單片機(jī)原理及應(yīng)用教學(xué)改革探討

沙愛(ài)軍 郭麗紅

摘要：?jiǎn)纹瑱C(jī)原理及應(yīng)用課程具有知識(shí)點(diǎn)較多，內(nèi)容抽象，實(shí)踐性強(qiáng)等特點(diǎn)，且課程的教學(xué)目標(biāo)更側(cè)重于培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計(jì)和調(diào)試單片機(jī)系統(tǒng)的應(yīng)用能力，為了讓學(xué)生更好地掌握本門課程，需要從調(diào)整單片機(jī)課程體系、激發(fā)學(xué)生興趣、改進(jìn)教學(xué)方式、加強(qiáng)實(shí)踐環(huán)節(jié)等角度，對(duì)單片機(jī)原理及應(yīng)用教學(xué)改革進(jìn)行探討和改進(jìn)，以提高教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)原理及應(yīng)用;教學(xué)改革;課程體系;教學(xué)方式;實(shí)踐教學(xué)

中圖分類號(hào)：G642? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? 文章編號(hào)：1009-3044（2018）31-0185-02

Discussion on Teaching Reform of Principle and Application of SCM

SHA Ai-jun， GUO Li-hong

（School of Communication Engineering， Nanjing Institute of Technology， Nanjing 211167， China）

Abstract： The course of principle and application of SCM has the characteristics of more knowledge points， abstract content and strong practicality， and the teaching goal of the course lays more emphasis on training students' ability to design and debug the application of SCM system. In order to let students better grasp this course， this paper discusses the teaching reform of principle and application of SCM from the angle of adjusting the course system of SCM， stimulating students' interest， improving the teaching method and strengthening the practice links， so as to improve the teaching effect.

Key words：principle and application of SCM; teaching reform; Curriculum system; teaching method ; practical teaching

隨著物聯(lián)網(wǎng)、機(jī)器人以及更多智能設(shè)備的發(fā)展，單片機(jī)必將得到更多的應(yīng)用。因此，工科電子、通信、信息、計(jì)算機(jī)、自動(dòng)化等專業(yè)都將“單片機(jī)原理及應(yīng)用”作為一門必修的課程，以便學(xué)生掌握單片機(jī)原理與系統(tǒng)設(shè)計(jì)，為后續(xù)的嵌入式課程學(xué)習(xí)以及未來(lái)的工作打下良好的基礎(chǔ)。

而單片機(jī)課程內(nèi)容相對(duì)抽象，知識(shí)點(diǎn)細(xì)碎，且單片機(jī)課程更注重實(shí)踐，既有電路設(shè)計(jì)，又有軟件編程，給學(xué)習(xí)帶來(lái)了難度。為了讓學(xué)生掌握某種單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)、引腳、資源等，并編程對(duì)其加以控制，使得學(xué)生最終具備設(shè)計(jì)、調(diào)試、開(kāi)發(fā)小型單片機(jī)系統(tǒng)的初步能力，需要調(diào)整課程體系，教學(xué)中采取多種方式，加強(qiáng)實(shí)踐，循序漸進(jìn)，提高學(xué)生的單片機(jī)應(yīng)用能力。

1 調(diào)整單片機(jī)課程體系

單片機(jī)理論課程一般包括如下內(nèi)容：1）單片機(jī)的概述、發(fā)展、特點(diǎn);2）單片機(jī)芯片的結(jié)構(gòu)原理;3）單片機(jī)的匯編指令和匯編語(yǔ)言編程;4）單片機(jī)的C51編程;5）單片機(jī)的芯片內(nèi)部資源;6）單片機(jī)系統(tǒng)的擴(kuò)展（存儲(chǔ)器、各類接口如鍵盤、顯示、A/D、D/A以及單總線、I2C總線、SPI總線等）。要在課堂上完全講完所有知識(shí)需要較多的學(xué)時(shí)。

