以能力為導(dǎo)向的單片機(jī)應(yīng)用實(shí)踐教學(xué)研究

蔡云

摘要：實(shí)踐教學(xué)是工科專(zhuān)業(yè)中非常重要的一部分，教學(xué)過(guò)程的質(zhì)量直接決定了學(xué)生是否可以靈活運(yùn)用所學(xué)知識(shí)。針對(duì)目前單片機(jī)應(yīng)用實(shí)踐教學(xué)中存在的問(wèn)題，分析了實(shí)踐教學(xué)的現(xiàn)狀，并從多課程、多視角等方面探討了實(shí)踐教學(xué)的構(gòu)建。

關(guān)鍵詞：實(shí)踐教學(xué);單片機(jī);能力導(dǎo)向

中圖分類(lèi)號(hào)：TP368.1-4;G642文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：2095-5383（2019）02-0104-03

Abstract：Practical teaching is a very important part of engineering majors. The quality of teaching process directly determines whether students can apply what they have learned flexibly.? In view ofthe problems existing in the practical teaching of current single chip microcomputer applications，the current situation of practical teaching was analyzed，and the construction of new practical teaching mode from multiple courses and perspectives was probed into.

Keywords：practical teaching; Single-Chip Microcomputer; capability orientation

“單片機(jī)原理與接口技術(shù)”是工科院校電氣工程及相關(guān)專(zhuān)業(yè)的重要必修課程，實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)在教學(xué)過(guò)程中占有非常重要的地位，如何有效提高實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量一直是一個(gè)需要深入研究的問(wèn)題[1]。針對(duì)目前單片機(jī)實(shí)踐的不足，從多個(gè)實(shí)踐教學(xué)相結(jié)合的角度構(gòu)建了一個(gè)以能力為導(dǎo)向的實(shí)踐教學(xué)模式。

1 當(dāng)前的實(shí)踐教學(xué)現(xiàn)狀

以我院電類(lèi)專(zhuān)業(yè)為例，在各自的人才培養(yǎng)方案中均設(shè)置了“單片機(jī)應(yīng)用綜合設(shè)計(jì)”“電子線路CAD課程設(shè)計(jì)”及“電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)”等實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，目的是掌握學(xué)到的知識(shí)和能力，畢業(yè)后可以勝任系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用[2]。根據(jù)近年來(lái)對(duì)畢業(yè)生的跟蹤調(diào)查，參加大學(xué)生科技創(chuàng)新和技術(shù)競(jìng)賽的學(xué)生，真正掌握了微處理器應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝和調(diào)試，他們?cè)诰蜆I(yè)中非常受歡迎，有較理想的工作和工資[3]。但是，由于種種原因，大多數(shù)學(xué)生沒(méi)有完整的系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力，分析其原因主要有以下兩方面：

1）雖然“單片機(jī)與接口技術(shù)”“模擬電子技術(shù)”“數(shù)字電子技術(shù)”和“電子線路CAD原理及應(yīng)用”在教學(xué)計(jì)劃中安排了1～2周的課程設(shè)計(jì)，目的是希望全面應(yīng)用所學(xué)知識(shí)。但是，所有的課程設(shè)計(jì)都是以課程為基礎(chǔ)，只是為了驗(yàn)證和鞏固具體課程的相關(guān)知識(shí)。各課程設(shè)計(jì)之間前后的銜接做的不是很到位，缺少知識(shí)系統(tǒng)化的環(huán)節(jié)，學(xué)生獲取知識(shí)相對(duì)困難，很難建立與多門(mén)課程相關(guān)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)理念。

2）對(duì)于課程設(shè)計(jì)的集中環(huán)節(jié)，一方面由于學(xué)生實(shí)踐能力弱，在電路板制作和元件焊接過(guò)程中必然存在許多缺陷。測(cè)試可能會(huì)導(dǎo)致電路板和組件損壞，從而導(dǎo)致材料和時(shí)間浪費(fèi)。另一方面，電路板生產(chǎn)和元件采購(gòu)需要大量投入，因此它只能與簡(jiǎn)單的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)單元結(jié)合使用。學(xué)生無(wú)法體驗(yàn)原理設(shè)計(jì)、PCB板設(shè)計(jì)、元件購(gòu)買(mǎi)、元件安裝和調(diào)試的整個(gè)過(guò)程。課程結(jié)束后，許多學(xué)生經(jīng)常不了解單元電路和微控制器處理器之間的關(guān)系。

