基于電子競賽的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)課程探索

摘 要 全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽是面向全日制在校學(xué)生的科技制作競賽，它涉及的內(nèi)容多，難度大。競賽題目的要求對(duì)單片機(jī)課程的建設(shè)以及培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力有很好的引導(dǎo)作用，是國內(nèi)高等院校教學(xué)評(píng)估中專家認(rèn)可度最高的學(xué)生競賽。電子競賽與單片機(jī)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。競賽內(nèi)容既有理論設(shè)計(jì)，又有實(shí)際制作，以全面檢驗(yàn)和加強(qiáng)參賽學(xué)生的理論基礎(chǔ)和實(shí)踐創(chuàng)新能力。

關(guān)鍵詞 電子競賽;單片機(jī)實(shí)驗(yàn);實(shí)踐能力

全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽是很有含金量的競賽之一，競賽的項(xiàng)目有實(shí)際意義和應(yīng)用背景。競賽通過給出設(shè)計(jì)要求和指標(biāo)，由學(xué)生運(yùn)用所學(xué)的單片機(jī)知識(shí)設(shè)計(jì)出一套滿足要求的系統(tǒng)。競賽的目的是為了培養(yǎng)大學(xué)生的綜合設(shè)計(jì)能力，創(chuàng)新意識(shí)，團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力和實(shí)踐動(dòng)手能力。本文以單片機(jī)實(shí)驗(yàn)課程為例，結(jié)合電子競賽的培訓(xùn)模式，對(duì)單片機(jī)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)改革進(jìn)行了探索。

1單片機(jī)實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)現(xiàn)狀

多數(shù)高校單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)通常是由教師預(yù)先設(shè)定好相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，如LED流水燈、數(shù)碼管的顯示、中斷和定時(shí)器的應(yīng)用等，硬件則直接選擇商品化的實(shí)驗(yàn)箱，各種元件都已做好選擇，學(xué)生只需照本宣科的重復(fù)，通過簡單接線，輸入現(xiàn)成的實(shí)驗(yàn)參考程序，就能得到實(shí)驗(yàn)結(jié)果，根本不了解電路的結(jié)構(gòu)，更不能自己編寫程序。這使得學(xué)生獨(dú)立思考的機(jī)會(huì)變少，不能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和主觀能動(dòng)性，學(xué)生只能初步了解單片機(jī)的開發(fā)流程，卻無法掌握單片機(jī)的設(shè)計(jì)方法，沒有起到提高學(xué)生實(shí)踐應(yīng)用能力的作用。

1.1 驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)較多

目前的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)大多都為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，且采用方式較單一：實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)步驟、實(shí)驗(yàn)結(jié)果等。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中，按照實(shí)驗(yàn)步驟操作，輸入給定的實(shí)驗(yàn)程序，就能觀察相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，最后寫出實(shí)驗(yàn)報(bào)告。學(xué)生只會(huì)按照所給的電路圖連線后仿真看結(jié)果，只能了解單片機(jī)的開發(fā)流程，對(duì)實(shí)驗(yàn)程序一無所知，這樣一來，不能提高學(xué)生的實(shí)踐能力[1]。

1.2 語言知識(shí)儲(chǔ)備較薄弱

眾所周知，在目前單片機(jī)課程中所講授的程序語言大多都是匯編語言，因?yàn)閰R編語言簡單易懂，語法、格式的要求相對(duì)較低。但是遇到較為復(fù)雜的程序設(shè)計(jì)時(shí)，用匯編語言所寫的程序代碼多，代碼一旦錯(cuò)誤，檢查起來非常麻煩，且缺乏通用性。而C51語言具有C語言結(jié)構(gòu)清晰的優(yōu)點(diǎn)，便于學(xué)習(xí)，同時(shí)具有匯編語言的硬件操作能力。有C語言編程基礎(chǔ)的學(xué)生，能夠輕松地掌握單片機(jī)C51語言的程序設(shè)計(jì)。但學(xué)生學(xué)完C語言課程后，應(yīng)用較少，因此基礎(chǔ)相對(duì)薄弱，加上C51語言的語法、格式要求更加嚴(yán)格，多數(shù)學(xué)生對(duì)于C51語言望而退之。

1.3 缺乏團(tuán)隊(duì)協(xié)作性意識(shí)

學(xué)生通常都是每人一套實(shí)驗(yàn)設(shè)備，各自在有限的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行相同的實(shí)驗(yàn)操作。但當(dāng)實(shí)驗(yàn)過程中遇到問題，自己無法解決，只能等待老師答疑幫助。一旦有學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)結(jié)果，就會(huì)有其他學(xué)生抄襲他的實(shí)驗(yàn)電路和程序。這樣使得學(xué)生學(xué)習(xí)沒有積極性和主動(dòng)性，長時(shí)間下去，學(xué)生會(huì)養(yǎng)成一個(gè)不良的學(xué)習(xí)習(xí)慣。

