基于應(yīng)用型人才培養(yǎng)的單片機(jī)教學(xué)實踐體系探索

摘要：根據(jù)單片機(jī)教學(xué)的現(xiàn)狀，探討了單片機(jī)教學(xué)中普遍出現(xiàn)的問題。針對這些問題提出了基于應(yīng)用型人才培養(yǎng)的單片機(jī)教學(xué)實踐體系，即理論、實驗、實踐及認(rèn)證考核四個層次漸進(jìn)培養(yǎng)，在實際中達(dá)到了理想的培養(yǎng)效果。

關(guān)鍵詞：單片機(jī)；教學(xué)實踐；教學(xué)改革

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）26-0080-02

隨著計算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，“單片機(jī)原理與應(yīng)用”以及相關(guān)課程已經(jīng)成為了電子信息類以及控制類專業(yè)的基礎(chǔ)課程，經(jīng)過長期的探索，很多高校都形成了成熟的教學(xué)體系。但是，如何使自身的教學(xué)體系與時俱進(jìn)，從而滿足培養(yǎng)高素質(zhì)應(yīng)用型人才的需要是高校必須面對的問題。同時，單片機(jī)課程的應(yīng)用性較強(qiáng)，與實際聯(lián)系較為緊密，對動手能力的要求也相對較高。因此，如何將課程的理論與實踐緊密結(jié)合起來，使得課程教授能夠取得良好的效果，達(dá)到培養(yǎng)高質(zhì)量應(yīng)用型人才的要求，也是一個值得探討的問題。

一、單片機(jī)實踐教學(xué)中普遍存在的問題

由于單片機(jī)課程在電子類專業(yè)中的重要性，許多高校與教師都在探討如何提高課程的教學(xué)質(zhì)量。[1-4]而單片機(jī)課程的應(yīng)用性較強(qiáng)，理論教學(xué)與實驗教學(xué)結(jié)合緊密，因此教學(xué)中普遍存在一些問題，導(dǎo)致教學(xué)效果不佳。

1.教學(xué)內(nèi)容與實際應(yīng)用脫節(jié)

單片機(jī)課程與一般的理論課程不同，是一門實踐性極強(qiáng)的課程。因此需要將理論課與實驗實踐課程緊密連接起來才能達(dá)到較好的教學(xué)效果，二者不能脫節(jié)。而在一些學(xué)校的教學(xué)活動中，普遍存在重課堂輕實驗的狀況。同時，擔(dān)任理論課程的教師與實踐課程的教師互相溝通不足，更易導(dǎo)致教學(xué)內(nèi)容與實際應(yīng)用脫節(jié)。

2.教學(xué)實驗方法以及內(nèi)容陳舊

高校實驗內(nèi)容單一、陳舊也是單片機(jī)教學(xué)中普遍存在的問題。大多數(shù)高校的單片機(jī)實驗往往是學(xué)生根據(jù)實驗指導(dǎo)書的內(nèi)容，在實驗箱上接插導(dǎo)線，按照書中的步驟完成實驗，學(xué)生在實驗中較為盲目。同時實驗教學(xué)方法與內(nèi)容都較為陳舊，比如實驗中使用的8155、8255、74LS373等擴(kuò)展芯片的實驗教學(xué)內(nèi)容在實際中大多已被PLD芯片取代。

同樣由于設(shè)備的局限性等諸多原因，導(dǎo)致驗證性實驗較多，設(shè)計性以及綜合性實驗偏少，學(xué)生缺乏興趣，上完全部實驗課程而不知一個簡單的單片機(jī)系統(tǒng)究竟如何開發(fā)的學(xué)生比比皆是，絲毫達(dá)不到培養(yǎng)應(yīng)用型人才的效果。

3.理論教學(xué)與實驗教學(xué)不夠系統(tǒng)

傳統(tǒng)的單片機(jī)理論與實驗教學(xué)往往就單片機(jī)中的某個部分內(nèi)容進(jìn)行教授或者訓(xùn)練。而對于單片機(jī)系統(tǒng)完整的開發(fā)方法、使用的設(shè)備以及應(yīng)用講授較少，學(xué)生面對實驗箱也無法接觸真正的開發(fā)工具與設(shè)備，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)了理論課程，會編寫一些程序，卻不能熟練地利用各種應(yīng)用開發(fā)設(shè)備，更無法開發(fā)完整的單片機(jī)系統(tǒng)。

