單片機(jī)課程在應(yīng)用型本科工程化教學(xué)中的改革初探

蚌埠學(xué)院電子與電氣工程學(xué)院 劉 旭

1 目前課程教學(xué)中的現(xiàn)狀

目前我校開設(shè)單片機(jī)課程的專業(yè)較多，有電子類、電氣類專業(yè)，還有機(jī)械類的專業(yè)。學(xué)生的層次也多種多樣，有專升本、對(duì)口高考和普高的學(xué)生，學(xué)生起點(diǎn)不盡相同，給教學(xué)帶來了很大的難度。單片機(jī)課程理論講授中，基本采用89C51單片機(jī)作為對(duì)象，有的使用匯編，有的使用C51進(jìn)行編程。實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，一般采用實(shí)驗(yàn)箱或開發(fā)板，給定實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和程序?qū)Ω鱾€(gè)模塊進(jìn)行驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，觀察現(xiàn)象。

（1）理論教學(xué)內(nèi)容枯燥，缺乏工程化思想。

由于單片機(jī)課程的知識(shí)面廣、綜合性強(qiáng)，教學(xué)通常以單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和原理為主線，其次介紹指令系統(tǒng)和軟件編程，在介紹單片機(jī)的I/O電路?；A(chǔ)理論知識(shí)較多，感覺抽象枯燥，學(xué)生很難自己實(shí)現(xiàn)一個(gè)完整項(xiàng)目，課堂教學(xué)效果不是很好。比如很多學(xué)生在學(xué)習(xí)C51編程一章時(shí)看到大段的程序，就望而生畏，沒有了學(xué)習(xí)的興趣，自然沒有好的學(xué)習(xí)效果。這樣也就引起了大家的思考，怎么能讓學(xué)生在學(xué)習(xí)單片機(jī)的過程中產(chǎn)生興趣，自己愿意去學(xué)習(xí)而樂在其中呢？我認(rèn)為可以引入一些小的同學(xué)們感興趣的項(xiàng)目，比如說智能手環(huán)、移動(dòng)機(jī)器人等來引導(dǎo)學(xué)生入門，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，也有些老師在日常的教學(xué)中這樣做了，也起到了一些成效，但是不足以滿足應(yīng)用型本科對(duì)工程化教學(xué)的要求。

（2）學(xué)生起點(diǎn)不同，但教學(xué)方法單一，沒有針對(duì)性。

我校因歷史原因，招生層次多種多樣，學(xué)生的綜合素質(zhì)不盡相同，對(duì)專業(yè)知識(shí)的理解和接受能力也不一樣。但教師在教學(xué)過程中方法較為單一，無視學(xué)生間的單體差異，再加上現(xiàn)今學(xué)生的求知欲和主動(dòng)學(xué)習(xí)的意識(shí)較差，使得學(xué)生對(duì)課程喪失了學(xué)習(xí)興趣，當(dāng)然課題教學(xué)效果也不會(huì)好。

（3）實(shí)驗(yàn)教學(xué)以驗(yàn)證為主，缺乏創(chuàng)新型、自主性。

實(shí)驗(yàn)教學(xué)針對(duì)不同專業(yè)，有采用實(shí)驗(yàn)箱、有的采用開發(fā)板，學(xué)生根據(jù)配備的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書，按照給定的電路和示范程序，下載到單片機(jī)，觀察實(shí)驗(yàn)結(jié)果。這種簡單的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)很難引起學(xué)生的好奇心和學(xué)習(xí)興趣，也不能鍛煉學(xué)生的開發(fā)設(shè)計(jì)能力。另外，隨著時(shí)間的流逝，實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)設(shè)備損耗較大，計(jì)算機(jī)、實(shí)驗(yàn)箱、開發(fā)板都有不同程度的損耗，即使班級(jí)分組進(jìn)行試驗(yàn)也很難做到一人一機(jī)，并且實(shí)驗(yàn)室不開放，學(xué)生課外很難有機(jī)會(huì)進(jìn)行實(shí)踐。學(xué)生的創(chuàng)新性、自主性得不到很好的培養(yǎng)。

2 工程化在教學(xué)中實(shí)施及相關(guān)成果

應(yīng)用型本科的單品機(jī)教學(xué)應(yīng)該采用“以職業(yè)為導(dǎo)向，以能力為核心，以學(xué)生為主體”的CDIO（構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)施、運(yùn)行）教學(xué)理念，通過一個(gè)個(gè)小的項(xiàng)目和模塊化的教學(xué)設(shè)過程來進(jìn)行理論和實(shí)驗(yàn)教學(xué)。教研室的多位老師通過幾年的時(shí)間嘗試采用“仿真平臺(tái)+開發(fā)板+課程設(shè)計(jì)+競賽”的教學(xué)模式，來優(yōu)化我們的單片機(jī)課程的教學(xué)，收到了不少的效果，學(xué)生們的學(xué)習(xí)熱情和對(duì)單片機(jī)的興趣都有不少的提高，學(xué)習(xí)成效也比較明顯。

（1）基于Proteus和Keil 的仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)構(gòu)建。

