從電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽探討單片機(jī)教學(xué)改革

莫秀英

摘要：全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)單片機(jī)理論的積極性，培養(yǎng)了學(xué)生科技能力與創(chuàng)新精神，有助于學(xué)生工程實(shí)踐素質(zhì)的培養(yǎng)，推動(dòng)了高職院校電子類課程以及促進(jìn)了信息與電子類學(xué)科課程體系和課程內(nèi)容的改革。從全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽中可以看出學(xué)生薄弱的環(huán)節(jié)，本文反思單片機(jī)教學(xué)過(guò)程中的不足，探討電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽促進(jìn)下的單片機(jī)課程教學(xué)改革，提出了適合高職院校單片機(jī)課程教學(xué)改革的方法。

關(guān)鍵詞：電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽單片機(jī)教學(xué)改革

中圖分類號(hào)：TP368.1-4;G642.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1005-5312（2018）15-0199-02

一、電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽的意義

全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽是教育部和工業(yè)和信息化部共同發(fā)起的大學(xué)生學(xué)科競(jìng)賽之一，是面向大學(xué)生的群眾性科技活動(dòng)，有助于高等學(xué)校實(shí)施素質(zhì)教育，培養(yǎng)大學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新意識(shí)與基本能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作的人文精神和理論聯(lián)系實(shí)際的學(xué)風(fēng);有助于學(xué)生工程實(shí)踐素質(zhì)的培養(yǎng)、提高學(xué)生針對(duì)實(shí)際問題進(jìn)行電子設(shè)計(jì)制作的能力;有助于吸引、鼓勵(lì)廣大青年學(xué)生踴躍參加課外科技活動(dòng)，為優(yōu)秀人才的脫穎而出創(chuàng)造條件。除了全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)大賽，每年還有很多類似這樣的比賽，如由中國(guó)計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)嵌入式系統(tǒng)專業(yè)委員會(huì)主辦，廣州周立功單片機(jī)發(fā)展有限公司和臺(tái)灣嵌入式暨單晶片系統(tǒng)發(fā)展協(xié)會(huì)協(xié)辦，廣州周立功單片機(jī)發(fā)展有限公司承辦，競(jìng)賽內(nèi)容為“電腦鼠走迷宮”;由廣東省教育廳主辦，廣東工業(yè)大學(xué)承辦，競(jìng)賽內(nèi)容為“慣性避障小車的設(shè)計(jì)與制作”;每個(gè)院校每年舉辦的校級(jí)的電子類設(shè)計(jì)大賽。不管是哪種類型的電子設(shè)計(jì)大賽，都是為了提高學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)單片機(jī)理論的積極性，有助于學(xué)生工程實(shí)踐素質(zhì)的培養(yǎng)，有助于提高學(xué)生針對(duì)實(shí)際問題進(jìn)行電子設(shè)計(jì)制作的能力，為今后社會(huì)實(shí)踐提供扎實(shí)的基礎(chǔ)?？梢哉f(shuō)，大學(xué)生電子設(shè)計(jì)大賽正是為學(xué)生這種理論聯(lián)系實(shí)際能力的培養(yǎng)提供了很好的平臺(tái)。

電子設(shè)計(jì)大賽目的在于推動(dòng)高等院校促進(jìn)信息與電子類學(xué)科課程體系和課程內(nèi)容的改革。競(jìng)賽的特點(diǎn)是與高等學(xué)校相關(guān)專業(yè)的課程體系和課程內(nèi)容改革密切結(jié)合，以推動(dòng)其課程教學(xué)、教學(xué)改革和實(shí)驗(yàn)室建設(shè)工作。

二、電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽具備的單片機(jī)知識(shí)

每年的全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽內(nèi)容豐富多變，但是離不開基礎(chǔ)課程的掌握，比如《電工電路基礎(chǔ)》、《數(shù)字電子技術(shù)》、《單片機(jī)技術(shù)》、《模擬電子技術(shù)》、《C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)》等等。所要學(xué)習(xí)的科目當(dāng)然不能不止這些，知識(shí)面越廣越好，它是對(duì)各個(gè)科目綜合運(yùn)用的產(chǎn)物，而且要具有非常強(qiáng)的動(dòng)手和創(chuàng)新能力，對(duì)一個(gè)人的動(dòng)手能力有很大的促進(jìn)作用，特別是《單片機(jī)技術(shù)》這門課?！秵纹瑱C(jī)技術(shù)》作為高職院校電氣、自動(dòng)化、電子類專業(yè)是一門核心課程，綜合了多門電類基礎(chǔ)課程，如《模擬電子技術(shù)》、《C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)》、《數(shù)字電子技術(shù)》，對(duì)學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力要求較高。把《單片機(jī)技術(shù)》這門課學(xué)習(xí)好，才能更好地綜合其他科目，電子設(shè)計(jì)大賽中很多系統(tǒng)可以使用單片機(jī)來(lái)控制，功能強(qiáng)大，性能穩(wěn)定，也是很多同學(xué)采用的設(shè)計(jì)方案。因此，在全國(guó)電子設(shè)計(jì)大賽中單片機(jī)技術(shù)顯得尤為重要，現(xiàn)在很多院校也是加大了這方面的投資，比如多功能的實(shí)驗(yàn)室建設(shè)等。