二、基于單片機(jī)教學(xué)的應(yīng)用型人才培養(yǎng)方法探討

在這種前提下，首先對任課教師提出了較高的要求。任課教師需要不斷提高自身的理論與實際科研水平，在實踐中不斷提高自己的素質(zhì)，才可能高質(zhì)量完成課程的教學(xué)任務(wù)，不至于與實際應(yīng)用脫節(jié)；其次，學(xué)校在制訂單片機(jī)課程的培養(yǎng)大綱時，需要用發(fā)展的眼光看待單片機(jī)課程教學(xué)，由于信息技術(shù)的迅速發(fā)展，單片機(jī)教學(xué)也應(yīng)根據(jù)實際應(yīng)用適當(dāng)微調(diào)，而不能由于已經(jīng)具備了成熟的教學(xué)體系忽略了時代的發(fā)展，導(dǎo)致與實際應(yīng)用脫節(jié)；更重要的是需要以高素質(zhì)應(yīng)用型人才培養(yǎng)為目標(biāo)，合理設(shè)計單片機(jī)教學(xué)方法。

因此，在近年的單片機(jī)教學(xué)摸索中，總結(jié)出基于應(yīng)用型人才培養(yǎng)的單片機(jī)教學(xué)方法，即四層次教學(xué)法：“理論打基礎(chǔ)，實驗幫融會，實踐做貫通，認(rèn)證促拔高”，而參加各類比賽，如電子設(shè)計大賽、飛思卡爾智能車比賽對高素質(zhì)應(yīng)用型人才的培養(yǎng)更可錦上添花。基于應(yīng)用型人才培養(yǎng)的單片機(jī)教學(xué)實踐體系如圖1所示。

1.理論與實驗教學(xué)

在上海電力學(xué)院電子信息系單片機(jī)教學(xué)的課程體系中，理論課程教學(xué)是單片機(jī)教學(xué)的基礎(chǔ)。在學(xué)生沒有任何基礎(chǔ)的情況下，理論教學(xué)可以盡快使得學(xué)生了解、認(rèn)知單片機(jī)的基本知識，掌握編程的基本指令以及內(nèi)部資源的使用方法。同時，除單片機(jī)基本理論教學(xué)之外，還應(yīng)涉及單片機(jī)高級接口技術(shù)等基本知識，如單片機(jī)Can總線接口技術(shù)、單總線接口技術(shù)、SPI總線接口技術(shù)及I2C總線接口技術(shù)等。掌握單片機(jī)接口技術(shù)可使得學(xué)生深入了解單片機(jī)應(yīng)用方法及擴(kuò)展方案，擴(kuò)展課程覆蓋面。

而實驗課程多為基礎(chǔ)性實驗，附加提高性實驗，主要以鍛煉學(xué)生的編程能力為目標(biāo)。實驗課程可幫助學(xué)生在理論學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步掌握單片機(jī)的各個內(nèi)部資源的使用方法，如中斷系統(tǒng)、定時器系統(tǒng)、I/O口、一般接口技術(shù)等基本應(yīng)用。同時實驗還應(yīng)包括單片機(jī)高級接口技術(shù)應(yīng)用，以擴(kuò)展學(xué)生知識面。這些實驗可包括“I2C智能卡的讀寫實驗”、“Can總線應(yīng)用試驗”及“數(shù)字溫度傳感器DS18B20應(yīng)用實驗”等。

2.實踐教學(xué)

在學(xué)生對單片機(jī)理論知識以及編程技術(shù)熟練掌握的基礎(chǔ)上，利用期末兩周時間進(jìn)行實踐課程的教學(xué)。實踐課程教學(xué)以學(xué)生自主開發(fā)一個完整的單片機(jī)系統(tǒng)為主要內(nèi)容，設(shè)計不同的單片機(jī)系統(tǒng)開發(fā)項目，可供學(xué)生選擇。選擇合適的設(shè)計題目是提高單片機(jī)設(shè)計性實驗教學(xué)效果的關(guān)鍵。題目太大、太難會使學(xué)生完成不了，題目太小、太易就達(dá)不到設(shè)計的目的和要求。設(shè)計的內(nèi)容要考慮它的先進(jìn)性、實踐性和實用性。不同的實踐課程項目提供學(xué)生各種相關(guān)電子元器件，從圖紙的設(shè)計開始，到整個系統(tǒng)調(diào)試完成，教師僅僅輔助學(xué)生解決問題，檢查學(xué)生搭建的電路以及流程圖等，所有的硬件設(shè)計以及軟件設(shè)計的內(nèi)容需要學(xué)生獨立完成。整個項目的完成實施過程如圖2所示。由圖2可知，學(xué)生完成項目可分為根據(jù)元器件清單及課題要求設(shè)計電路圖、根據(jù)電路圖搭建實際電路、設(shè)計電路驅(qū)動軟件、分塊調(diào)試系統(tǒng)、系統(tǒng)聯(lián)調(diào)等幾個部分。