2 新型實(shí)踐教學(xué)研究

安徽三聯(lián)學(xué)院是培養(yǎng)應(yīng)用型人才，以使學(xué)生真正掌握微控制處理器（MCU）應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝和調(diào)試[4]。采用項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的方法，按照階段性和漸進(jìn)式教學(xué)思路，構(gòu)建“階梯式”MCU應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)項(xiàng)目，創(chuàng)新MCU應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)教學(xué)與實(shí)踐方案。通過(guò)如圖1所示的3個(gè)層次的逐步培訓(xùn)，從子項(xiàng)目中的子模塊編程到子項(xiàng)目的電路設(shè)計(jì)和安裝調(diào)試。最后，學(xué)生可以根據(jù)不同的控制對(duì)象和控制方案設(shè)計(jì)、制造、購(gòu)買(mǎi)、安裝和調(diào)試控制系統(tǒng)。從簡(jiǎn)單到復(fù)雜的項(xiàng)目，從單一到綜合，通過(guò)這3個(gè)階段的實(shí)踐教學(xué)，能夠提高學(xué)生的綜合創(chuàng)新能力和技術(shù)開(kāi)發(fā)能力。

2.1 基礎(chǔ)層

此部分是基于單片機(jī)原理和應(yīng)用課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)。傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)主要分為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)和綜合性實(shí)驗(yàn)，綜合性是指多個(gè)知識(shí)點(diǎn)的綜合運(yùn)用，因此這部分采用以項(xiàng)目為主線的教學(xué)方式，進(jìn)行各模塊的劃分。教師采用項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的方法，利用前一時(shí)期學(xué)到的知識(shí)，完成子項(xiàng)目子程序的準(zhǔn)備（如數(shù)碼管顯示、鍵盤(pán)驅(qū)動(dòng)、A/D轉(zhuǎn)換等），淡化實(shí)驗(yàn)個(gè)數(shù)概念。通過(guò)實(shí)踐加強(qiáng)微控制器的基礎(chǔ)知識(shí)，掌握微控制器的硬件和軟件資源以及工作原理。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容為項(xiàng)目中的知識(shí)點(diǎn)、子模塊或子程序。

2.2 應(yīng)用層

在單片機(jī)原理訓(xùn)練和應(yīng)用課程實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上增加實(shí)訓(xùn)部分，實(shí)訓(xùn)課程教學(xué)是用來(lái)加強(qiáng)學(xué)生對(duì)于單片機(jī)相關(guān)內(nèi)部和外部硬件資源的認(rèn)識(shí)和運(yùn)用，此環(huán)節(jié)一般有1～2 周的時(shí)間，將每2～3個(gè)學(xué)生分成1個(gè)小組[5]。同時(shí)整合“電子線路CAD課程設(shè)計(jì)”“電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)”與“單片機(jī)應(yīng)用綜合設(shè)計(jì)”，完成整個(gè)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)。

1）在“單片機(jī)應(yīng)用綜合設(shè)計(jì)”中，利用keil、IAR、protues軟件的配合使用。首先教師布置相應(yīng)的實(shí)訓(xùn)設(shè)計(jì)任務(wù)，學(xué)生利用所學(xué)知識(shí)及一切可以利用的資源，確定整個(gè)系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)。在前期課程實(shí)驗(yàn)完成的各個(gè)子模塊或子程序的基礎(chǔ)上，利用protues軟件繪制整體電路的仿真電路，在keil或者IAR編程軟件中完成程序的編寫(xiě)、整個(gè)項(xiàng)目程序的編寫(xiě)及仿真工作。

2）在“電子線路CAD課程設(shè)計(jì)”中，學(xué)生根據(jù)自己在1）所畫(huà)的電路仿真圖畫(huà)出整體電路的PCB電路板圖，教師進(jìn)行統(tǒng)一的指導(dǎo)，并自行制作相應(yīng)的電路板。

3）在“電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)”中，通過(guò)1）、2）的課程設(shè)計(jì)，進(jìn)行器件的選購(gòu)，教師對(duì)學(xué)生課題進(jìn)行集中指導(dǎo)和驗(yàn)收，完成整個(gè)項(xiàng)目的系統(tǒng)調(diào)試及硬件制作。這樣學(xué)生不僅自己動(dòng)手焊接并進(jìn)行硬件系統(tǒng)調(diào)試，同時(shí)加強(qiáng)了對(duì)硬件的認(rèn)識(shí)和電路的理解。學(xué)生能夠利用課外時(shí)間自學(xué)，完成課程設(shè)計(jì)和其它方面的評(píng)估，使課程設(shè)計(jì)更加注重學(xué)習(xí)過(guò)程，注重學(xué)習(xí)效果[6]，讓學(xué)生實(shí)現(xiàn)MCU應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和調(diào)試功能，達(dá)到全面培訓(xùn)的目的。

