基于“卓越計(jì)劃”的單片機(jī)技術(shù)課程教學(xué)研究

武文紅 莊旭菲 李文靜 董志學(xué)

摘 要：?jiǎn)纹瑱C(jī)技術(shù)課程是計(jì)算機(jī)技術(shù)中重要的開(kāi)發(fā)技術(shù)。本文響應(yīng)“卓越計(jì)劃”宗旨，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式、實(shí)踐環(huán)節(jié)等方面開(kāi)展課程改革，為培養(yǎng)卓越工程師奠定基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：“卓越計(jì)劃”；單片機(jī)技術(shù)；課程教學(xué)

“卓越計(jì)劃”旨在培養(yǎng)一批具有較強(qiáng)工程應(yīng)用能力、創(chuàng)新能力和適應(yīng)能力的工程應(yīng)用人才。單片機(jī)技術(shù)課程是工科電類(lèi)專(zhuān)業(yè)一門(mén)重要的專(zhuān)業(yè)課，是與工程技術(shù)應(yīng)用結(jié)合緊密的綜合應(yīng)用課程。當(dāng)前單片機(jī)技術(shù)教學(xué)中存在一些突出問(wèn)題。首先，教學(xué)內(nèi)容與工程應(yīng)用結(jié)合少。課程仍以8051微控制器為主進(jìn)行講授，雖然8051結(jié)構(gòu)原理典型，但在實(shí)際工程中應(yīng)用較少。在實(shí)際中得到廣泛應(yīng)用的新型微控制器，如ARM、PIC、AVR等系列單片機(jī)，在課程中未做講授。其次，教學(xué)方式陳舊，學(xué)生缺乏創(chuàng)新意識(shí)和主觀(guān)能動(dòng)性?，F(xiàn)階段課程以理論講授為主，實(shí)踐教學(xué)為輔。在教學(xué)中，以教師為主的理論講解占據(jù)課堂的絕大多數(shù)時(shí)間，造成理論與實(shí)踐缺乏聯(lián)系的困境。最后，實(shí)踐環(huán)節(jié)中的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目仍以基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)為主，如控制燈亮滅、控制蜂鳴器響等。因此，隨著“卓越計(jì)劃”的實(shí)施，面向卓越工程師培養(yǎng)的課程教學(xué)改革勢(shì)在必行。

一、教學(xué)內(nèi)容改革

教學(xué)以社會(huì)需求為導(dǎo)向，以實(shí)際工程為背景，以工程技術(shù)為主線(xiàn)，內(nèi)容以ARM系列微控制器為主，以8051為輔。ARM處理器結(jié)構(gòu)較8051復(fù)雜，所以從8051到ARM是一個(gè)大的跨度。對(duì)于沒(méi)有單片機(jī)基礎(chǔ)的學(xué)生，直接講ARM，造成其無(wú)法很好地理解單片機(jī)的概念。所以，教學(xué)內(nèi)容既要保留8051的內(nèi)容，保證學(xué)生掌握單片機(jī)技術(shù)的精髓；還要增加ARM微控制器的講解，保證學(xué)生能夠了解當(dāng)前單片機(jī)技術(shù)潮流。教學(xué)內(nèi)容增加兩者的比較，旨在培養(yǎng)學(xué)生掌握企業(yè)級(jí)項(xiàng)目分析能力，能夠根據(jù)具體的工程項(xiàng)目選擇合適的型號(hào)。同時(shí)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，能力更強(qiáng)、內(nèi)部資源更豐富的芯片不斷推出，如何根據(jù)具體工程項(xiàng)目選型也是實(shí)際應(yīng)用中基本且關(guān)鍵的一步。

在之前的教學(xué)中，一般按照先講硬件結(jié)構(gòu)、再講指令系統(tǒng)、最后講應(yīng)用的順序，教學(xué)內(nèi)容中沒(méi)有要求學(xué)生完成具體的任務(wù)。目前則是以任務(wù)為教學(xué)單元，打破原有界限，將各部分知識(shí)分解成一個(gè)個(gè)知識(shí)點(diǎn)，為了完成一個(gè)任務(wù)抽取每個(gè)部分的不同知識(shí)點(diǎn)加以組合。通過(guò)這種方式，使學(xué)生具有關(guān)聯(lián)知識(shí)、整合知識(shí)的能力。

