìn)行指定指令或程序段的實(shí)踐操作，以此完成理論講解和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的融合。

（二）實(shí)驗(yàn)教學(xué)任務(wù)安排

在綜合實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，傳統(tǒng)的教學(xué)方式是教師指定較為完善的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書，指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行某一功能單元或功能芯片的程序編寫、調(diào)試及加載運(yùn)行任務(wù)。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容較為固定，不利于學(xué)生自主創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。針對(duì)這一現(xiàn)象，我們對(duì)綜合實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和教學(xué)方式進(jìn)行改進(jìn)，采用開發(fā)式實(shí)驗(yàn)方式完成實(shí)驗(yàn)教學(xué)。在實(shí)驗(yàn)課堂上只給定需要實(shí)現(xiàn)的功能，而不規(guī)定學(xué)生實(shí)現(xiàn)該功能的方法和途徑。例如，在實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)排序?qū)嶒?yàn)中，只要求學(xué)生完成一列數(shù)據(jù)的排序工作，并不指定采用什么算法來完成。再如，在進(jìn)行按鍵識(shí)別實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生可以采用查詢方式來完成按鍵識(shí)別，也可以采用中斷方式完成該功能，或采用定時(shí)器間隔方式實(shí)現(xiàn)。通過這樣的開放式實(shí)驗(yàn)，學(xué)生不但掌握了多種編程方法，并完成了多種方法的優(yōu)劣比較，加深知識(shí)的掌握深度；更重要的是訓(xùn)練了學(xué)生的創(chuàng)新能力，為今后的學(xué)習(xí)和工作中奠定有益的基礎(chǔ)。

（三）實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程控制

由于資金緊張，單片機(jī)實(shí)驗(yàn)很難做到每個(gè)學(xué)生分配一臺(tái)電腦和一個(gè)實(shí)驗(yàn)箱獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)。因此大部分高校的單片機(jī)課堂采用分組實(shí)驗(yàn)的方式，由2-4個(gè)學(xué)生為一組，共同完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)。在傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)課堂上會(huì)出現(xiàn)一組學(xué)生中動(dòng)手能力較強(qiáng)的一個(gè)學(xué)生主導(dǎo)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，而其他組員則只是旁觀。最終將導(dǎo)致主導(dǎo)完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的學(xué)生學(xué)習(xí)效果較好。而其他學(xué)生由于很少親自動(dòng)手，導(dǎo)致學(xué)習(xí)興趣不高，知識(shí)掌握不理想。

針對(duì)這一問題，改革后的實(shí)驗(yàn)課堂采用任務(wù)負(fù)責(zé)制。對(duì)于各個(gè)綜合實(shí)驗(yàn)，教師將任務(wù)進(jìn)行分解，每組選出一個(gè)學(xué)生作為任務(wù)組長(zhǎng)負(fù)責(zé)統(tǒng)籌，將教師分解后的任務(wù)合理地分配給組內(nèi)每個(gè)成員。成員間分工合作，共同保證實(shí)驗(yàn)任務(wù)的完成。當(dāng)再完成下一個(gè)實(shí)驗(yàn)時(shí)輪換組長(zhǎng)，確保每個(gè)學(xué)生都有主導(dǎo)實(shí)驗(yàn)的機(jī)會(huì)。該方法的優(yōu)點(diǎn)在于：一是學(xué)生都可以參與到實(shí)驗(yàn)過程中，使每一個(gè)人得到鍛煉，避免一人做多人看的局面；二是組內(nèi)成員每人負(fù)責(zé)一部分實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，同學(xué)之間互相督促、協(xié)作，有助于學(xué)生溝通合作能力的培養(yǎng)。

（四）前沿性的保障及實(shí)現(xiàn)

目前大部分高校單片機(jī)課程主要51系列單片機(jī)進(jìn)行講授。51系列單片機(jī)雖經(jīng)典，但已經(jīng)不再是當(dāng)今電子行業(yè)的主流產(chǎn)品。單片機(jī)課程不但要針對(duì)具有典型意義的51單片機(jī)進(jìn)行講解，使學(xué)生打好基礎(chǔ)，更要將目前前沿的單片機(jī)產(chǎn)品和知識(shí)理解帶給學(xué)生，使學(xué)生可以跟上時(shí)代的發(fā)展。

在保障課程前沿性方面，筆者采用較為先進(jìn)的教學(xué)手段，例如微課、視頻等方式，使學(xué)生通過多樣化的形式來接受新技術(shù)的熏陶。此外，教師在講解過程中還可以采用視頻與實(shí)物相結(jié)合的方式，讓學(xué)生對(duì)實(shí)際產(chǎn)品有一個(gè)直觀感受。

（五）評(píng)價(jià)體系

目前大部分高校在倡導(dǎo)不以一次期末筆試成績(jī)確定學(xué)生學(xué)習(xí)效果的理念。提倡從平時(shí)學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握情況中完成考核。因此對(duì)于單片機(jī)課程的教學(xué)改革，也將采用注重平時(shí)成績(jī)的評(píng)價(jià)體系。由于本改革辦法將理論課堂時(shí)間進(jìn)行壓縮，擴(kuò)大了實(shí)驗(yàn)課堂的學(xué)時(shí)分配，因此更有助于完成平時(shí)成績(jī)的評(píng)價(jià)。具體實(shí)施方法分為三個(gè)部分（見圖2）：

1. 期末筆試考核。該項(xiàng)內(nèi)容綜合考察學(xué)生對(duì)于知識(shí)掌握的精確性。

2. 實(shí)驗(yàn)課堂平時(shí)表現(xiàn)成績(jī)。該項(xiàng)內(nèi)容對(duì)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中表現(xiàn)出的獨(dú)立完成能力、創(chuàng)造能力、組織協(xié)調(diào)能力以及學(xué)習(xí)態(tài)度進(jìn)行評(píng)價(jià)，全面考察學(xué)生對(duì)知識(shí)的接受度。

3. 撰寫實(shí)踐總結(jié)報(bào)告。能夠完成高質(zhì)量實(shí)驗(yàn)報(bào)告和實(shí)踐總結(jié)的撰寫是反映學(xué)生能力的一個(gè)重要方面。能夠書面形式系統(tǒng)、完整、清晰地表達(dá)自己的研究成果，是一名合格的工程技術(shù)人員應(yīng)該具備的素質(zhì)。

三、結(jié)束語(yǔ)

單片機(jī)課程是一門非常必要的專業(yè)基礎(chǔ)課，對(duì)學(xué)生的發(fā)展有著較為重要的作用。單片機(jī)課程的教學(xué)方法靈活多樣，在教學(xué)實(shí)踐過程中，不斷改進(jìn)教學(xué)方法，豐富教學(xué)手段，加強(qiáng)實(shí)踐能力的培養(yǎng)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高自身能力，可以為學(xué)生更好地適應(yīng)未來學(xué)習(xí)和工作打下扎實(shí)的基礎(chǔ)。

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