本校為應(yīng)用型本科工科院校，對(duì)實(shí)踐教學(xué)非常重視。為了取得好的教學(xué)效果，我們適當(dāng)精簡(jiǎn)了理論學(xué)時(shí)（原先為64學(xué)時(shí)，對(duì)單片機(jī)系統(tǒng)的擴(kuò)展部分等進(jìn)行適當(dāng)精簡(jiǎn)），理論課主要講解必要的理論知識(shí)，而留出更多的時(shí)間讓學(xué)生來(lái)參與實(shí)踐環(huán)節(jié)。構(gòu)建了如下的課程體系：理論課+課內(nèi)實(shí)驗(yàn)+課程設(shè)計(jì)+實(shí)訓(xùn)（新增）。其中理論課有40學(xué)時(shí)，8學(xué)時(shí)課內(nèi)實(shí)驗(yàn)，此外還有1周的課程設(shè)計(jì)。在后面的學(xué)期中，針對(duì)此方面有興趣同學(xué)，選擇有關(guān)單片機(jī)方面的為期4周的實(shí)訓(xùn)。圖1為調(diào)整后的單片機(jī)課程體系。

2 關(guān)于采取多種方式來(lái)提高理論課教學(xué)效果

由于課時(shí)有限，理論課上主要通過(guò)相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的介紹，以及一些具體的實(shí)例，幫助學(xué)生建立一個(gè)完整的框架，熟悉系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)流程，幫助學(xué)生講清楚基本的知識(shí)點(diǎn)，掌握學(xué)習(xí)的方法，掃除相關(guān)的難點(diǎn)。在教學(xué)中，要達(dá)到好的教學(xué)效果，需要激發(fā)學(xué)生興趣，并綜合運(yùn)用多種教學(xué)手段和方法。

2.1 激發(fā)學(xué)生興趣，激活其無(wú)限潛能

興趣是很好的老師，做自己喜歡的事可以廢寢忘食，在教學(xué)中，第一節(jié)課中可以配合相關(guān)圖片以夸張的流水賬的形式來(lái)記錄“我的一天”。早晨，在鬧鐘聲醒來(lái)，手機(jī)連接健康手環(huán)查看了的睡眠質(zhì)量，用豆?jié){機(jī)磨了個(gè)豆?jié){，用微波爐熱了個(gè)包子，用電磁爐煎了個(gè)雞蛋，打開(kāi)收音機(jī)，打開(kāi)太陽(yáng)能（燃?xì)猓崴鏖_(kāi)始洗漱，用剃須刀整理面部，然后打開(kāi)洗衣機(jī)衣服，并開(kāi)始吃早飯，天氣有點(diǎn)冷，還開(kāi)了個(gè)空調(diào)……在學(xué)生的哈哈大笑中，學(xué)生體會(huì)到了單片機(jī)離我們?nèi)绱酥惶煨枰佑|這么多的單片機(jī)，興趣和動(dòng)力油然而生，此外，還可以把一些學(xué)生的科創(chuàng)作品帶到課堂，讓他們觀摩體會(huì)，讓學(xué)生覺(jué)得他也能行。

鼓勵(lì)學(xué)生多觀察身邊還有哪些不便利的地方，能否思考把這些小不便，變成一個(gè)個(gè)有實(shí)際意義的小創(chuàng)意、小發(fā)明，來(lái)激發(fā)學(xué)生興趣，形成動(dòng)力，激活潛能。

2.2 綜合運(yùn)用多種教學(xué)手段和方法

在教學(xué)中，要采用案例法、啟發(fā)式教學(xué)等教學(xué)方法，并采用多媒體和板書相結(jié)合。由于學(xué)習(xí)時(shí)間有限，更要精心選擇好有代表性的小項(xiàng)目作為案例，通過(guò)一些有聯(lián)系但又有不同的案例貫穿始終，通過(guò)提問(wèn)的方式，啟發(fā)學(xué)生體會(huì)其中的同與不同。如：在學(xué)習(xí)單片機(jī)基本機(jī)構(gòu)后，如何設(shè)計(jì)一個(gè)最小系統(tǒng);在學(xué)完并行口后，如何在最小系統(tǒng)的基礎(chǔ)上利用并行口來(lái)實(shí)現(xiàn)二極管流水燈，如何用軟件延時(shí)的方式控制流水燈的閃爍時(shí)間;在學(xué)完定時(shí)器后，又啟發(fā)學(xué)生思考如何用定時(shí)器的方式來(lái)控制閃爍時(shí)間，在此基礎(chǔ)上，可以加進(jìn)數(shù)碼管，要求學(xué)生思考它們和發(fā)光二極管在連線和編程上有何區(qū)別;還可以加入鍵盤以及串口等，來(lái)控制顯示的內(nèi)容和顯示方式的控制和切換。通過(guò)這種形式，每次的案例跟前一次相比，有點(diǎn)類似，卻又不盡相同，每一次要求都在前一次基礎(chǔ)上有所提高，系統(tǒng)綜合性越來(lái)越高，學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握和能力得到逐步提高，克服了畏難情緒，獲得了成就感。

