基于單片機的計算機控制系統實踐教學改革思考

陳 勇　劉麗莎　王 飛　肖紅軍

1. 佛山科學技術學院自動化學院　廣東佛山　528000 2. 深圳職業技術學院　廣東深圳　518055

基于單片機的計算機控制系統實踐教學改革思考

陳 勇1劉麗莎2王 飛1肖紅軍1

1. 佛山科學技術學院自動化學院廣東佛山528000 2. 深圳職業技術學院廣東深圳518055

由于單片機具有功能強、可靠性高、體積小、成本低等優點，在計算機控制系統中等到了廣泛應用。針對大學生計算機控制技術中的單片機系統實踐能力培養，分析了目前課程教學和實踐教學存在的不足，探索了課程設計教學改革，培養學生獨立分析和解決問題的能力，為深化教學改革進行有益的嘗試。

單片機；計算機控制系統；實踐教學；改革

單片機原理和計算機控制技術理論教學的后續課程設計環節是一個很重要的實踐內容，是對大學前期專業知識的高度綜合，課程設計的效果直接影響學生的專業綜合能力的培養。電氣工程及其自動化專業的特點是知識面廣、實踐性強、工程性強，而且計算機控制系統的涉及面也很廣。就目前我校的電氣工程及其自動化專業的本科生而言，由于地方產業對應用型人才需求的定位，教學過程中計算機控制系統課程設計內容主要是針對以單片機為主MCU的系統設計。因此，為了提高該門課程設計的效果，有必要專門對基于單片機的計算機控制系統實踐教學進行改革和探討。

1　單片機及計算機控制系統課程教學現狀及存在的問題

單片機是電氣工程及其自動化專業的一門重要的基礎專業課， 具有很強的生命力，直接影響到學生的電子設計能力和后續課程的學習。這門課程不僅要求學生掌握繁雜的基礎知識，更要求他們能夠應用與本課程相關的技術(如Protel制圖、KEIL51仿真、焊接、調試等)，最終能夠利用單片機解決應用系統設計問題。按照人才培養方案，在課程理論授課之后，開設有單片機原理與應用實驗(單獨開課)實踐環節。從現今的教學情況來看，單片機理論課程的開設使學生有一定的系統思維視角，取得了一定的效果。但是也存在一些不足：(1)由于課程的性質原因，使得基礎原理的講授內容枯燥乏味，學生積極性不高，造成一種“知其然不知其所以然”的情況；(2)理論與應用聯系不多，學完后造成相當一部分學生只懂理論不懂怎樣應用；(3)考核方法單一，通常只是采用筆試的方式進行考核，而筆試考核方式往往只考查書本中的基礎知識部分，使得學生學習的重點都放在了基礎知識部分；(4)限于前期知識的學習效果不扎實，實踐環節的效果不理想。

計算機控制技術理論課程則是在學生已學高等數學、工程數學、電子技術、單片機技術、自動控制原理等前期課程知識的基礎上，從計算控制系統的模型、設計方法、控制算法、總線技術、應用軟件設計、設計舉例(包含溫度控制系統、直流電機調速系統、變頻恒壓供水系統等)等幾個部分講解。由于學生前期知識和課時的原因，也存在一些缺陷：(1)由于課程的綜合性特點，導致課程的內容多而雜，授課過程效果不佳，有蜻蜓點水的形式。尤其對于基礎不牢固、學習自覺性不高、自學能力不強的學生來說，收效不大；(2)由于缺乏實際的項目經驗，導致學生對知識的應用背景理解不深，直接影響到了學生的學習積極性；(3)課程考核方法偏于理論，與課程的實踐性特點存在一定差距。

單片機、計算機控制技術課程的極強的實踐性要求是導致以上兩門課程教學效果欠佳的主要原因。為此，有必要在深化單片機、計算機控制技術課程教學改革的基礎上，結合教育教學規律和專業教學實際，針對以往實踐教學環節中存在的主要問題，探討新的實踐教學模式，以提高學生的基于單片機的控制系統設計能力和工程意識為核心，對計算機控制技術實踐教學環節進行了建設和改革。

2　計算機控制技術課程設計現狀

計算機控制技術課程設計是單片機技術、計算機控制技術課程后續重要的課程設計實踐環節，按照人才培養方案，安排在第六學期十六、十七周進行，時間為2周。該環節要求學生結合實際設計一個以單片機為核心的計算機控制系統，包括硬件電路和軟件系統的設計，使學生對系統的硬件電路設計能力和軟件編程能力得到綜合訓練。

