單片機實訓課程教學模式探討

張洪洲等

摘要：單片機實訓課程是農業工程類專業非常重要的專業技術課，是后續專業實踐課的基礎。根據目前農業工程類專業單片機實訓課程教學的不足之處，針對新疆地區農業現代化發展的需要，結合塔里木大學的“環塔里木生物多樣性和文化多元性”特色發展宗旨；在單片機實訓課程教學中，對教學過程中的實驗、實習、實訓等方面的教學模式進行探討，在教學過程中取得了一些成績，以期為單片機實訓課程建設提供參考。

關鍵詞：單片機；實訓課程；教學模式

作者簡介：張洪洲（1982-），男，吉林長春人，塔里木大學機械電氣化工程學院，講師；周丹（1984-），女，重慶人，塔里木大學機械電氣化工程學院，講師。（新疆 阿拉爾 843300）

基金項目：本文系塔里木大學高等教育研究項目（項目編號：TDGJ1315）的研究成果。

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）08-0190-02

單片機實訓課程是農業工程類單片機課程教學的重要組成部分。新疆塔里木大學機械電氣化工程學院農業工程下設各專業均開設單片機課程，它是重要的專業基礎課；通過對單片機實訓課程的學習，可以增強農業工程類學生的綜合設計能力，對農業電氣化與現代化有一個準確的定位。單片機實訓課程是將理論課上學到的純理論以實踐的方式重現并且加固。單片機實訓課程的教學質量直接關系到學生的實踐動手能力；通過為學生提供好的教學模式來提高單片機實訓課程的教學質量。

一、傳統單片機實訓教學模式的不足

傳統的單片機實訓課程教學模式有其獨特的優點，但是，隨著社會的進步，科學技術的迅猛發展，新疆農業現代化程度越來越高，面對如此嚴峻的形勢，對人才實際技能的要求不多提高，傳統的實訓教學模式的不足之處越來越明顯。[1-3]例如，在傳統的實訓教學中，依然以理論基礎為主，在單片機實驗教學中，教師只是根據在課堂上所教授的理論知識而進行有針對性的實驗，并且在選擇試驗時完全根據實驗指導書上的實驗例題指導學生實驗。實驗指導書上的一些實驗已經不能滿足當前的需要，并且指導書上的實驗都已經給出了接口電路原理圖、接線圖以及參考程序，這對學生沒有任何挑戰性，只要機械地按照指示連接電路圖，并且將參考程序燒入開發板就成功了。這樣的試驗模式對學生來說，缺少刺激其設計思想的動力，不利于培養學生的實際動手能力。在實驗教學考核中，以實驗結果為考核標準，這樣對一些學生來說不公平，并且會使學生對單片機知其然而不知其所以然。農業工程類專業培養的人才是具有很強的實際動手能力和綜合設計能力的實用性人才，因此，對農業工程類專業單片機實訓模式的改革是十分必要的。

二、實訓課程要點分析

實訓教學是單片機課程教學的重要組成部分，是不可或缺的，[4，5]是學生真正去企業進行實踐性工作的橋梁；要改變原有的教學模式，注重綜合能力的培養，改革實驗教學，強化實踐能力。

1.選擇適合與本專業學生學習的實訓內容

要結合現有的硬件設施、學生的接受能力和新疆建設發展的需要，選擇與之匹配的實訓教學內容。這就要求授課老師對現有的硬件設備水平有清晰的認識；通過前期的理論教學和以往的教學經驗對學生的接受能力進行評估；通過對新疆地區農業現代化發展下對單片機設計需要的技能程度和水平進行調研來確定發展的需要，進而確定單片機實訓課程的授課內容。

2.增加綜合設計性實訓課程，增設開放式實訓課堂

現有的單片機實驗多數都為驗證性實驗，實習也多為驗證性和機械性實習；學生都是按提示將實驗做完。單片機實習都是從電子市場中買回的功能模塊套件，學生只要按照拼圖的方法將元器件焊接到PCB板上，將程序的工程文件燒錄到單片機上，作品的基本功能都能實現，根本就沒有調試環節實習就結束了。因此，應該增加綜合設計性的實訓課程，可以增加學生對單片機實訓課程的興趣，刺激其創新精神，增強學生的整體設計和局部細節設計的思想，強化學生的動手能力；實訓題目內容增加接口電路部分的設計和軟件驅動部分，接口電路復雜了，模擬元器件應用增加，這樣有利于培養學生對元器件的選型和硬件電路調試的能力，軟件驅動部分的增加，還是學生在每一次軟件設計時都不會太容易將程序調試成功，這樣會激發學生的邏輯思維。

以往的實訓課堂都是按時按點的，和學校的作息時間及教學計劃進度等一致，這樣的模式有其優點，但同時也限制了一些對單片機實訓課程有濃厚興趣的學生。應該為這類學生提供一個或多個開放式實訓場所，開放時間不受限制，有興趣的學生在業余時間可以來這里接受培訓，安排相應的老師定期和不定期地為學生進行實訓授課和答疑。這樣在老師的指導下，有興趣的學生會完成一些單片機應用的設計。