2.3 創(chuàng)新層

通過(guò)對(duì)基礎(chǔ)層、應(yīng)用層單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)的子項(xiàng)目設(shè)計(jì)、調(diào)試的全過(guò)程培訓(xùn)，學(xué)生有能力設(shè)計(jì)、制造和調(diào)試單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。在這一階段，學(xué)生需要進(jìn)行全面的項(xiàng)目設(shè)計(jì)。通過(guò)學(xué)生自制作品、參加學(xué)校舉辦的電子設(shè)計(jì)比賽或其它各種學(xué)科大賽，測(cè)試學(xué)習(xí)效果，測(cè)試實(shí)踐創(chuàng)新能力。同時(shí)，畢業(yè)論文可用于測(cè)試學(xué)生使用綜合知識(shí)的能力。這一階段以學(xué)生為主，從文獻(xiàn)綜述、程序開(kāi)發(fā)、可行性分析、設(shè)計(jì)、模擬、實(shí)驗(yàn)調(diào)試和總結(jié)工作，充分發(fā)揮學(xué)生的積極性和主動(dòng)性，分析和解決設(shè)計(jì)和調(diào)試過(guò)程中實(shí)際遇到的問(wèn)題，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和能力，以實(shí)踐為基礎(chǔ)的科學(xué)精神和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度。

3 模塊化教學(xué)資源整合

前面應(yīng)用層提到，整合“電子線路CAD課程設(shè)計(jì)”“電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)”與“單片機(jī)應(yīng)用綜合設(shè)計(jì)”，完成整個(gè)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)。根據(jù)人才培養(yǎng)方案規(guī)定，這3門(mén)課分布在不同的學(xué)期，學(xué)期的分布正好符合3個(gè)階段實(shí)踐教學(xué)的開(kāi)展時(shí)間。課題組主講教師根據(jù)大綱要求將內(nèi)容進(jìn)行分解整合，這樣就可以在各自的課程中完成相應(yīng)的設(shè)計(jì)內(nèi)容。

從圖2中可以看出，通過(guò)對(duì)各課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容整合，學(xué)生從子項(xiàng)目的“子模塊編程”到“電路設(shè)計(jì)”及“安裝調(diào)試”，由簡(jiǎn)單到復(fù)雜，由單一到綜合，這種循序漸進(jìn)的實(shí)踐教學(xué)能將單片機(jī)技術(shù)實(shí)實(shí)在在的展現(xiàn)在學(xué)生面前。最終，學(xué)生可以根據(jù)不同的控制對(duì)象和控制方案設(shè)計(jì)、制造、購(gòu)買(mǎi)、安裝和調(diào)試控制系統(tǒng)，做到學(xué)以致用。

4 多形式考核方式

為了適應(yīng)培養(yǎng)應(yīng)用型人才需要，在單片機(jī)應(yīng)用實(shí)踐教學(xué)研究的基礎(chǔ)上，課題組對(duì)考核方式進(jìn)行了認(rèn)真地思考，目的是使學(xué)生能夠從根本上重視實(shí)踐教學(xué)，使本門(mén)課程的考核真正體現(xiàn)“學(xué)以致用”的原則?？己酥饕獜囊韵聨追矫孢M(jìn)行：一方面考查學(xué)生的團(tuán)結(jié)合作能力。項(xiàng)目中將學(xué)生分2～3人一組，每人負(fù)責(zé)不同的部分，共同完成整個(gè)設(shè)計(jì);另一方面學(xué)生可根據(jù)自己情況提交完整的仿真電路、硬件實(shí)物的制作、或是撰寫(xiě)設(shè)計(jì)論文并發(fā)表等不同的方式進(jìn)行考核，真正做到考核學(xué)生的綜合運(yùn)用能力，真正將單片機(jī)應(yīng)用能力考核落到實(shí)處[7]。

5 結(jié)語(yǔ)

分析和討論了單片機(jī)應(yīng)用實(shí)踐教學(xué)中存在的問(wèn)題，并在實(shí)踐教學(xué)的基礎(chǔ)上提出了具體的措施和建議。通過(guò)前期的調(diào)查，學(xué)生普遍反映自己能夠從中了解單片機(jī)開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的整個(gè)過(guò)程，學(xué)完本課程后，學(xué)生能順利完成電子元器件的選用、單片機(jī)產(chǎn)品的焊接與組裝、產(chǎn)品的調(diào)試等任務(wù)。能順利完成硬件電路設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)、軟硬件統(tǒng)調(diào)、產(chǎn)品仿真與測(cè)試。學(xué)生滿(mǎn)意率達(dá)90%以上。這種實(shí)踐教學(xué)改革針對(duì)性地培養(yǎng)學(xué)生的應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力，有效地提高了學(xué)生的實(shí)踐能力，更符合高校培養(yǎng)應(yīng)用型人才的目標(biāo)。

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