3 加強(qiáng)實(shí)踐，循序漸進(jìn)，提高學(xué)生的單片機(jī)應(yīng)用能力

如前所述，本專業(yè)實(shí)踐環(huán)節(jié)主要為：課內(nèi)實(shí)驗(yàn)+課程設(shè)計(jì)+實(shí)訓(xùn)。

課內(nèi)實(shí)驗(yàn)部分，包含8個(gè)學(xué)時(shí)的實(shí)驗(yàn)，包括并口、定時(shí)器、串口、鍵盤和數(shù)碼管等內(nèi)容。可讓學(xué)生嘗試?yán)肞roteus來(lái)仿真，然后在實(shí)驗(yàn)箱上連接電路，編寫、編譯、下載、調(diào)試相關(guān)程序，鞏固課堂的學(xué)習(xí)。每個(gè)課內(nèi)實(shí)驗(yàn)可以循序漸進(jìn)的提出要求，要求學(xué)生完成驗(yàn)證、設(shè)計(jì)、綜合性實(shí)驗(yàn)。

課程設(shè)計(jì)部分，包含一周的時(shí)間，則提出了一個(gè)較高的要求。我們會(huì)布置一些基于單片機(jī)的題目（學(xué)生也可以自己選擇題目，但要得到指導(dǎo)教師批準(zhǔn)），這些題目會(huì)用到課堂上沒(méi)講過(guò)的一些芯片或模塊，如溫度計(jì)設(shè)計(jì)會(huì)用到單總線（1-Wire）的DS18B20，數(shù)字電壓計(jì)設(shè)計(jì)會(huì)用到串行A/DTLC1549芯片，實(shí)時(shí)時(shí)鐘設(shè)計(jì)會(huì)用I2C 總線時(shí)序控制PCF8563芯片，電子琴的彈奏和存儲(chǔ)會(huì)用到I2C 總線時(shí)序控制24C16 E2PROM存儲(chǔ)器等等，這些內(nèi)容，由于課堂學(xué)時(shí)有限，沒(méi)有學(xué)習(xí)，我們要求學(xué)生選擇相關(guān)的一個(gè)題目作為自己的題目，花點(diǎn)時(shí)間，先進(jìn)行這些模塊的單獨(dú)學(xué)習(xí)和實(shí)現(xiàn)，在弄清楚這些模塊的基礎(chǔ)上再設(shè)計(jì)整個(gè)系統(tǒng)，然后，再利用Proteus仿真和實(shí)驗(yàn)箱來(lái)實(shí)現(xiàn)（由于時(shí)間有限，此部分還是在實(shí)驗(yàn)箱上來(lái)運(yùn)行）。通過(guò)這個(gè)過(guò)程，一方面彌補(bǔ)理論學(xué)時(shí)有限帶來(lái)的缺憾，另一方面，也培養(yǎng)了學(xué)生的自主查閱知識(shí)、自主學(xué)習(xí)的能力。此外，對(duì)于每個(gè)題目，我們還設(shè)置了基本要求和擴(kuò)展要求，鼓勵(lì)同學(xué)去創(chuàng)新。