三、產學研模式的應用與分析

產學研的教學模式已經廣泛應用到各個學科的教學中；但是，產學研教學模式在單片機實訓教學中還很少被應用。產學研模式是在課程授課時，授課內容針對實際生產的需要設計，學生在學習的過程中有選擇的、有針對性的學習，學習完全是為了生產做準備的。在授課過程中，任課教師要根據實際生產的發展需要、在實際生產中遇到的亟待解決的問題，以及根據現有的生產現狀預測未來生產的需要；根據這些需要，有針對性地進行研發，同時刺激學生的實際研發能力；單片機實訓教學的終極目的就是面向生產，面向研發；因此，產學研模式適合于單片機實訓教學。

在實際生產生活中，單片機的應用很廣泛，尤其是民用生產生活中大多數都是應用在儀器設備等控制上，例如機床的精確控制需要高端工程單片機來實現，交通燈的控制需要單片機的定時控制，樓道中的聲控燈和火災預警系統主控制芯片也是單片機。在農業生產中，單片機的應用也越來越廣泛，現在農業要求精準作業和精量播種，采棉機的復采自動巡航系統，精量播種機的自動識別系統的主控制器都是用單片機設計的；現代人生活的必備工具——汽車，多處應用單片機，例如車載電子中的電子鎖、防盜系統、ABS剎車系統等。針對單片機在這些領域的應用，在教學過程中要引入這些成熟的產品，指導學生模仿式的開發，將這些產品應用到的理論知識吃透，參照成熟的設計方案設計這些功能模塊，掌握前人的設計思想和精髓，將這些工作完成之后，任課教師組織學生針對這些設計在實際應用中存在的不足之處開展嘗試性的研發，完善這些產品的升級。

四、典型案例分析

下面以在生活中或在教學過程中經常會遇到單片機設計案例——交通燈的設計為例進行說明。針對這一例題，應用產學研教學模式進行分析。

問題描述：設計交通燈模擬電路，在某個路口的四個方向分別配有紅、黃、綠三個信號燈，任意選擇單片機的控制管腳。編寫程序實現：南北方向綠燈（東西方向紅燈）時長6s；南北方向黃燈閃爍（東西方向紅燈）時長10s，閃爍間隔為1s；南北方向紅燈（東西方向綠燈）時長6s；南北方向紅燈（東西方向黃燈閃爍）時長10s，閃爍間隔為1s，依次循環。

問題分析：要設計交通燈的模擬電路，因此只需做一個模擬場景；在一塊萬用板上規定東、西、南、北4個方向，在每個方向上安裝紅、綠、黃3個發光二極管，用單片機最小系統通過定時程序控制12個放光二極管的亮滅和持續時間即可完成模擬設計。

完成設計：這個設計重點在于定時程序的編寫，單片機最小系統只需選用通用的STC單片機最小系統模塊即可滿足設計要求；接口電路只需選擇兩組并行口在每個發光二極管上加上拉電阻，通過調節上拉電阻的大小即可調節發光二極管的亮度。

但是，該設計現在產學研教學模式下就需要對系統進行進一步的設計和改進。首先，在實際應用中，交通燈是高亮燈，所以在設計時把發光二極管改成220V耐壓值的燈，這樣就需要在每一個燈上增加繼電器，單片機控制繼電器的吸合和斷開，實現交通燈的亮滅和時間控制。在夜間以及光照強度等自然因素的影響下，現在急需設計一個根據環境變化的自適應控制的智能交通燈，所以在指導學生設計時啟發學生完善智能交通燈的設計。另外，在各大城市的繁忙路口，交通的吞吐量大，而且不確定性和隨機性很大，針對這類城市路口交通燈的設計要先做好調研工作，利用概率學分析，建立路口吞吐量隨時間變化的模型，根據模型選擇合適的算法編程，實現自適應控制，達到節能、高效的效果。

五、結束語

以上是課題組對單片機實訓教學模式改革的一些嘗試。在教學實踐中取得了一些成果，單片機實訓課程教學質量有了明顯提高，學生的實際動手能力顯著提高，學生學習單片機的積極性有很大的提高。

參考文獻：

[1] 楊艷，董秀潔，程東旭.關于單片機實驗室教學改革的幾點思考[J].中國教育技術裝備，2010，36（12）：134-135.

[2] 周鵬，張小剛，王憲磊，何軍.“微機原理與接口技術”課程教學改革探討與實踐的調研報告[J].中國電力教育，2010，161（10）：91-95.

[3] 唐緯.基于“項目驅動”的單片機類課程實踐教學改革[J].實驗室研究與探索，2010，29（5）：130-132.

[4] 貢雪梅.項目教學法在單片機原理課程設計中的應用[J].實驗技術與管理，2009，26（7）：115-116.

[5] 劉萌，鄭煊.基于Proteus的單片機虛擬實驗室的構建[J].山東教育學院學報，2009，（6）：106-108.

（責任編輯：王祝萍）