單片機(jī)原理及應(yīng)用課程教學(xué)改革
——以湖南人文科技學(xué)院為例

謝四蓮，方智文

(湖南人文科技學(xué)院 信息學(xué)院，湖南 婁底 417000)

單片機(jī)原理及應(yīng)用是湖南人文科技學(xué)院電子信息工程、電子信息科學(xué)與技術(shù)、通信工程、物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的一門專業(yè)必修課，是在學(xué)生學(xué)完電子技術(shù)類基礎(chǔ)課程和計(jì)算機(jī)應(yīng)用類基礎(chǔ)課程之后，為加強(qiáng)對(duì)學(xué)生技術(shù)應(yīng)用能力的培養(yǎng)而開設(shè)的體現(xiàn)電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)綜合應(yīng)用的一門課程[1]。本課程的目的和任務(wù)是使學(xué)生獲得單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本理論、基本知識(shí)與基本技能，掌握單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)各主要環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)、調(diào)試方法，并了解單片機(jī)在測(cè)量、控制等電子技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域的應(yīng)用。初步具備應(yīng)用單片機(jī)進(jìn)行設(shè)備技術(shù)改造、產(chǎn)品開發(fā)及維護(hù)的能力，為走向工作崗位后從事單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)的研究及開發(fā)打下良好的基礎(chǔ)[2]。

一、突出應(yīng)用、創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的課程教學(xué)方法與教學(xué)內(nèi)容改革

(一)傳統(tǒng)教學(xué)方法的局限性

幾十年來我國(guó)高等院校在教學(xué)內(nèi)容上多以單純驗(yàn)證與理論相關(guān)內(nèi)容為主，在教學(xué)過程中過分強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)課作為理論課的驗(yàn)證手段，實(shí)驗(yàn)教學(xué)作為深入理解理論課所學(xué)知識(shí)的輔助方法，忽視對(duì)學(xué)生能力的培養(yǎng)，缺乏學(xué)生的主動(dòng)參與及師生的雙向交流和對(duì)學(xué)生實(shí)踐能力的客觀考察[3]。特別是二十世紀(jì)八九十年代我國(guó)高校開始大量擴(kuò)招，有不少原本是師范性或是?？菩缘母咝檫m應(yīng)新形勢(shì)也開始招收一些新專業(yè)、或是向綜合性大學(xué)發(fā)展，這部分高校由于缺乏經(jīng)驗(yàn)或是教師本身觀念上轉(zhuǎn)變具有一定的難度。這些院校在實(shí)驗(yàn)教學(xué)上存在著很多問題。比如實(shí)驗(yàn)條件差，實(shí)驗(yàn)教學(xué)總體目標(biāo)和基本思路不清晰，實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容、方法和手段跟不上時(shí)代，實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理制度不完備，實(shí)驗(yàn)成績(jī)?cè)u(píng)定體系不完善等[4]。以往的單片機(jī)原理及應(yīng)用課程中，實(shí)驗(yàn)課時(shí)少，只有12課時(shí)，占課程總時(shí)的22.2%。實(shí)驗(yàn)用匯編語(yǔ)言，主要實(shí)驗(yàn)內(nèi)容多為利用仿真器熟悉、單個(gè)指令的驗(yàn)證以及對(duì)部分外設(shè)的簡(jiǎn)單編程驗(yàn)證。高校開設(shè)的單片機(jī)原理及應(yīng)用這門課程，大部分的教材都是采用匯編語(yǔ)言來編寫，存在學(xué)生必須熟記復(fù)雜的指令，難于掌握課程的內(nèi)容，設(shè)計(jì)能力難以提高的問題。

(二)突出應(yīng)用、創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的教學(xué)內(nèi)容改革

1．精心組織教學(xué)內(nèi)容

單片機(jī)原理及應(yīng)用教學(xué)團(tuán)隊(duì)通過多年對(duì)本課程的教學(xué)內(nèi)容研究，總結(jié)出該課程的重點(diǎn)內(nèi)容，并對(duì)其內(nèi)容進(jìn)行了大的改革，打破了以往“老師一講到底，學(xué)生最后做幾個(gè)實(shí)驗(yàn)，最終什么都沒有學(xué)會(huì)”的現(xiàn)象。教學(xué)團(tuán)隊(duì)于2016年8月出版了《單片機(jī)原理及應(yīng)用項(xiàng)目化教程》，在教學(xué)內(nèi)容上我們選取了涵蓋51系列單片機(jī)的重要知識(shí)點(diǎn)，并以典型的11個(gè)項(xiàng)目的形式分別介紹了51單片機(jī)的基礎(chǔ)知識(shí)、常用軟件Keil C與Proteus的使用、單片機(jī)的輸入/輸出功能、數(shù)碼管基礎(chǔ)與矩陣鍵盤掃描、定時(shí)器與數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示、外部中斷與串行通信、LCD1602顯示原理及實(shí)現(xiàn)、I2C總線與EEPROM、DS18B20與蜂鳴器、A/D與D/A轉(zhuǎn)換、實(shí)時(shí)時(shí)鐘DS1302。

2．由淺入深、由易到難的任務(wù)安排

在各個(gè)項(xiàng)目的教學(xué)內(nèi)容編排上，我們將單片機(jī)的基本理論與任務(wù)有機(jī)結(jié)合，每個(gè)知識(shí)點(diǎn)后都用一個(gè)具體的任務(wù)來強(qiáng)化，采用了由淺入深，由易到難，課后強(qiáng)化的方式。如在單片機(jī)的輸入輸出功能的教學(xué)內(nèi)容安排上，我們將其分成了輸出與輸入功能兩個(gè)部分，每部分都安排了任務(wù)，具體見圖1所示。