具體實踐項目可包括基于微處理器的函數(shù)信號發(fā)生器的設(shè)計、多功能計算器的設(shè)計、定時器的設(shè)計及簡易電子琴的設(shè)計等。以函數(shù)信號發(fā)生器為例，課題要求其應(yīng)輸出多種標(biāo)準(zhǔn)波形信號，如方波、鋸齒波、三角波和正弦波等，輸出信號的波形頻率、幅度應(yīng)可調(diào)，用示波器觀察時波形應(yīng)光滑，周期應(yīng)與設(shè)計的頻率相一致。由課題要求可以看出，項目難度適中，具備實用性。為了提高課題的可實現(xiàn)性，項目實施的過程中教師將任務(wù)分解細(xì)化，即每日任務(wù)指標(biāo)化，并在次日上課時首先檢查前日任務(wù)的完成情況。如多功能計算器課題電路板調(diào)試可分解為“單片機(jī)最小系統(tǒng)模塊”“蜂鳴器驅(qū)動模塊”“液晶顯示模塊”及“鍵盤識別模塊”等，明確每日任務(wù)要求并根據(jù)學(xué)生調(diào)試結(jié)果調(diào)整及時指導(dǎo)方法及指導(dǎo)內(nèi)容。

實踐課程的教學(xué)將單片機(jī)系統(tǒng)硬件設(shè)計、軟件設(shè)計到整個系統(tǒng)的調(diào)試完全融合在一起，教會學(xué)生如何開發(fā)一個完整的單片機(jī)系統(tǒng)，將單片機(jī)整個學(xué)習(xí)內(nèi)容融會貫通。

3.電子設(shè)計工程師認(rèn)證

電子設(shè)計工程師認(rèn)證是中國電子學(xué)會電子信息技術(shù)資格認(rèn)證工作之一，也是中國工程師職稱改革、申請國際互認(rèn)的試點工作之一，是國家正式批準(zhǔn)并認(rèn)可的認(rèn)證體系，也是目前國內(nèi)電子設(shè)計專業(yè)技術(shù)資格唯一的權(quán)威認(rèn)證。上海電力學(xué)院電子信息工程系建立了中國電子學(xué)會電子設(shè)計工程師認(rèn)證考試中心，學(xué)生可報名參加電子設(shè)計工程師認(rèn)證考試。由于認(rèn)證考試分為理論與實操兩個部分。理論考核包括數(shù)字電路設(shè)計及單片機(jī)基本原理，實操考核需要學(xué)生在較短時間內(nèi)設(shè)計一個完整的電子產(chǎn)品，因此考試難度較大，而參加這類認(rèn)證考試將會大大鍛煉學(xué)生的實踐能力，促進(jìn)學(xué)生進(jìn)一步提高自身的應(yīng)用能力，對應(yīng)用型人才的培養(yǎng)有很大的推動作用。

同時，院系積極鼓勵一些單片機(jī)學(xué)習(xí)成績較為突出的學(xué)生參加電子設(shè)計大賽與飛思卡爾智能車比賽，通過更高水平的競賽以及競賽前的輔導(dǎo)使得一部分學(xué)生的應(yīng)用能力得以更大幅度的提高，對于應(yīng)用型人才的培養(yǎng)作用也較為明顯。

三、結(jié)語

通過教學(xué)、實驗、實踐、認(rèn)證考核以及參加大賽等一系列的教學(xué)培養(yǎng)過程，使得大多數(shù)學(xué)生都經(jīng)過了完整的單片機(jī)學(xué)習(xí)訓(xùn)練，并提高了自身的水平，又對學(xué)習(xí)突出的同學(xué)有提升的作用。如一些同學(xué)參加了飛思卡爾智能車大賽，獲得了全國二等獎的好成績。各個培養(yǎng)方法之間結(jié)合緊密，層層推進(jìn)，學(xué)生普遍反映學(xué)到了“真”東西，對應(yīng)用型人才的培養(yǎng)起到了較為明顯的作用，并為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)打下了堅實的基礎(chǔ)。

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（責(zé)任編輯：王祝萍）