2實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)改革內(nèi)容

2.1 根據(jù)電子競賽項(xiàng)目，優(yōu)化內(nèi)容，注重實(shí)踐能力培養(yǎng)

課程教學(xué)內(nèi)容上主講“51”系列經(jīng)典單片機(jī)，介紹其基本原理、硬件結(jié)構(gòu)、指令系統(tǒng)、匯編指令、應(yīng)用程序設(shè)計(jì)及外部擴(kuò)展方法。優(yōu)化實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，減少部分驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的操作，課內(nèi)舉例介紹相應(yīng)模塊在電子競賽中的用途，選擇解決實(shí)際問題的綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。將驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)安排在教學(xué)環(huán)節(jié)的前期，在學(xué)完基本原理和硬件結(jié)構(gòu)后，就可以進(jìn)行相應(yīng)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的操作，這樣有助于學(xué)生盡快熟悉單片機(jī)的軟硬件開發(fā)環(huán)境。將重點(diǎn)放在學(xué)生創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力的培養(yǎng)上，根據(jù)電子競賽項(xiàng)目的要求，設(shè)計(jì)有實(shí)際意義的電路，學(xué)生以3至4人為一組，實(shí)驗(yàn)以項(xiàng)目為單元，每個(gè)項(xiàng)目只提供參數(shù)和所要達(dá)到的效果，不給任何實(shí)驗(yàn)步驟、實(shí)驗(yàn)程序等相關(guān)信息。學(xué)生通過各種途徑自己尋找解決方法，將單片機(jī)實(shí)驗(yàn)由驗(yàn)證性向設(shè)計(jì)性轉(zhuǎn)變。

2.2 加強(qiáng)計(jì)算機(jī)高級(jí)語言的知識(shí)儲(chǔ)備力度

鼓勵(lì)學(xué)生選用C51高級(jí)語言編程，加強(qiáng)計(jì)算機(jī)高級(jí)語言知識(shí)的儲(chǔ)備。課程在重點(diǎn)講解匯編語言的基礎(chǔ)上，增加C51語言的講解，學(xué)生在大一時(shí)期都已學(xué)過C語言，有一定的基礎(chǔ)，只需提供相應(yīng)教材，他們完全可以掌握C51語言。C51語言結(jié)構(gòu)清晰，可讀性好，一條C51語句相當(dāng)于幾條匯編指令，完成同樣的功能，語句長度大大縮短。電子競賽的項(xiàng)目，內(nèi)容較復(fù)雜，用C51語言將復(fù)雜程序簡單化。

2.3 充分利用課余時(shí)間，加強(qiáng)團(tuán)隊(duì)協(xié)作模式

要完成電子競賽中的項(xiàng)目，僅限于課堂時(shí)間是不夠的，學(xué)生要充分利用課余時(shí)間進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，在課余時(shí)間開放實(shí)驗(yàn)室，為學(xué)生實(shí)驗(yàn)提供條件支持。參考電子競賽的人員配備要求，由3～4名學(xué)生構(gòu)成，每組設(shè)有組長，同小組組員分工合作。每組設(shè)計(jì)內(nèi)容不同，難度相當(dāng)，教師課上講解常見問題的解決方法，課后技術(shù)支持，積極答疑，幫助學(xué)生解決問題。學(xué)生短時(shí)間內(nèi)建立了團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)，形成了良好的學(xué)習(xí)氛圍[2]。

3結(jié)束語

本文針對(duì)單片機(jī)實(shí)驗(yàn)課程的特點(diǎn)，為更好地解決教學(xué)中理論與實(shí)踐的脫節(jié)，結(jié)合電子設(shè)計(jì)競賽的培訓(xùn)模式，從教學(xué)內(nèi)容、計(jì)算機(jī)語言環(huán)境、團(tuán)隊(duì)協(xié)作等方面深入探討了單片機(jī)實(shí)驗(yàn)課程改革的具體實(shí)施方法。學(xué)生不僅對(duì)單片機(jī)的開發(fā)流程有了完整的認(rèn)識(shí)，還極大地提高了動(dòng)手實(shí)踐能力，更培養(yǎng)了學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力，解決問題的能力，團(tuán)隊(duì)協(xié)作的意識(shí)。這對(duì)單片機(jī)實(shí)驗(yàn)課程的改革有著積極的意義。

參考文獻(xiàn)

[1] 黃大勇. 單片機(jī)技術(shù)實(shí)踐教學(xué)模式的探索與改革，2020，8（22）： 198，199.

[2] 劉莉. 單片機(jī)原理與應(yīng)用實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革研究，2020，1（8）：195.

作者簡介

唐徐平（1986-），男，江蘇南京人;學(xué)歷：本科，職稱：助理研究員，現(xiàn)就職單位：南京工業(yè)大學(xué)浦江學(xué)院，研究方向：電子控制。