實(shí)訓(xùn)部分，則給出4周左右的時(shí)間，本院在大四上學(xué)期開(kāi)設(shè)相關(guān)的實(shí)訓(xùn)課程，會(huì)給出若干個(gè)涉及不同種類和方向的題目，學(xué)生可根據(jù)自己的興趣和未來(lái)打算從事專業(yè)的方向來(lái)選擇自己的實(shí)訓(xùn)題目。而單片機(jī)方面又分51和STM32等方向，由學(xué)生根據(jù)自己的情況選擇。實(shí)訓(xùn)過(guò)程中，讓3-4個(gè)學(xué)生組成一個(gè)團(tuán)隊(duì)（每組設(shè)置一個(gè)組長(zhǎng)），來(lái)分工合作完成一個(gè)帶上位機(jī)的小型的產(chǎn)品，從需求的描述，任務(wù)書的制定、方案的設(shè)計(jì)（可進(jìn)行Proteus的仿真）、到原理圖和PCB圖的繪制、元器件的焊接以及程序的編寫，調(diào)試，最后得到一個(gè)較為完整的系統(tǒng)。在此過(guò)程中，學(xué)生得到了一個(gè)較全面的單片機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、調(diào)試等方面的訓(xùn)練，而且，將其他課程所學(xué)的上位機(jī)設(shè)計(jì)和單片機(jī)設(shè)計(jì)整合起來(lái)，豐富了系統(tǒng)。此外，學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作、溝通等能力也得到了培養(yǎng)和提升，而這些都是工程教育中所看重的。

此外，還可開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室以及結(jié)合大學(xué)生科技創(chuàng)新、電子競(jìng)賽等來(lái)進(jìn)一步利用課外時(shí)間來(lái)實(shí)踐。

在實(shí)踐環(huán)節(jié)，要糾正一些學(xué)生不夠踏實(shí)，濫竽充數(shù)的現(xiàn)象，更注重考核學(xué)生的動(dòng)手能力。一些學(xué)生往往只滿足于跟著別的同學(xué)設(shè)計(jì)、連線，而對(duì)背后的電路原理和程序等不去深究，在驗(yàn)收環(huán)節(jié)，除了傳統(tǒng)的提問(wèn)外，還可以故意在硬件和軟件上設(shè)置一些問(wèn)題，讓學(xué)生現(xiàn)場(chǎng)來(lái)排查，督促他們認(rèn)真投入時(shí)間和精力，認(rèn)真對(duì)待實(shí)踐環(huán)節(jié)。

4結(jié)論

單片機(jī)原理及應(yīng)用是一門綜合性、實(shí)踐性很高的課程，需要理論和實(shí)踐相結(jié)合、硬件和軟件相結(jié)合，課內(nèi)和課外相結(jié)合、Proteus仿真和真實(shí)電路板相結(jié)合，需要綜合運(yùn)用各種教學(xué)方法和考核手段，激發(fā)學(xué)生興趣和潛能，并鼓勵(lì)學(xué)生動(dòng)手操作，參加科創(chuàng)和競(jìng)賽，以便提高教學(xué)效果。

參考文獻(xiàn)：

[1] 劉利方，羅亞輝，李旭.單片機(jī)原理與應(yīng)用課程教學(xué)改革與實(shí)踐[J].科教導(dǎo)刊（上旬刊），2018（2）：97-98.

[2] 張典，莊克玉，張奇志.工程教育專業(yè)認(rèn)證背景下“單片機(jī)原理及應(yīng)用”課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革研究[J].科技視界，2018（3）：43-44.

[3] 李瀟雯.基于虛擬仿真技術(shù)的《單片機(jī)原理與應(yīng)用》課程教學(xué)改革[J].南方農(nóng)機(jī)，2017，48（24）：33-34.

[4] 張典，莊克玉，張奇志. 工程教育專業(yè)認(rèn)證背景下“單片機(jī)原理及應(yīng)用”課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革研究[J]. 科技視界，2018（3）：43-44.

[5] 金國(guó)華，沈小艷，滕君華，等. 單片機(jī)課程設(shè)計(jì)中實(shí)踐創(chuàng)新能力的分層培養(yǎng)[J]. 實(shí)驗(yàn)室科學(xué)，2016，19（6）：142-145.

[6] 張英平，王立忠，王春武，等. Proteus仿真軟件在單片機(jī)課程教學(xué)改革中的應(yīng)用[J]. 廊坊師范學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2016，16（2）：120-122.

[7] 吳允平. 單片機(jī)教學(xué)改革與學(xué)生工程素質(zhì)和創(chuàng)新意識(shí)的培養(yǎng)[J]. 福建師范大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2004（01）：111-113.

[8] 謝輝，陳強(qiáng)，陳立萬(wàn)，等. 單片機(jī)實(shí)訓(xùn)課程改革與工程應(yīng)用型人才培養(yǎng)[J]. 職業(yè)教育研究，2015（2）：60-63.