單片機(jī)課程教學(xué)改革的實(shí)踐與探索

1.引言

由于51單片機(jī)具有技術(shù)的典型性、應(yīng)用的廣泛性等特點(diǎn)，在汽車電子、家用電器、智能儀器、工業(yè)控制儀表等各個(gè)領(lǐng)域都有極為廣泛的應(yīng)用，教學(xué)中多選用其作為主講機(jī)型。從近年學(xué)生就業(yè)情況來(lái)看，用人單位大多要求學(xué)生具備單片機(jī)應(yīng)用能力，它是學(xué)生將來(lái)在電子類公司或電子行業(yè)工作的最基本的技能，是學(xué)生的“飯碗型”課程。它的教學(xué)效果直接影響學(xué)生就業(yè)及專業(yè)上的發(fā)展。

三江學(xué)院作為江蘇省第一所民辦本科院校，重在應(yīng)用型社會(huì)人才的培養(yǎng)。為了使學(xué)生既能了解新技術(shù)又能對(duì)單片機(jī)的應(yīng)用技術(shù)融會(huì)貫通。本文在分析了三江學(xué)院“單片機(jī)原理及應(yīng)用”的教學(xué)現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，從課程教學(xué)的內(nèi)容和教學(xué)方法兩個(gè)方面探討了單片機(jī)教學(xué)改革的一些思路，取得了一定的成效。

2.課程教學(xué)現(xiàn)狀

過(guò)去多數(shù)院校單片機(jī)課程的教學(xué)都是以學(xué)生全面掌握單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)、各功能模塊和指令系統(tǒng)與匯編語(yǔ)言編程為目標(biāo)，先講單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)，接著是指令和軟件編程，然后是單片機(jī)系統(tǒng)的擴(kuò)展和各種外圍器件的應(yīng)用，最后再介紹實(shí)例。另外，在課程教學(xué)中，長(zhǎng)期以來(lái)理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)脫節(jié)，分開進(jìn)行。在課堂教學(xué)中，學(xué)生均是處于被動(dòng)接受方式，無(wú)法主動(dòng)參與整個(gè)教學(xué)活動(dòng)，沒(méi)能達(dá)到培養(yǎng)應(yīng)用型人才的目的。

3.教學(xué)內(nèi)容的改革

3.1 加強(qiáng)單片機(jī)C語(yǔ)言編程教學(xué)

一直以來(lái)，匯編語(yǔ)言以其精簡(jiǎn)、高效成為進(jìn)行單片機(jī)系統(tǒng)開發(fā)的主要工具，但其代碼可讀性差、移植性不好。在實(shí)際開發(fā)中用匯編語(yǔ)言設(shè)計(jì)一個(gè)較長(zhǎng)、較完整的控制程序，將會(huì)發(fā)現(xiàn)注釋比原始程序還要來(lái)得長(zhǎng)，而且原始程序過(guò)一段時(shí)間不看，若是要修改一下功能，又要重頭再來(lái)讀程序，效率不是很高。針對(duì)匯編語(yǔ)言通用性、可讀性差的特點(diǎn)，我們?cè)诮虒W(xué)中采用了以C語(yǔ)言教學(xué)為主的方法，結(jié)合Keil uVision開發(fā)平臺(tái)，講解C51的開發(fā)流程。

C51是目前單片機(jī)編程非常流行的語(yǔ)言，它可移植性好，而且其編譯軟件不斷優(yōu)化，代碼量的問(wèn)題也不是主要矛盾，加上學(xué)生已有C語(yǔ)言基礎(chǔ)，可以讓學(xué)生很容易的理解和掌握新的單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)。

3.2 與時(shí)俱進(jìn)，不斷更新教學(xué)內(nèi)容

注重引入單片機(jī)應(yīng)用新技術(shù)，近年來(lái)51系列單片機(jī)快速發(fā)展，不斷出現(xiàn)新的機(jī)型和新的接口電路，現(xiàn)有的教材內(nèi)容比較陳舊，知識(shí)更新得很慢，書本上介紹的很多芯片早就被淘汰不用，這就需要我們老師不斷的通過(guò)各種渠道了解市場(chǎng)行情，更新知識(shí)庫(kù)，精心組織教學(xué)內(nèi)容，這樣才能使學(xué)生所學(xué)的知識(shí)與社會(huì)接軌，比如說(shuō)對(duì)“熱門芯片”和新技術(shù)的介紹等。

