基于單片機的創(chuàng)新實踐教學的研究與探索

曹宏娟

單片機的原理公共基礎課程已成為高校電子、數(shù)控、通訊等相關(guān)專業(yè)的必修或選修課程。在計算機的快速發(fā)展下，該軟件以智能、高性價比的優(yōu)點，廣泛應用于通信、家電、儀表板、導航等相關(guān)設備的智能化市場領域。在單片機創(chuàng)新實踐教學的研究與探索中，基于60 芯片計算機的基本原理，對創(chuàng)新實踐教學提出了更高的要求。通過引入Proteus 虛擬仿真，設定不同難度的研究教學模型，使學生可以更深入地了解單片機的工作原理，掌握外圍接口電路系統(tǒng)設計與軟硬件的結(jié)合和常用的安裝調(diào)試方法，可以大大提高學生的整合能力，并通過實踐，全面分析和解決實踐中遇到的難題[1]。

1 單片機創(chuàng)新實踐教學中存在的主要問題

1.1 設備和儀器不能滿足需求

實踐中的各種設備和測試儀器設施陳舊、老化加速、數(shù)量有限等現(xiàn)實問題的存在，使得提供的實踐結(jié)果滯后，很難完全滿足實踐基礎教學的需求。再加上由于實踐中教學設備的損壞以及總數(shù)的限制，迫使學生在調(diào)試實踐設備的過程中，只能進行分組共享，而單片機的開發(fā)板又落后，無法提起學生對實踐教學的興趣[2]。

1.2 理論學時與實踐學時不匹配

在單片機的教學中，理論課程所占學時遠遠高于實踐應用學時。因此，學生只能從理論方面對單片機的基本功能進行簡單的理解，很難更好地培養(yǎng)學生把各種理論聯(lián)系實際、思想創(chuàng)新的能力。在實際應用中，外圍接口電路的設計是最為廣泛的，但由于學習時間短、實踐內(nèi)容主題狹窄，很難滿足學生對單片機外圍電路設計和進一步開發(fā)的需求。

1.3 語言編程不足應用

單片機課程對語言編程有一定的要求，但是許多高校采用的語言編程中，對《C 語言基礎與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》沒有很好地利用，導致將過多的時間付諸在講解匯編語言的語法等知識內(nèi)容上。基于此，高校雖然也采取了擴充或改進措施；但在購買Proteus 虛擬仿真軟件、單片機仿真實訓試驗箱、引人Proteus 單片機課程、天翔TX- 1C 單片機開發(fā)板等教學軟件與設備的數(shù)量上突顯應用不足；雖也增加了全部為實踐學時的《基于單片機的創(chuàng)新實踐》課程，但也因?qū)嵺`教學創(chuàng)新設計的不足，而不能很好地滿足培養(yǎng)學生創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力的教學目的。

2 引入ARM 的軟硬件優(yōu)勢探索

單片機實訓教學需要引入ARM 單片機控制YL- 335B 自動化生產(chǎn)線，實現(xiàn)一套設備兩種操作。在已安裝調(diào)試成功的S7- 200 PLC 控制中，加上ARM 單片機控制系統(tǒng)，就可以對其進行控制。不僅可以實現(xiàn)理論與實踐內(nèi)容的融合，而且提高了設備的利用率。其有以下優(yōu)勢：

2.1 軟件優(yōu)勢

方便。其主要反映在后期開發(fā)中，即應用程序直接在底層操作系統(tǒng)上開發(fā)。與單片機不同，所有內(nèi)容都需要重寫。在操作系統(tǒng)軟件移植后的初期，它仍然需要專業(yè)人員進行操作。安全。這是LINUX的一個特點。LINUX的內(nèi)核中ARM 存儲器的日常管理與現(xiàn)有用戶的空間是分開的，不會由于用戶各種程序的錯誤使整個系統(tǒng)被關(guān)閉。

高效。雖然在單片機的開發(fā)過程中，大多基于標準的終端前后端技術(shù)，會在多任務管理上存在一定的局限性，但其流程管理模式和統(tǒng)一調(diào)度軟件程序，使系統(tǒng)能夠連續(xù)、高效地運行。

2.2 硬件優(yōu)勢

單片機是將SDRAM、LCD 等控制板集成到芯片中，這是一種微控制板。而ARM 無疑是一個微處理器。在直接嵌入Android 系統(tǒng)后，可以實現(xiàn)許多在單片機系統(tǒng)中無法完成的重要功能。如：嵌入式web 服務器、java 虛擬機等，更有諸多可免費使用的優(yōu)質(zhì)資源[2]。