三、單片機(jī)教學(xué)存在的問題

每次參加電子設(shè)計(jì)大賽的學(xué)生拿到題目后心里都感到發(fā)慌，無(wú)從下手。這跟我們教學(xué)中存在的以下兩大問題息息相關(guān)。

（一）過(guò)多依賴Protues仿真軟件

Proteus軟件是英國(guó)Lab Center Electronics公司出版的EDA工具軟件（該軟件中國(guó)總代理為廣州風(fēng)標(biāo)電子技術(shù)有限公司）。它不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機(jī)及外圍器件，是目前比較好的仿真單片機(jī)及外圍器件的工具，受到從事單片機(jī)教學(xué)的教師的青睞。這個(gè)畢竟是仿真軟件，跟實(shí)際設(shè)計(jì)電路還是存在很大的差異，在從事單片機(jī)的技術(shù)人員中，很少會(huì)使用該軟件，他們更多的是使用仿真器這個(gè)工具，這個(gè)工具才是真正幫到他們找到程序所存在的問題，更能反映真實(shí)的程序運(yùn)行情況。簡(jiǎn)單的系統(tǒng)可使用Proteus軟件驗(yàn)證一下，但是Proteus軟件也有很多限制，現(xiàn)在很多新的芯片無(wú)法更新到Proteus軟件的芯片庫(kù)下，無(wú)法仿真。學(xué)生不能太依賴這個(gè)軟件，模擬跟真實(shí)存在一定的差距，我們可以使用萬(wàn)用板搭建電路，調(diào)試測(cè)試存在的問題，這樣才能深刻弄懂電路的原理。

（二）單片機(jī)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)功能固化

因?yàn)槟壳皩W(xué)校的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)室使用的綜合實(shí)驗(yàn)仿真系統(tǒng)平臺(tái)，綜合了流水燈、數(shù)碼管、A/D轉(zhuǎn)換、定時(shí)器、中斷系統(tǒng)控制、蜂鳴器等十多個(gè)實(shí)驗(yàn)題目，有詳細(xì)的使用手冊(cè)說(shuō)明，學(xué)生往往在實(shí)驗(yàn)時(shí)通過(guò)鍵盤輸入程序，下載程序，從試驗(yàn)箱觀察實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。實(shí)驗(yàn)的目的主要是驗(yàn)證書本上的原理，學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)鞏固、深化課堂所學(xué)理論。但這類實(shí)驗(yàn)最大的問題是同學(xué)們一知半解，為了完成老師布置的任務(wù)機(jī)械式操作，沒有高質(zhì)量的動(dòng)手背景環(huán)境，讓學(xué)生動(dòng)腦和動(dòng)手的機(jī)會(huì)太少了。并且這些實(shí)驗(yàn)設(shè)備考慮到學(xué)校的成本，更新的非常慢，很多都是基于匯編語(yǔ)言寫的，參考性不強(qiáng)，已經(jīng)跟不上單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展。

單片機(jī)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)除了單片機(jī)這個(gè)主控芯片外，還需要其他的外圍芯片，這些外圍芯片一旦固化在單片機(jī)平臺(tái)上就很少更換，擴(kuò)展性不強(qiáng)，學(xué)生只能在固定的實(shí)驗(yàn)題目范圍內(nèi)修改程序和變更接線，動(dòng)手能力還是得不到提高，缺乏思考的過(guò)程。同時(shí)系統(tǒng)為了兼顧整個(gè)系統(tǒng)的開發(fā)，必然存在實(shí)驗(yàn)裝置與單片機(jī)實(shí)際應(yīng)用產(chǎn)品之間的差別，學(xué)生無(wú)法體會(huì)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的獨(dú)立性。

由于實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)硬件電路固定配置，一些設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)無(wú)法開展，特別是隨著單片機(jī)新技術(shù)的發(fā)展，各類新型的接口芯片不斷出現(xiàn)，教學(xué)內(nèi)容隨之更新，這類系統(tǒng)已不能適應(yīng)新形式的實(shí)踐要求。在實(shí)驗(yàn)上要讓學(xué)生自己動(dòng)手設(shè)計(jì)產(chǎn)品，才能真正提高學(xué)生的動(dòng)手能力。在教學(xué)理論上要從單純的知識(shí)傳授轉(zhuǎn)向?qū)W(xué)生能力的培養(yǎng)，必須對(duì)傳統(tǒng)的單片機(jī)技術(shù)課程教學(xué)模式進(jìn)行必要的改革，拋棄落后于工業(yè)界要求的教學(xué)體系，進(jìn)一步突出專業(yè)特色，以強(qiáng)化學(xué)生的工程項(xiàng)目開發(fā)能力和創(chuàng)新能力。

