以單片機實訓(xùn)教學(xué)促進理論教學(xué)實踐

□黃 芬

單片機課程是工科專業(yè)的基礎(chǔ)課程，具備理論知識抽象、實踐性較強的特點。在傳統(tǒng)的教學(xué)模式下，單片機理論教學(xué)與實訓(xùn)教學(xué)相脫節(jié)，加之理論知識晦澀難懂，所以增加了學(xué)生掌握理論知識的難度，使得學(xué)生一直處于死記硬背理論知識的學(xué)習(xí)狀態(tài)。為此，單片機課程教學(xué)要轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的教學(xué)模式，改進實訓(xùn)教學(xué)方法，借助實訓(xùn)教學(xué)改善理論教學(xué)現(xiàn)狀。

一、單片機課程教學(xué)現(xiàn)狀分析

(一)理論重于實踐。在傳統(tǒng)的課程體系設(shè)置中，單片機理論課時比重較大，使得理論教學(xué)與實踐教學(xué)呈現(xiàn)出主輔關(guān)系，不利于培養(yǎng)學(xué)生實踐操作技能。當(dāng)前，雖然大部分院校通過減少理論課時、增加實踐課時的方式推進單片機課程教學(xué)改革，但是由于課程內(nèi)容安排不合理，使得教學(xué)改革收效甚微。學(xué)校一直按照教材的目錄編排進行授課，即遵循芯片發(fā)展、硬件結(jié)構(gòu)原理、指令系統(tǒng)、編程設(shè)計、中斷系統(tǒng)、定時器、串口技術(shù)的大致順序進行授課，導(dǎo)致授課內(nèi)容枯燥無味、抽象難懂，未能建立起理論與實踐之間的聯(lián)系。

(二)缺乏與專業(yè)知識的聯(lián)系。單片機是多個工科專業(yè)的必修課，主要包括電氣工程、電子信息、自動化等專業(yè)，在這些專業(yè)課程學(xué)習(xí)中，單片機課程起著連通理論與實踐的橋梁作用。然而，從大部分工科專業(yè)的單片機課程教學(xué)現(xiàn)狀來看，單片機教學(xué)往往獨立于其他課程的專業(yè)知識，缺乏與多門學(xué)科專業(yè)知識的聯(lián)系，加大了學(xué)生對單片機理論知識的理解難度。如，單片機教學(xué)與電路技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)、電力電子技術(shù)、嵌入式系統(tǒng)等專業(yè)知識的聯(lián)系不緊密，沒有讓學(xué)生認(rèn)識到單片機專業(yè)知識的實用性。

(三)實訓(xùn)教學(xué)安排不合理。在單片機實訓(xùn)教學(xué)中，教師一直采用固定的實訓(xùn)模式，即先講解實驗?zāi)康?、實驗原理和實驗?nèi)容，再讓學(xué)生按照實訓(xùn)指導(dǎo)書在規(guī)定的時間內(nèi)完成實驗操作。這種實訓(xùn)模式易使學(xué)生始終處于被動的實訓(xùn)狀態(tài)，沒有給予學(xué)生獨立思考和深入探究的機會，導(dǎo)致實訓(xùn)教學(xué)演變成驗證性實驗。同時，實訓(xùn)教學(xué)安排的實訓(xùn)項目難度較低，學(xué)生很難通過實訓(xùn)項目深入掌握理論知識的實際應(yīng)用，造成實踐教學(xué)效果不佳。

二、以單片機實訓(xùn)教學(xué)促進理論教學(xué)的實踐策略

(一)運用項目教學(xué)法。單片機課程的實踐性、技能性較強，在教學(xué)中可采用項目教學(xué)法將學(xué)習(xí)內(nèi)容可視化地展現(xiàn)給學(xué)生，形成理論教學(xué)貫穿于實訓(xùn)教學(xué)的模式，以達到通過實訓(xùn)教學(xué)鞏固學(xué)生理論知識的教學(xué)目的。教師可將單片機原理和結(jié)構(gòu)的理論知識穿插到項目中，讓學(xué)生更加透徹地理解單片機的實踐應(yīng)用。同時，教師還可以融合多門專業(yè)課程理論知識，設(shè)計綜合性項目，將計算機控制技術(shù)、高等數(shù)學(xué)、模擬電子技術(shù)、自控原理控制算法、無線通訊技術(shù)、電力電子技術(shù)等方面的理論知識融入到單片機實訓(xùn)教學(xué)中，培養(yǎng)學(xué)生對理論知識的綜合應(yīng)用能力。如，在教學(xué)PWM技術(shù)、定時器的定時、脈沖捕獲等內(nèi)容時，教師可設(shè)計安排直流電機調(diào)速、電子琴等實訓(xùn)項目；在教學(xué)ADC轉(zhuǎn)換內(nèi)容時，教師可設(shè)計安排開關(guān)穩(wěn)壓電源實訓(xùn)項目等。通過在實訓(xùn)教學(xué)中運用項目教學(xué)法，設(shè)計融合多門專業(yè)課程知識的綜合性項目，有助于學(xué)生借助實訓(xùn)項目更加深入地掌握單片機理論知識。

