淺談中職學(xué)校單片機課程教學(xué)改革

文/信宜市職業(yè)技術(shù)學(xué)校 李 燦

隨著計算機技術(shù)、微電子技術(shù)的發(fā)展，單片機技術(shù)在智能儀器儀表、智能傳感器、數(shù)據(jù)采集與處理、家電和計算機控制系統(tǒng)等領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。近年來，我校有一部分學(xué)生畢業(yè)后從事有關(guān)單片機技術(shù)的開發(fā)與研究工作，這方面的人才需求量很大，就業(yè)前景好。因此，工程類專業(yè)尤其是計算機應(yīng)用、電子信息工程、自動化、測控技術(shù)與儀表、機電一體化等專業(yè)的學(xué)生學(xué)習(xí)和掌握單片機應(yīng)用技術(shù)是十分必要的。

在現(xiàn)行的教學(xué)體系下，單片機課程教學(xué)偏重于單片機原理及系統(tǒng)各部件的介紹，在系統(tǒng)性方面存在一定的缺陷，使得學(xué)生在后續(xù)課程學(xué)習(xí)和設(shè)計中應(yīng)用單片機知識的能力顯得比較薄弱。學(xué)生學(xué)完這門課程后未能建立單片機應(yīng)用系統(tǒng)的清晰概念,仍然無法掌握單片機應(yīng)用系統(tǒng)的基本設(shè)計方法，單片機應(yīng)用能力也就無從談起。因此，如何激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的單片機應(yīng)用能力，掌握單片機應(yīng)用技術(shù)，成為當(dāng)前中職學(xué)校單片機課程教學(xué)亟待解決的問題。在這幾年的單片機課程教學(xué)改革與實踐中，運用系統(tǒng)論的觀點，將理論教學(xué)和實驗教學(xué)的改革統(tǒng)籌考慮，筆者構(gòu)建了一個既與實驗教學(xué)多層面改革有機結(jié)合，又與理論教學(xué)多層面改革相互聯(lián)系的單片機課程教學(xué)體系。

一、教學(xué)內(nèi)容的改革

1.以單片機應(yīng)用系統(tǒng)為教學(xué)主線

在傳統(tǒng)的教學(xué)模式中，單片機課程都是按照“結(jié)構(gòu)”“指令”“編程”“接口應(yīng)用”的體系來授課。這樣的授課體系只有在課程即將結(jié)束時學(xué)生才能接觸到基本的單片機應(yīng)用系統(tǒng)，而此前的學(xué)習(xí)由于目標(biāo)不明確，學(xué)生普遍反映單片機課程內(nèi)容龐雜、頭緒紛亂、枯燥無味、無所適從，無法形成單片機應(yīng)用系統(tǒng)的完整概念，在此課程的學(xué)習(xí)上容易喪失信心。為了克服這種無系統(tǒng)概念，不結(jié)合實際應(yīng)用系統(tǒng)，孤立地分類講授軟硬件知識的教學(xué)方法，單片機課程教學(xué)應(yīng)將單片機應(yīng)用系統(tǒng)作為教學(xué)主線貫穿始終。

在講授第一堂課時，首先向?qū)W生展示并演示單片機應(yīng)用系統(tǒng)在日常生活中的典型應(yīng)用實例，如多功能電腦時鐘、公交車語音報站系統(tǒng)等，通過演示使學(xué)生建立單片機應(yīng)用系統(tǒng)的初步概念，直觀地感受到單片機應(yīng)用系統(tǒng)的實際應(yīng)用。單片機廣泛地運用在日常生活之中，極大地激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和求知欲望，使他們明確了本課程學(xué)習(xí)的目標(biāo)。

在課程中期的各章節(jié)學(xué)習(xí)過程中，時刻注意強調(diào)系統(tǒng)的概念。如在講授單片機并行I/O接口時，就以AT89C51單片機P1口組成的簡單測控系統(tǒng)為實例，向?qū)W生詳細分析該系統(tǒng)的軟、硬件工作原理和實際應(yīng)用，并利用仿真軟件演示系統(tǒng)的運行結(jié)果。

在課程后期，以一個實際的現(xiàn)場控制系統(tǒng)為重點實例，系統(tǒng)地向?qū)W生講解單片機應(yīng)用系統(tǒng)從硬件設(shè)計、軟件設(shè)計、匯編、模擬仿真、調(diào)試，直至脫機運行等系統(tǒng)開發(fā)的全過程。這種建立在應(yīng)用系統(tǒng)上的逐步擴展、循環(huán)上升的教學(xué)方法，教學(xué)目的非常明確，就是要求學(xué)生利用單片機來完成相應(yīng)的任務(wù)要求。

這種授課體系有助于學(xué)生從學(xué)習(xí)該課程開始就建立起單片機應(yīng)用系統(tǒng)的概念，由簡單的應(yīng)用到復(fù)雜的應(yīng)用，使學(xué)生的學(xué)習(xí)由被動變?yōu)橹鲃樱瑧?yīng)用單片機進行開發(fā)的思路逐漸由模糊變得清晰，逐步掌握單片機開發(fā)技巧，以培養(yǎng)學(xué)生獨立開發(fā)與應(yīng)用的能力。在實驗內(nèi)容上精心設(shè)計，以系統(tǒng)設(shè)計性實驗為主線，由學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中獨立地、有創(chuàng)造性地完成單片機應(yīng)用系統(tǒng)的硬件設(shè)計和程序設(shè)計，在課程結(jié)束時拿出一個完整的作品。

