單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)課程實踐教學(xué)改革探討

馮澤虎

摘要：傳統(tǒng)單片機(jī)課程實踐教學(xué)主要采用課內(nèi)實驗的方式，授課模式基本是沿襲老一套的方式：實驗?zāi)康摹嶒炘?、實驗方法與步驟、實驗注意事項等等。因此學(xué)生在實驗過程中只需按實驗步驟操作，輸入實驗參考程序，運行仿真后驗證實驗結(jié)果。這種按部就班的教學(xué)模式只讓學(xué)生熟悉了單片機(jī)的開發(fā)流程，并沒有起到任何提高學(xué)生單片機(jī)實踐應(yīng)用能力的作用。在電子設(shè)計單片機(jī)項目培訓(xùn)中，學(xué)生以3人為一組，實驗以項目為單元，每個項目只有具體指標(biāo)參數(shù)和最終所要達(dá)到的效果要求，不提供任何的實驗步驟、實驗程序或硬件電路等相關(guān)信息。這促使學(xué)生必須針對項目要求，通過各種途徑自己找到解決問題的方法。這種項目任務(wù)布局極大的推動了單片機(jī)課程實踐教學(xué)從驗證性向設(shè)計性的轉(zhuǎn)變趨勢。

關(guān)鍵詞：單片機(jī)；實踐教學(xué)；轉(zhuǎn)變

目前的單片機(jī)實踐教學(xué)主要是利用單片機(jī)系統(tǒng)平臺、仿真器和系統(tǒng)開發(fā)軟件KeiluVision4進(jìn)行的一種模擬仿真實驗，可操作的空間很小，學(xué)生很難通過現(xiàn)有的平臺進(jìn)行單片機(jī)項目的設(shè)計與開發(fā)。因此，徹底摒棄現(xiàn)有的單片機(jī)系統(tǒng)平臺和仿真器，才能真正實現(xiàn)單片機(jī)課程實踐教學(xué)從驗證性向設(shè)計性的徹底轉(zhuǎn)變。主要體現(xiàn)在以下兩個方面：

1.自己搭建實驗平臺。在電子設(shè)計單片機(jī)項目培訓(xùn)中，沒有現(xiàn)成的單片機(jī)系統(tǒng)平臺。所有學(xué)生都要通過組內(nèi)討論和分工協(xié)作，運用各種分立元器件來完成從設(shè)計、制作到調(diào)試單片機(jī)系統(tǒng)平臺的全部過程。這個過程既培養(yǎng)了學(xué)生對理論知識的深入理解，又培養(yǎng)了他們的實踐動手能力。

2.自己制作仿真模塊。在傳統(tǒng)的單片機(jī)課程實踐教學(xué)中，與系統(tǒng)平臺配套的一般為專用仿真器，不僅集成度較高，而且價格不菲。在電子設(shè)計單片機(jī)項目培訓(xùn)中，我們采用由SST公司生產(chǎn)的仿真芯片SST89E516RD和PL2303通信模塊構(gòu)建的仿真系統(tǒng)。其中PL2303模塊從電路設(shè)計、PCB制板到元器件焊接的全部過程都由學(xué)生自行完成。這樣不僅讓學(xué)生實踐了單片機(jī)串口通信的功能，而且極大的降低了單片機(jī)實驗教學(xué)的成本。

一、實踐教學(xué)模式的改革

1.基于項目引領(lǐng)的實驗?zāi)Ｊ?/p>

我們許多課程的實驗課教學(xué)模式，基本上都出于傳統(tǒng)的公共基礎(chǔ)課實踐教學(xué)。其特點是對單一某個理論教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行實驗演示和驗證。由于思維的慣性，這種傳統(tǒng)自然也延續(xù)到單片機(jī)實驗課中，致使學(xué)生綜合性實驗?zāi)芰^弱，完成課程設(shè)計和實際應(yīng)用設(shè)計的難度較大。作為嵌入式基礎(chǔ)和初級應(yīng)用的單片機(jī)基礎(chǔ)課程，其最大特點是工程性。單片機(jī)本身是一個強(qiáng)大的系統(tǒng)集成工具，學(xué)生在專業(yè)知識基礎(chǔ)上用單片機(jī)及相關(guān)器件進(jìn)行綜合分析和設(shè)計，最終要制作出滿足用戶要求的產(chǎn)品。因此，單片機(jī)實驗課的主體思路是綜合性、工程性?；谶@一點，我們對實驗課在宏觀上調(diào)整為基于項目引領(lǐng)的實驗?zāi)Ｊ?。首先是將基礎(chǔ)性實驗以Proteus軟件仿真形式在理論課上實驗和演示；其次是配合理論課將整個學(xué)期的實驗課安排成一個應(yīng)用項目，將整個項目按照內(nèi)部資源、擴(kuò)展資源、前向通道、后向通道和人機(jī)通道等部分分解成各個模塊作為每次試驗課的內(nèi)容。學(xué)生在完成單次試驗的基礎(chǔ)上，從軟硬件的角度對項目整體架構(gòu)不斷地加深認(rèn)識和理解，最后完成一個項目的全過程實驗。在這個過程中，學(xué)生不斷地積累系統(tǒng)級分析設(shè)計的能力，不斷地積累著成就感。學(xué)生增強(qiáng)了對實驗課的興趣，大幅提高了單片機(jī)實驗課的效率和效果。