如何將工程化引入到平常的課堂教學(xué)和試驗(yàn)教學(xué)中呢？“項(xiàng)目教學(xué)法”是一個(gè)很好的辦法，但是有的項(xiàng)目如何在有限的學(xué)時(shí)內(nèi)想通過電路設(shè)計(jì)、焊接、調(diào)試又很難做到，那么構(gòu)建一個(gè)仿真平臺(tái)也就很有必要了?；赑roteus和Keil 的仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)構(gòu)建可以將實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)與課堂教學(xué)有機(jī)的結(jié)合起來。

開發(fā)虛擬仿真平臺(tái)的構(gòu)建也不需額外增加硬件設(shè)備，同時(shí)也減少設(shè)備維護(hù)開支，讓每個(gè)學(xué)生不僅在課內(nèi)在課外也可以培養(yǎng)開發(fā)設(shè)計(jì)的能力。仿真調(diào)試過程中不僅可以看到實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，也可以對(duì)單片機(jī)內(nèi)部資源隨程序運(yùn)行時(shí)的變化有直觀的認(rèn)識(shí)，使得軟硬件能有機(jī)的結(jié)合起來，真正實(shí)現(xiàn)了軟硬件協(xié)同仿真，比傳統(tǒng)的教學(xué)方式有明顯的改善。

（2）基于項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的單片機(jī)案例開發(fā)及項(xiàng)目化教材建設(shè)。

針對(duì)單片機(jī)課程特點(diǎn)進(jìn)行分析后，歸納總結(jié)出其所需要的信號(hào)燈閃爍系統(tǒng)設(shè)計(jì)，流水等模擬系統(tǒng)設(shè)計(jì)等能力而設(shè)置的工程任務(wù)，每個(gè)工程分成幾個(gè)學(xué)習(xí)任務(wù)，學(xué)習(xí)任務(wù)完全按照基于工作過程的教學(xué)模式展開教學(xué)，有助于提高學(xué)生的動(dòng)手能力、自學(xué)能力、創(chuàng)新能力以及崗位能力等各項(xiàng)素質(zhì)。通過項(xiàng)目化教學(xué)的開展，學(xué)生能很快的融入到單片機(jī)設(shè)計(jì)研發(fā)過程當(dāng)中，對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的學(xué)習(xí)也更加容易和快速，并將所學(xué)知識(shí)構(gòu)成了一個(gè)完整的系統(tǒng)。

結(jié)合一些項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的單片機(jī)案例，比如說交通燈、數(shù)字溫度計(jì)等來編寫項(xiàng)目化特色教材《單片機(jī)原理及應(yīng)用》，對(duì)教材的內(nèi)容編排進(jìn)行全新的嘗試，課程內(nèi)容先由工程項(xiàng)目導(dǎo)入，然后展開理論學(xué)習(xí)，方便學(xué)生透徹地理解理論知識(shí)在工程中的運(yùn)用。在教材中增加開發(fā)板的制作，使用配套的開發(fā)板來激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，也避免了實(shí)驗(yàn)設(shè)備重復(fù)使用造成損壞對(duì)教學(xué)效果的影響，讓每一個(gè)同學(xué)都有自己的開發(fā)板。

（3）開發(fā)制作發(fā)配套單片機(jī)實(shí)驗(yàn)板，用作實(shí)驗(yàn)教學(xué)、課程設(shè)計(jì)和大學(xué)生單片機(jī)競賽。

將項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)法引入單片機(jī)教學(xué)，同時(shí)結(jié)合教師的科研項(xiàng)目、大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目以及大學(xué)生單片機(jī)競賽，把所要講授的理論基礎(chǔ)知識(shí)和實(shí)驗(yàn)實(shí)踐技能分解到一個(gè)個(gè)小的任務(wù)中，讓學(xué)生在項(xiàng)目中學(xué)習(xí)成長。通過大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目的開展和學(xué)生參加教師科研項(xiàng)目引導(dǎo)學(xué)生掌握提出問題、分析問題和解決問題的方法，最終讓學(xué)生通過自己的努力和教師的指導(dǎo)，參加大學(xué)生單片機(jī)競賽來考驗(yàn)自己對(duì)知識(shí)的掌握。

3 結(jié)論

以工程設(shè)計(jì)為主線，將設(shè)計(jì)教育貫穿于整個(gè)單片機(jī)課程教學(xué)。在單片機(jī)課程開始就引入開發(fā)板的設(shè)計(jì)理念，通過開設(shè)不同的項(xiàng)目和模塊進(jìn)行理論課程和實(shí)踐課程的講授，在課程中完成每個(gè)小項(xiàng)目、小模塊，最終完成整個(gè)開發(fā)板的設(shè)計(jì)、焊接及調(diào)試，培養(yǎng)學(xué)生的系統(tǒng)設(shè)計(jì)的能力。大學(xué)生競賽時(shí)學(xué)生可以利用完成的開發(fā)板加上一些擴(kuò)展模塊，例如WT588語音模塊、紅外模塊等，自主完成電路設(shè)計(jì)、PCB電路板制作，Proteus仿真調(diào)試，實(shí)物制作等，有效提高學(xué)生的工程實(shí)踐能力。

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