二、教學(xué)方式改革

慕課給高等教育帶來(lái)了翻天覆地的變化和深遠(yuǎn)的影響。對(duì)于單片機(jī)技術(shù)中的部分重難點(diǎn)內(nèi)容，如定時(shí)計(jì)數(shù)器等，宜采用慕課教學(xué)模式；學(xué)生可以根據(jù)學(xué)習(xí)情況、個(gè)人興趣，自行觀(guān)看教學(xué)視頻，完成作業(yè)，在社區(qū)討論，互評(píng)作業(yè)，參加測(cè)試。通過(guò)課堂學(xué)習(xí)和慕課平臺(tái)的結(jié)合，學(xué)生能夠?qū)纹瑱C(jī)技術(shù)中的重難點(diǎn)進(jìn)行高效、深入的掌握。

同時(shí)，引入PBL教學(xué)法。教師提出問(wèn)題，讓學(xué)生主動(dòng)思考，尋找答案。通過(guò)“向?qū)W生提問(wèn)—學(xué)生解決問(wèn)題—教師引申學(xué)生的解答”三步，將晦澀難懂的理論知識(shí)轉(zhuǎn)化為具有工程背景的實(shí)際問(wèn)題，讓學(xué)生在實(shí)例中尋求問(wèn)題的答案。啟發(fā)式互動(dòng)教學(xué)能夠有效調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，同時(shí)鍛煉學(xué)生提出、分析、解決問(wèn)題的能力，鼓勵(lì)學(xué)生思考和發(fā)表不同的見(jiàn)解，激發(fā)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)意識(shí)和創(chuàng)新意識(shí)。

三、實(shí)踐教學(xué)改革

案例結(jié)合當(dāng)前單片機(jī)技術(shù)的應(yīng)用，如室內(nèi)外雙顯示溫度計(jì)、溫濕度測(cè)控、紅外感應(yīng)自動(dòng)門(mén)、藍(lán)牙溫度檢測(cè)、藍(lán)牙通信和手機(jī)顯示功能等。學(xué)生根據(jù)具體案例，制訂設(shè)計(jì)方案和實(shí)現(xiàn)方法，設(shè)計(jì)系統(tǒng)的硬件電路，在電路設(shè)計(jì)工具上畫(huà)出電路原理圖和印刷電路板圖，焊接實(shí)驗(yàn)電路板，并完成電路板硬件調(diào)試工作。最后編寫(xiě)所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)程序，在焊接的實(shí)驗(yàn)電路板上借助于集成編譯工具完成系統(tǒng)應(yīng)用程序的開(kāi)發(fā)和調(diào)試工作。

學(xué)生通過(guò)這些具有工程價(jià)值、可行性強(qiáng)的工程案例，能夠具備企業(yè)級(jí)項(xiàng)目的分析能力和運(yùn)用工程技術(shù)方法解決復(fù)雜計(jì)算機(jī)工程問(wèn)題的能力，準(zhǔn)確地進(jìn)行需求分析，用模型描述并進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)，提高實(shí)踐動(dòng)手能力、工程應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力。

四、結(jié)語(yǔ)

通過(guò)課程改革，學(xué)生能夠結(jié)合實(shí)際工程應(yīng)用需求，進(jìn)行軟硬件設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)，掌握關(guān)聯(lián)知識(shí)、整合知識(shí)的能力。這為培養(yǎng)適應(yīng)社會(huì)需要的應(yīng)用型人才，提升人才培養(yǎng)質(zhì)量，培養(yǎng)卓越工程師奠定了基礎(chǔ)。

（通信作者：莊旭菲）

參考文獻(xiàn)：

袁松鶴，劉選.中國(guó)大學(xué)MOOC實(shí)踐現(xiàn)狀及共有問(wèn)題——來(lái)自中國(guó)大學(xué)MOOC實(shí)踐報(bào)告[J].現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育研究，2014（4）.

注：本文系內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)教學(xué)改革項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：2017208）。

作者簡(jiǎn)介：武文紅（1980— ），女，內(nèi)蒙古呼和浩特人，碩士，講師，主要從事嵌入式技術(shù)及計(jì)算機(jī)圖像處理的相關(guān)研究；莊旭菲（1978— ），內(nèi)蒙古呼和浩特人，碩士，講師，主要從事嵌入式技術(shù)的相關(guān)研究。