3 創(chuàng)新實踐教學的研究

3.1 課堂教學方法改革研究

單片機的教學應建立在以解決實際問題的基礎上，對傳統(tǒng)的單片機課堂教學方法進行調(diào)整，在重視案例的前提下，轉(zhuǎn)換課堂主體地位、改革教學方法，這樣才能達到創(chuàng)新實踐教學的研究目的。為此，教師要善于在課堂上提出核心問題，引導學生自主探究并找到解決問題的方法，充分調(diào)動學生的自主能動性。當解決問題的過程中遇到超出教學內(nèi)容主題的困難，教師要根據(jù)實例提出解決方案。通過硬件設備、工具和軟件，進行具體分析并說明其與課程內(nèi)容之間的聯(lián)系，達到訓練學生分析和思考能力的目的。以定時計數(shù)器為例，向?qū)W生提供交通信號燈的任務。根據(jù)所學知識，學生是可以自主實現(xiàn)解決問題的目的。其次，在課堂上讓學生講述對解決問題的計劃，然后引入新的知識進行升級策劃，加深對知識的印象。如此，結(jié)合電路，學生可以清楚地了解具體應用知識用在哪里[3]。

在傳統(tǒng)教育方式下，由于時間有限、實驗器材不足等原因，實踐操作的效果較差。而仿真模型軟件的使用，使學生能夠很好地將理論知識與實踐過程有機地結(jié)合起來。在仿真模型軟件的應用下，實現(xiàn)單片機創(chuàng)新實踐教學的進一步研究。就仿真軟件來說，在課堂上就可以直觀、生動地繪制道路交通信號燈的電路組件，并且可以直接從各種軟件中觀察程序數(shù)據(jù)的變化。教學中的仿真功能系統(tǒng)還包括了實際交通燈電路和時間欄內(nèi)容顯示模塊，可以將主要原理、內(nèi)部邏輯和電路部分的控制等清晰地介紹給學生。因此，使用仿真模型軟件配以經(jīng)典案例的模擬方法，可以激發(fā)學生濃厚的興趣、激活課堂氣氛、實現(xiàn)教與學之間的有效交流與互動，從而實現(xiàn)真實有效的專業(yè)教學。

3.2 考核方式的改革研究

考核是檢驗學生學習效果的重要環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)考核方法的主要是卷面測試，雖然也能在一定程度上測試學生掌握知識的情況，但很難深入了解學生的應用能力。因此，考核方式中應增加獨創(chuàng)性設計的綜合評價。在課程內(nèi)容結(jié)束前兩周，根據(jù)平時學習知識的情況，將學生分成小組，完成全面的詳細設計、深入的實踐訓練、傳記設計調(diào)查報告后，以同樣的方式為學生分配設計任務，根據(jù)各組成員的任務狀態(tài)和反應現(xiàn)象的發(fā)生情況，安排相應的考核時間，并將設計考核納入學期末總成績的重要組成部分，更好地檢驗學生實際掌握運用的技術(shù)能力，提高學生的團隊合作能力。通過卷面與實操雙考核的改革，可以更加公正、有效地評價學生的綜合能力[4]。

4 課外創(chuàng)新實踐活動的探索

單片機是技術(shù)方面的組成部分，已應用于生活以及多種級別的智能產(chǎn)品。因此，學習單片機不能太局限于課堂。應倡導將學生組成單片機開發(fā)與創(chuàng)新小組，初步建立激烈的討論小組，并定期組織實踐經(jīng)驗分享活動，方便實際細節(jié)的設計。在課外實踐活動結(jié)束后，可以在小組持續(xù)創(chuàng)新中分享和爭論。經(jīng)過時間的積累，可以營造出一個幫助和引導的整體氛圍，在教師的指導下，解決實際數(shù)據(jù)問題。此外，要鼓勵學生參加以單片機為主要控制芯片的設計、創(chuàng)新、智能技術(shù)等相關(guān)的科技競賽。它不僅可以將學生所學的知識與實際應用的技術(shù)相結(jié)合，還可以與競爭對手進行互動[5]。對感興趣的學生，也可以參與到教師的新研究項目，或在長假期間向企業(yè)推薦實習項目，不斷有效地提高學生的思想創(chuàng)新能力和深度技能。

5 總結(jié)

綜上所述，單片機課程是面向電子信息內(nèi)容專業(yè)的必修課或常規(guī)選修課。它可以充分鍛煉學生獨立的硬件和軟件開發(fā)能力。從課堂創(chuàng)新模式、課下創(chuàng)新實踐、考核創(chuàng)新項目、創(chuàng)新實踐活動等方面設置不同梯度來營造設計型實踐教學環(huán)境，重視仿真模擬系統(tǒng)的配備和ARM 的引入，遵循實踐第一的原則，進一步努力探索教學內(nèi)容的最佳結(jié)合方法，使學生能夠真正掌握單片機的開發(fā)及應用，培養(yǎng)學生創(chuàng)新和突破性的思維方式，促進單片機創(chuàng)新實踐教學研究的發(fā)展。