四、單片機(jī)教學(xué)改革的方法

從電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽中，可以看出同學(xué)們的綜合能力：創(chuàng)新能力、協(xié)作精神、理論聯(lián)系實(shí)際。從電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽中也看出同學(xué)們的一些不足，同學(xué)們看到比賽的題目后，想法單一，設(shè)計(jì)出來(lái)的作品功能不完善，當(dāng)有更好的想法時(shí)，重新設(shè)計(jì)時(shí)間不夠了，比賽的結(jié)果也不如人意。學(xué)生的不足引起我們教師在教學(xué)上的一些反思，平時(shí)我們所做的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容單一，功能固化，所以導(dǎo)致學(xué)生的思維也單一，不能整體地思考問題。在教學(xué)上可以從以下的方向進(jìn)行改革，通過(guò)一個(gè)學(xué)期的實(shí)踐，同學(xué)們思維更加活躍，在競(jìng)賽中也能獲得更好的成績(jī)。

（一）項(xiàng)目教學(xué)

傳統(tǒng)的單片機(jī)教學(xué)一般均以學(xué)科體系為出發(fā)點(diǎn)，重課程本身的體系結(jié)構(gòu)和前后的邏輯聯(lián)系，重理論輕實(shí)踐，使得學(xué)生學(xué)得困難，教學(xué)效果也不理想。為了讓《單片機(jī)技術(shù)》課程能與應(yīng)用項(xiàng)目式教學(xué)融通，可以在教學(xué)過(guò)程中安排項(xiàng)目式的課題來(lái)引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實(shí)踐教學(xué)，在安排課程教學(xué)計(jì)劃和大綱時(shí)，注重以項(xiàng)目式的模式。教學(xué)過(guò)程中安排一些有淺入深的項(xiàng)目，安排一些課外實(shí)踐能力課題。通過(guò)項(xiàng)目化引導(dǎo)學(xué)生如何學(xué)習(xí)，如何進(jìn)行課程的發(fā)展。通過(guò)課外課題能力的安排，更能提高學(xué)生對(duì)課程的接受能力和技能提升，這樣就達(dá)到了課程學(xué)習(xí)的效果。研究項(xiàng)目化教學(xué)與技能提升的融通，研究單片機(jī)技術(shù)課程與項(xiàng)目化教學(xué)的關(guān)系，項(xiàng)目化教學(xué)如何融入到課程中，如何促進(jìn)課程的改革，如何促進(jìn)教學(xué)的改革，如何提升學(xué)生的技能水平。

（二）DIY電子產(chǎn)品

《單片機(jī)技術(shù)》是一門實(shí)踐性非常強(qiáng)的課程，有效的實(shí)踐教學(xué)利于培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力和工程能力，是培養(yǎng)應(yīng)用型人才的必備環(huán)節(jié)。目前，在高職院校，理論與實(shí)踐課時(shí)不平衡，理論占主要，缺乏實(shí)踐的鍛煉，學(xué)生對(duì)課堂上枯燥的理論知識(shí)提不了興趣，只有通過(guò)實(shí)踐教學(xué)，讓學(xué)生DIY電子產(chǎn)品，從中得到更多的成功感，才能更好地掌握這門課。比如我們講授定時(shí)器這章節(jié)內(nèi)容，我們可以讓學(xué)生自己思考，買材料自己設(shè)計(jì)一個(gè)小鬧鐘;講授點(diǎn)陣顯示，可以讓學(xué)生做一個(gè)小廣告牌，這些小設(shè)計(jì)都是接近生活，會(huì)激發(fā)學(xué)生動(dòng)手的興趣。通過(guò)一個(gè)學(xué)期的DIY產(chǎn)品設(shè)計(jì)，得到學(xué)生的認(rèn)可。通過(guò)項(xiàng)目化教學(xué)將理論教學(xué)與實(shí)踐結(jié)合，最終回到實(shí)際的技能實(shí)踐中，這樣極大地提高了學(xué)生對(duì)技能的學(xué)習(xí)，學(xué)生就能從技能提升的過(guò)程中回到教材，反饋到教學(xué)中，從而提升了學(xué)生學(xué)習(xí)課程的能力。

（三）考試核定方法

傳統(tǒng)的考核學(xué)生的方法單一，一般采用閉卷的形式，學(xué)生通過(guò)記憶也能取到不錯(cuò)的成績(jī)，但是動(dòng)手能力沒有得到提升，《單片機(jī)技術(shù)》是一門實(shí)操性強(qiáng)的課程，關(guān)鍵是在于提高實(shí)操能力。在教學(xué)上，我們應(yīng)該采用多種形式考察學(xué)生，比如設(shè)計(jì)產(chǎn)品占用50%，閉卷考試占50%，這樣可以提高學(xué)生動(dòng)手能力的積極性，對(duì)學(xué)生進(jìn)行全面的考核。

五、結(jié)語(yǔ)

通過(guò)全國(guó)學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽，在這個(gè)過(guò)程中，學(xué)生獲益良多。作為老師的我們也受益不少，以全國(guó)學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽為引導(dǎo)，對(duì)《單片機(jī)技術(shù)》課程深入分析，提出了單片機(jī)技術(shù)課程的改革方法，在教學(xué)實(shí)踐中取得了很好的效果。