3.3 以能力培養(yǎng)為目標(biāo)

在單片機(jī)課程教學(xué)過(guò)程中要注意與學(xué)生的實(shí)踐活動(dòng)緊密結(jié)合，即與實(shí)驗(yàn)、學(xué)生課外科技活動(dòng)、電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽、單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展相結(jié)合，注重培養(yǎng)和提高學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力。“興趣是學(xué)習(xí)最好的老師”，教師的主要任務(wù)不只是單純地傳授知識(shí)，更重要的是激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使他們有一種強(qiáng)烈的求知欲望和熱情，引導(dǎo)他們自覺(jué)投入到學(xué)習(xí)中去。教師在講授完理論知識(shí)后，引導(dǎo)學(xué)生自己動(dòng)手制作電子作品，讓他們?cè)趯?shí)踐中加深對(duì)理論知識(shí)的理解。這樣不僅激發(fā)了他們的學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)了學(xué)習(xí)信心，也變被動(dòng)的接受知識(shí)為主動(dòng)的獲取知識(shí)。

4.教學(xué)方法的改革

4.1 以應(yīng)用系統(tǒng)為教學(xué)主線

在傳統(tǒng)的教學(xué)模式中，只有在課程即將結(jié)束時(shí)學(xué)生才能接觸到基本的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)，學(xué)生普遍反映單片機(jī)課程內(nèi)容龐雜、無(wú)所適從，無(wú)法形成單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的完整概念。因此在單片機(jī)課程教學(xué)過(guò)程中，應(yīng)將單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)作為教學(xué)主線貫穿始終。在授課時(shí)，應(yīng)結(jié)合日常生活中的典型應(yīng)用實(shí)例授課，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和求知欲望。具體方法有：(1)第一次授課時(shí)，向?qū)W生演示身邊的應(yīng)用系統(tǒng)，如多功能電壓表、電子時(shí)鐘等，通過(guò)演示使學(xué)生建立了單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的初步概念，直觀地感受到單片機(jī)已存于日常生活之中，使他們明確了本課程學(xué)習(xí)的目標(biāo)。(2)在各章節(jié)學(xué)習(xí)過(guò)程中，也時(shí)刻注意強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)的概念。如在講授單片機(jī)中斷時(shí)，就以簡(jiǎn)單測(cè)控系統(tǒng)為實(shí)例，向?qū)W生詳細(xì)分析該系統(tǒng)的軟、硬件工作原理，并利用開發(fā)板現(xiàn)場(chǎng)演示各個(gè)功能。(3)在課程后期，以兩個(gè)實(shí)際的應(yīng)用系統(tǒng)為實(shí)例，系統(tǒng)地向?qū)W生講解單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)從硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)、模擬仿真、調(diào)試、直至脫機(jī)運(yùn)行等系統(tǒng)開發(fā)的全過(guò)程，使單片機(jī)系統(tǒng)開發(fā)思路變得更加清晰。這種建立在應(yīng)用系統(tǒng)上的逐步擴(kuò)展、循序漸進(jìn)的教學(xué)方法，教學(xué)目的非常明確，有助于學(xué)生從學(xué)習(xí)該課程開始就建立起單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的概念。

4.2 采用教、學(xué)、做一體化教學(xué)模式

為了使學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中培養(yǎng)實(shí)際工作能力，我們?cè)诮虒W(xué)中采用了教、學(xué)、做一體化的課程模式。課堂上采用自行研制的基于IAP和KeilC51的集仿真器、編程器和實(shí)驗(yàn)板于一體的多功能單片機(jī)教學(xué)設(shè)備。該教學(xué)設(shè)備不僅可以完成發(fā)光二極管、數(shù)碼管、按鍵開關(guān)、蜂鳴器、撥碼盤等多個(gè)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)的演示，還可以通過(guò)預(yù)留接口擴(kuò)展多個(gè)外部設(shè)備。課前，將學(xué)習(xí)板的原理圖發(fā)放給學(xué)生，課堂上邊講邊練，生動(dòng)直觀，促進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)和理解，這比在課堂上重復(fù)講指令的效果要好得多。例如在講到I/O口的時(shí)候，先從點(diǎn)亮1個(gè)發(fā)光二極管開始，到跑馬燈、流水燈程序的設(shè)計(jì)，循序漸進(jìn)，引導(dǎo)學(xué)生不斷思考，這樣隨著任務(wù)難度的逐步加大，學(xué)生的好奇心更強(qiáng)，不斷地嘗試完成這些任務(wù)，在這一過(guò)程中就由被動(dòng)的接受知識(shí)變?yōu)橹鲃?dòng)探索解決問(wèn)題。