目前的做法是：在第六學期15周召開“計算機控制系統課程設計”動員大會，就課程設計的目的、意義、組織、任務做出總的部署、要求學生在指導教師的指導下選題、查資料、文獻，并進行討論，最后完成系統硬件電路及軟件流程的設計，通過仿真測試后，進行系統安裝，給出具體的系統安裝結果，最終形成設計報告。

但是，在實行的過程中，存在一些不盡人意的問題：(1)提供的選題有十余個，難度大的題目選的人少，難度小的題目選的人多，有些題目沒有人選，實際做的題目數量并不多；(2)十六、十七周是學生復習應考的集中時段，導致教師的監控存在難度，學生投入精力有限；(3)課題驗收時存在同題目學生的相互借鑒甚至抄襲現象，文檔和實物的驗收時教師的把握很難做到完全準確，導致部分學生存在僥幸心理和懶惰心理。

3　基于任務驅動的計算機控制系統課程設計實踐教學模式探討

下面主要對以單片機為主處理器的計算機控制系統課程設計實踐教學改革進行探討。

任務驅動教學法是學生在整個教學過程中處于主動地位，教師以任務的形式加以引導。學生根據自己對當前問題的理解，通過查閱資料、相互討論等形式，運用已有知識和經驗提出設計方案并解決問題。這種教學方式改變了傳統實踐環節按部就班、方式方法普遍一致的狀況，使學生處于積極的學習狀態，培養了學生的自學能力、創新精神和合作意識。

具體針對該課程設計環節，要注意以下幾個問題。

(1)教師自我重定位，由傳統的“主導”地位轉化到促進學生學習、引導學生成功的“輔助”地位，將教材內容進行重新整合，把知識點隱含在任務之中，題目要結合企業實際并難度要適中。

(2)創建需要的教學情境，能夠滿足教師和學生的要求，完善與提高實驗環境，如：可以考慮添置一些面包板、常用元器件等，盡量少用現成的開發板。

(3)給學生布置任務，促使學生的地位由“被動”接受變成“主動”學習，通過積極完成任務的過程尋求知識，并不斷獲得成就感，增強自己的自信心，從而取得成功。課題題目可以通過教學組討論后確定下來，在第六學期開學之初就布置下去，讓學生帶著問題進行學習。課題任務要明確具體，一般要包含：采樣、顯示、鍵盤、中斷、定時/計數、通信等內容。選題每一年有一定的更新或改進，與往年的題目重復率至少小于20%，跟上學生的就業需求。

(4)完全按照產品開發過程安排課程設計步驟，即：接受任務—方案選擇—電路設計—電路板設計—電路板安裝—軟件編寫—調試—測試—完成。學生可以自主選擇一些感興趣的題目，但題目必須通過學院審批同意，符合要求。

(5)一人一題，杜絕雷同或相似度過高的題目，每一個課題都由學生單獨完成，面包板采取編號的方法，驗收時采用作品、提問和設計報告相結合的方式考核，重在考察學生的動手能力和系統設計的思想。

4　幾點建議

(1)教師統一思想，使教師認識到實踐環節的重要性。

(2)將課程設計的成績直接納入理論課程的考核，改變學生重理論輕實踐的作風。

(3)適當延長課程設計的時間。

(4)集體驗收，采取答辯的形式。

5　結束語

針對計算機控制技術這種側重實踐應用的課程中理論與實踐結合脫節的問題和前一階段課程設計中存在的一些困惑，可以考慮以任務驅動的方式提高課程設計效果。讓學生對需要用到的知識全面地學習和綜合地應用，熟悉開發基于單片機的計算機控制系統的流程，掌握計算機控制應用系統的硬件設計、軟件編寫調試的基本技能，能夠具備在控制領域自主開發單片機測控小系統、協助大系統研發的基本素質，為以后的工作打下良好的基礎。

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On the Practice Teaching Reform of Computer Control System Based on Single Chip Microcomputer

Chen Yong1, Liu Lisha2, Wang Fei1, Xiao Hongjun1
1. School of Automation, Foshan University, Foshan, 528000, China 2.Shenzhen Polytechnic, Shenzhen, 518055, China

Microcontroller is widely used in computer control system for its strong function, high reliability, small volume and low cost. According to the college students' practical ability training of computer control system technology with single chip microcomputer, deep teaching reform attempt is explored based on the analysis of current lack of practice teaching, curriculum design and teaching reform which can cultivate the students' ability of analyzing and solving problems independently.

single chip microcomputer; computer control system; practice teaching; reform

2016-04-07

陳勇，博士，副教授。

廣東省高等教育教學改革項目(編號：GDJG 20142364)；廣東省“創新強?！獞眯腿瞬排囵B示范專業”項目。