2.多種實驗手段的綜合運用

現(xiàn)在高校學(xué)生基本上都基于實驗箱做實驗。相對于傳統(tǒng)實驗手段（手工焊接或用面包板），實驗箱在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的軟件實驗方面具有優(yōu)越性，但在硬件實驗方面，則現(xiàn)出其明顯的弊端。學(xué)生按照實驗指導(dǎo)書的指示在實驗箱上連接各端子，學(xué)生大多不去了解這種連接后形成的電路；沒有從設(shè)計、元器件連接、調(diào)試到完成全過程的鍛煉；實驗箱資源有限；不能進(jìn)行多種硬件方案的試驗、硬件電路的優(yōu)化設(shè)計和創(chuàng)新。我們根據(jù)實驗不同分別采用不同的實驗手段。應(yīng)用面包板的實驗，側(cè)重于自己設(shè)計電路實驗方案、創(chuàng)新潛能的開發(fā)和硬件系統(tǒng)級調(diào)試技術(shù)的學(xué)習(xí)；手工焊接的實驗側(cè)重于實際動手技能和模塊及硬件調(diào)試方法的學(xué)習(xí)和鍛煉；應(yīng)用試驗箱的實驗則重點側(cè)重于復(fù)雜系統(tǒng)的編程和軟件調(diào)試。同時，這些實驗手段的綜合應(yīng)用，給學(xué)生創(chuàng)造了一個寬松的軟硬件實驗環(huán)境和發(fā)揮創(chuàng)造性的空間，增大了實驗課的吸引力，促進(jìn)了對理論教學(xué)的理解，達(dá)到了很好的效果。

3.發(fā)掘第二課堂的深度和廣度

單片機(jī)課外教學(xué)活動是可行和必要的。組織成立學(xué)生課外活動小組，為學(xué)生設(shè)計階段性任務(wù)。這些任務(wù)可以是承擔(dān)科研項目的分解部分，也可以是有意義和價值的小題目。學(xué)生的任務(wù)可以指標(biāo)化，小組實行優(yōu)勝劣汰。這對學(xué)生提高課程興趣、加深理解、拓展知識和帶動整體學(xué)習(xí)起到了重要作用。每年一次由教育部和信息產(chǎn)業(yè)部共同舉辦的大學(xué)生電子設(shè)計競賽，是一次極好的單片機(jī)實踐教學(xué)活動。要進(jìn)行規(guī)范整理，優(yōu)化模塊設(shè)計，使之成為標(biāo)準(zhǔn)件，進(jìn)而成為教學(xué)資源，進(jìn)而促進(jìn)教學(xué)教改工作進(jìn)展和良好學(xué)風(fēng)校風(fēng)的建設(shè)。

二、優(yōu)化考核制度

1.項目考核取代理論筆試

電子設(shè)計的單片機(jī)項目培訓(xùn)由6個子項目組成，在每個子項目開始前，指導(dǎo)老師都會布置該項目的具體內(nèi)容、完成時間以及項目要求。每個子項目完成后，指導(dǎo)老師都會以組為單位，對該項目進(jìn)行階段性驗收。驗收過程中，以實時問答的方式考核每組3位同學(xué)在查找資料、芯片選取、理論計算、模塊制作及系統(tǒng)調(diào)試等方面和專業(yè)素養(yǎng)和掌握程度。最終，以這6個子項目的考核等級綜合決定整個單片機(jī)項目的總成績。這種考核方式著重考查了學(xué)生在應(yīng)用中運用單片機(jī)理論知識來解決實際問題的能力，完全切合了單片機(jī)這類工科課程教學(xué)大綱的要求。

2.考核秉承兩個原則

首先，在考核過程中不以項目完成的時間長短來決定每個子項目的考核結(jié)果。在傳統(tǒng)的理論考試中，考生面對的考題是一樣的，考試的時間也是一樣的，即客觀環(huán)境是相對公平的，而項目實操具有很大的偶然性和不確定性。因為項目要求雖然相同，但不同的組會有不同的設(shè)計方案和線路布局，這就使得每組遇到的故障問題的類型及數(shù)量也都是不一樣的，如果我們還是按照統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)去衡量就會有失公平。因此，在電子設(shè)計單片機(jī)項目的考核中，指導(dǎo)老師還是著重考查學(xué)生解決問題的能力，不會以完成時間的長短作為主要衡量標(biāo)準(zhǔn)。其次，每個子項目都沒有唯一正確答案，只有最優(yōu)方案。針對同一項目要求，解決的方案卻會有很多種，條條大道通羅馬。在完全達(dá)到項目要求的前提下，指導(dǎo)老師會從軟件編碼長度、硬件接口分配、模塊電路布局及系統(tǒng)穩(wěn)定性等方面進(jìn)行綜合考核，評出性價比更優(yōu)的方案。并在每個培訓(xùn)項目完成之后，集中全體學(xué)生，由指導(dǎo)老師或班長主持，進(jìn)行該項目的階段性總結(jié)分析。這樣使得考核并不是項目的最終目的，而是通過合理的考核體系真正實現(xiàn)資源共享，知識爆炸。

結(jié)論：本文針對單片機(jī)課程的教學(xué)特點，結(jié)合電子設(shè)計競賽的培訓(xùn)模式，從教學(xué)方法、實驗類型、開發(fā)環(huán)境和考核制度等方面探討與總結(jié)了單片機(jī)課程教學(xué)改革的具體實施方法。淄博職業(yè)學(xué)院電子設(shè)計創(chuàng)新實訓(xùn)中心通過五年多的實踐證明，全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽給單片機(jī)課程的教學(xué)改革指出了一個方向。我們將以此為契機(jī)，積極主動地將以上探討與總結(jié)落到實處，并拓展到相關(guān)專業(yè)，這無疑對促進(jìn)我院課程體系和課程內(nèi)容的改革具有明顯的積極意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]單片機(jī)課程教學(xué)改革的探索 梅麗鳳 遼寧工業(yè)大學(xué)學(xué)報 2008

[2]單片機(jī)課程教學(xué)改革與探索 王琦 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校學(xué)報 2015endprint