課后為了使學(xué)生建立直觀的仿真思想，我們引入了proteus仿真軟件。proteus仿真軟件上有國(guó)際通用的虛擬儀器及電子元器件庫(kù)，通過(guò)它，用戶可以方便地進(jìn)行電路原理圖的設(shè)計(jì)和仿真測(cè)試，觀察電路的工作狀態(tài)及軟件運(yùn)行后的變化情況。所有的硬件電路設(shè)計(jì)、對(duì)應(yīng)軟件設(shè)計(jì)都可以在keil及proteus平臺(tái)上進(jìn)行，這對(duì)于學(xué)生的深入學(xué)習(xí)有巨大的幫助。它極大地開拓了單片機(jī)學(xué)習(xí)的空間，降低了單片機(jī)的學(xué)習(xí)成本，提高了學(xué)習(xí)效果。學(xué)生通過(guò)親自動(dòng)手完成任務(wù)，能夠深刻理解單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)和掌握編程技巧，這遠(yuǎn)比聽老師講看老師做效果好得多。

4.3 開展學(xué)生的第二課堂活動(dòng)

結(jié)合本課程的學(xué)習(xí)，在學(xué)生中成立興趣小組，不失時(shí)機(jī)地開展了第二課堂活動(dòng)。第二課堂是為那些愛(ài)好單片機(jī)且學(xué)有余力的學(xué)生而安排的，所以立足點(diǎn)主要放在介紹一些新技術(shù)上。在第二課堂活動(dòng)中，學(xué)生可以利用單片機(jī)開發(fā)完成一些小產(chǎn)品。教師還可以對(duì)32位嵌入式系統(tǒng)的基本技術(shù)作一個(gè)概括講解，可以選擇ARM7/ARM9作為講解對(duì)象，讓學(xué)生了解中高端的嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)的構(gòu)成、硬件設(shè)計(jì)原理、嵌入式操作系統(tǒng)等相關(guān)知識(shí)；了解嵌入式系統(tǒng)和8位單片機(jī)應(yīng)用在設(shè)計(jì)和應(yīng)用上的差異；了解從事嵌入式系統(tǒng)開發(fā)應(yīng)該具備的條件和技術(shù)儲(chǔ)備，引導(dǎo)有興趣的同學(xué)作進(jìn)一步深入的學(xué)習(xí)。學(xué)生的第二課堂活動(dòng)不僅可以豐富業(yè)余生活，促進(jìn)了課堂教學(xué)，也能帶動(dòng)班上其他同學(xué)。對(duì)低年級(jí)的學(xué)生，也起到了好的促進(jìn)作用。

4.4 采用綜合考核方法

目前，我校大部分課程考核標(biāo)準(zhǔn)是平時(shí)成績(jī)與考試成績(jī)四六開，采用閉卷的形式，但單片機(jī)課程強(qiáng)調(diào)的是應(yīng)用能力，應(yīng)該是對(duì)編程能力、軟硬件分析能力、軟硬件調(diào)試能力，綜合運(yùn)能力的考核。我們?cè)谠u(píng)價(jià)學(xué)生學(xué)習(xí)成績(jī)時(shí)不能單一地看考試成績(jī)，更主要的是看學(xué)生運(yùn)用知識(shí)解決問(wèn)題的能力。在教學(xué)過(guò)程中，我們對(duì)考核方法進(jìn)行了改革，首先改閉卷為開卷，學(xué)生可以帶任何資料進(jìn)入考場(chǎng)；其次對(duì)考核方式進(jìn)行了改革，考核包括三個(gè)方面，綜合能力的考核（考試成績(jī)），占總成績(jī)的50%；實(shí)訓(xùn)過(guò)程的考核，占總成績(jī)的30%；平時(shí)提問(wèn)、作業(yè)、表現(xiàn)的考核，占總成績(jī)的20%。這種考試方法有助于學(xué)生掌握所學(xué)知識(shí)，而不是突擊復(fù)習(xí)，考完就忘，可以反映出學(xué)生的真實(shí)水平，提高綜合能力。

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