(二)運用Proteus仿真軟件。在單片機實訓(xùn)教學(xué)中，教師可引入Proteus仿真軟件進行實訓(xùn)教學(xué)，將理論知識生動形象地展現(xiàn)給學(xué)生，降低學(xué)生學(xué)習(xí)理論知識的難度。如，在教學(xué)單片機程序時，教師可利用Proteus軟件對單片機程序進行仿真演示，使抽象的算法得以形象化展示，幫助學(xué)生理解程序思路。又如，在教學(xué)數(shù)碼管內(nèi)容時，教師可利用Proteus軟件點亮數(shù)碼管，一邊演示一邊講解數(shù)碼管的原理，之后再讓學(xué)生借助Proteus軟件進行仿真操作，培養(yǎng)學(xué)生動手操作能力，并且避免因錯誤操作對元器件造成損壞。此外，教師還可利用面包板搭建單片機實訓(xùn)課程的硬件平臺，通過讓學(xué)生借助面包板、面包線搭建電路，可節(jié)省拔線、布線和焊接的操作時間，同時利用軟件進行編程、調(diào)試和故障排除，能夠提高電路搭建效率。通過在實訓(xùn)教學(xué)中引入Proteus仿真軟件，可以充分利用有限的實訓(xùn)課時安排更多的實訓(xùn)項目，有助于提升實訓(xùn)教學(xué)效果。

(三)自制實驗設(shè)備。在傳統(tǒng)的單片機實訓(xùn)項目中，一般都是在一個試驗箱上集成多個模塊，增加了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，加之學(xué)生只是按照實驗指導(dǎo)書進行操作，所以使得學(xué)生很難理解系統(tǒng)設(shè)計原理。為調(diào)動起學(xué)生參與設(shè)計實驗設(shè)備的積極性，教師可讓學(xué)生自制實驗設(shè)備，根據(jù)課程理論教學(xué)進度安排設(shè)計項目。實驗設(shè)備設(shè)計項目主要包括核心板、初級實驗板、高級實驗板三個部分，其中核心板設(shè)計要求兼容5V和3.3V供電系統(tǒng)；初級實驗板設(shè)計要涉及單片機課程的基礎(chǔ)實驗內(nèi)容，將其細分為LCD顯示、繼電器、交通燈、步進電機驅(qū)動、DA輸出等實驗設(shè)備模塊；高級實驗板設(shè)計是對所學(xué)單片機理論知識的深層次應(yīng)用，將其拓展為CAN通訊、SD卡、Zigbee通訊、SD卡、GSM通訊等實驗?zāi)K。上述實驗?zāi)K均由學(xué)生自行設(shè)計，以便于學(xué)生通過實驗設(shè)備設(shè)計鞏固單片機原理知識，運用單片機理論解決實踐操作問題。

(四)改革實訓(xùn)考核。單片機課程考核要轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的考核模式，突出實訓(xùn)教學(xué)對理論教學(xué)的促進作用，主要從以下方面進行改革：一是將終結(jié)性考核轉(zhuǎn)變?yōu)檫^程性考核；二是將單片機基本概念、基本技能、基礎(chǔ)知識考核轉(zhuǎn)變?yōu)閱纹瑱C基礎(chǔ)實驗考核；三是增加綜合性實驗考核分值所占總成績的比重，建議比重為50%，以考核學(xué)生對理論知識的綜合應(yīng)用能力、分析與解決問題能力以及團隊合作能力。綜合性實驗考核以學(xué)生實驗操作、完成實驗情況和實驗報告考核為主；四是針對不同的實訓(xùn)項目，設(shè)計不同的考核方案，主要考核學(xué)生對理論知識和基本技能的應(yīng)用能力；五是將期末閉卷考試轉(zhuǎn)變?yōu)殚_卷考試，考核學(xué)生對理論知識的應(yīng)用能力，改善學(xué)生死記硬背理論知識的學(xué)習(xí)現(xiàn)狀，引導(dǎo)學(xué)生從“背知識”過渡到“用知識”，調(diào)動起學(xué)生學(xué)習(xí)理論知識的主觀能動性。通過以實訓(xùn)教學(xué)考核為主體推進單片機課程教學(xué)考核改革，有助于加強實訓(xùn)與理論之間的聯(lián)系，使學(xué)生更加重視理論知識的學(xué)習(xí)，學(xué)會將理論知識運用到實訓(xùn)項目中，以取得優(yōu)異的考核成績。

三、結(jié)語

總而言之，在單片機課程教學(xué)中要積極推進教學(xué)模式創(chuàng)新，打破傳統(tǒng)先理論學(xué)習(xí)、后實訓(xùn)操作的教學(xué)模式，建立起理實一體化教學(xué)體系，運用項目教學(xué)法、Proteus仿真軟件、實驗設(shè)備自制以及教學(xué)考核改革等方式方法，促使學(xué)生在做中學(xué)、學(xué)中做，加深對理論知識的理解與應(yīng)用，不斷提高學(xué)生的專業(yè)知識應(yīng)用技能。