圖1 單片機(jī)的輸入/輸出功能教學(xué)內(nèi)容安排

3．突出應(yīng)用、創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的教學(xué)方法改革

(1)采用層次遞進(jìn)的任務(wù)教學(xué)法

該課程采用任務(wù)教學(xué)法[5]，使學(xué)生在“做中學(xué)，學(xué)中做”。在上課時(shí)要求學(xué)生自帶開發(fā)板和電腦到教室上課，使學(xué)生能夠“看得見，摸得著”。首先從基本的控制入手，如做“LED流水燈”，教師先提出任務(wù)，要求學(xué)生去自學(xué)相關(guān)的知識(shí)，在分析任務(wù)要求的基礎(chǔ)上，搜索查找資料提出開發(fā)項(xiàng)目產(chǎn)品的初步方案以培養(yǎng)鍛煉學(xué)生的專業(yè)能力和應(yīng)用能力。然后由教師在課堂上依次講解“LED”點(diǎn)亮的原理，然后編程演示如何點(diǎn)亮一個(gè)LED燈，接著進(jìn)一步啟發(fā)學(xué)生如何點(diǎn)亮8個(gè)LED燈，并演示給學(xué)生看，具備了上述基礎(chǔ)后，要求學(xué)生在課堂上獨(dú)立完成“LED流水燈”，通過一個(gè)簡(jiǎn)單項(xiàng)目的制作，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣將大大提高，最后加強(qiáng)學(xué)生的課后練習(xí)，布置學(xué)生完成花樣流水燈的任務(wù)，如此經(jīng)過一步步的任務(wù)推進(jìn)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生的應(yīng)用能力。

(2)將實(shí)踐環(huán)節(jié)與課堂有機(jī)結(jié)合

單片機(jī)原理及應(yīng)用的理論課時(shí)與實(shí)驗(yàn)課時(shí)分別為32課時(shí)，我們將實(shí)驗(yàn)課程進(jìn)行了改革，不再單獨(dú)開設(shè)實(shí)驗(yàn)課程，每次課中都要求學(xué)生進(jìn)行實(shí)際項(xiàng)目編程與操作，打破了以往理論與實(shí)驗(yàn)脫鉤的現(xiàn)象，使學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰χ鸩教嵘?。我們還將課程設(shè)計(jì)與期末的技能測(cè)評(píng)有機(jī)結(jié)合起來。課程設(shè)計(jì)是學(xué)生學(xué)完本課程后綜合設(shè)計(jì)能力與創(chuàng)新能力的體現(xiàn)。在開學(xué)初任課教師將課程設(shè)計(jì)的題目下發(fā)到各班級(jí)，由學(xué)生自由分組與選擇，可以使學(xué)生在課程學(xué)習(xí)中有目的、有針對(duì)性地學(xué)習(xí)。

4．突出應(yīng)用、創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的考核方式改革

單片機(jī)原理及應(yīng)用課程的考核打破以往用試卷考核的方式，采取了項(xiàng)目加綜合設(shè)計(jì)形式，以有利于考核學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解和綜合應(yīng)用能力、實(shí)踐和創(chuàng)新能力。具體考核方法是平時(shí)出勤、平時(shí)項(xiàng)目操作以及期終技能測(cè)評(píng)成績(jī)相結(jié)合。具體比例為：上課出勤占20%，平時(shí)項(xiàng)目操作占30%，期末技能測(cè)評(píng)成績(jī)占50%。每個(gè)環(huán)節(jié)都制定了具體的評(píng)分細(xì)節(jié)，如表1所示。

表1 考核評(píng)分細(xì)節(jié)表

二、課程改革實(shí)施的效果

通過單片機(jī)原理和應(yīng)用課程的改革，湖南人文科技學(xué)院學(xué)生的嵌入式開發(fā)能力和創(chuàng)新能力大大提高，電子類的學(xué)生近年來在全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)大賽中，共獲得國(guó)家一等獎(jiǎng)2項(xiàng)、國(guó)家二等獎(jiǎng)1項(xiàng)；省一等獎(jiǎng)5項(xiàng)，省二、三等獎(jiǎng)共20余項(xiàng)的好成績(jī)；共獲湖南省大學(xué)生研究性學(xué)習(xí)和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)計(jì)劃項(xiàng)目10余項(xiàng)。很多學(xué)生在畢業(yè)時(shí)拿到了電工技術(shù)等級(jí)證和上崗操作證、家電維修證、Protel等級(jí)證書、EDA證等相關(guān)的授權(quán)證書，就業(yè)率和就業(yè)層次明顯高于其他同學(xué)。

[1]秦仙蓉，張氫，管彤賢，等.面向卓越工程師"培育的現(xiàn)代機(jī)械工程師基礎(chǔ)"課程建設(shè)[J].中國(guó)高等工程教育研究，2014(3):153-157

[2]艾學(xué)忠，王立國(guó)，孫明格.圍繞"三三式”現(xiàn)代工程師培養(yǎng)模式建設(shè)單片機(jī)課程[J].吉林化工學(xué)院學(xué)報(bào)，2014(6): 30-32.

[3]潘懋元，周群英.從高校分類的視角看應(yīng)用型本科課程建設(shè)[J].中國(guó)大學(xué)教學(xué)，2009(3):4-7．

[4]劉獻(xiàn)忠.大學(xué)課程建設(shè)的發(fā)展趨勢(shì)[J].高等教育研究，2014( 2) :62-69．

[5]謝四蓮,成運(yùn).任務(wù)教學(xué)法在《單片機(jī)原理及應(yīng)用》教學(xué)中的應(yīng)用[J].電腦知識(shí)與技術(shù)．2008, 4(3)：125-127.