2.以能力培養(yǎng)為目標(biāo)

單片機課程是一門技術(shù)性、應(yīng)用性很強的技術(shù)基礎(chǔ)課。在單片機課程教學(xué)過程中要注意與學(xué)生的實踐活動緊密結(jié)合，即與實驗、學(xué)生課外科技活動、電子設(shè)計競賽、單片機技術(shù)的發(fā)展相結(jié)合，注重培養(yǎng)和提高學(xué)生的實踐動手能力和創(chuàng)新能力。

根據(jù)本門課程的特點，并結(jié)合各專業(yè)的實際情況重新修訂各專業(yè)的培養(yǎng)方案，在新的培養(yǎng)方案中增加單片機課程設(shè)計、電子綜合設(shè)計等實踐環(huán)節(jié)。重新修訂單片機課程教學(xué)大綱，編寫實驗指導(dǎo)書。在新大綱中增加實驗學(xué)時的比例，設(shè)計性實驗和綜合性實驗所占比例達到90%以上。所有實驗均要求學(xué)生一人一組獨立完成，為學(xué)生學(xué)好單片機技術(shù)、提高單片機應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)能力提供了良好的實驗環(huán)境。

“興趣是最好的老師”，教師的主要任務(wù)不只是單純地傳授知識，更重要的是激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使他們有一種強烈的求知欲望和熱情，引導(dǎo)他們自覺投入到學(xué)習(xí)中去。在教學(xué)過程中注重強調(diào)能力的培養(yǎng)和知識的應(yīng)用。教師在講授完理論知識后，引導(dǎo)學(xué)生自己動手制作電子作品，讓他們在實踐中加深對理論知識的理解。學(xué)生每完成一步制作，便感到離成功更近了一步，因而會有一種成就感。激發(fā)了他們的學(xué)習(xí)興趣，增強了學(xué)習(xí)信心，變被動地接受知識為主動地獲取知識。

3.與時俱進，不斷更新教學(xué)內(nèi)容

精心組織教學(xué)內(nèi)容，將C51引入教學(xué)和實驗中。C51是當(dāng)前流行的專用于單片機開發(fā)的C語言，同匯編語言相比，C51具有上手容易、開發(fā)效率高、開發(fā)周期短、易讀和易改等特點。與此相配合，積極引導(dǎo)學(xué)生使用專為MCS - 51單片機應(yīng)用開發(fā)的交叉開發(fā)平臺Keil，以加強培養(yǎng)學(xué)生對C語言的編程能力。總線擴充與單片機應(yīng)用直接相關(guān)的部分是系統(tǒng)擴展和接口技術(shù)，現(xiàn)有的教材對并口擴展和RS232串口總線講得多，對“熱門芯片”(這正是產(chǎn)品開發(fā)者和企業(yè)最關(guān)心的關(guān)鍵部分)中采用的I2C 總線、SP I總線、CAN 總線及單總線(1 - Wire)技術(shù)卻很少涉及。為此，可自行設(shè)計3塊單片機應(yīng)用系統(tǒng)板，在這些應(yīng)用板中引入具有上述技術(shù)的“熱門芯片”。學(xué)生可以利用該應(yīng)用板進行實驗、課程設(shè)計和課外科技活動等。

二、教學(xué)方法及教學(xué)手段的改革

1.采用EDA軟件，建立單片機虛擬實驗室

由于實驗室時間和空間的限制，學(xué)生進入實驗室進行實驗的機會有限。在教學(xué)實踐中，引入了Proteus仿真軟件及Keil編譯軟件。只需要1臺計算機，學(xué)生就可以利用該軟件建立起自己的單片機實驗室。在寢室的計算機上，學(xué)生可以在自己的單片機實驗室進行各種單片機的相關(guān)實驗。在虛擬實驗室中進行實驗，實驗方式靈活、實驗內(nèi)容豐富、實驗過程中無器材消耗、不受時間和空間的限制，可以最大限度地滿足學(xué)生學(xué)習(xí)單片機知識的需求、啟發(fā)學(xué)生的思維、激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造能力。

在單片機課程學(xué)習(xí)中，所有的硬件電路設(shè)計及其軟件都可在Proteus及Keil平臺上進行，這對于學(xué)生深入學(xué)習(xí)具有巨大的幫助。Keil軟件可完成單片機軟件設(shè)計調(diào)試，Proteus軟件可對模擬電路、數(shù)字電路、模數(shù)混合電路、單片機及外圍元器件進行系統(tǒng)仿真。Proteus仿真軟件上有國際通用的虛擬儀器及電子元器件庫。通過使用這些EDA軟件，學(xué)生可以方便地進行電路原理圖的設(shè)計和仿真測試,觀察電路的工作狀態(tài)及軟件運行后的變化情況。Proteus軟件極大地拓展了學(xué)生動手實踐的時間和空間，降低了學(xué)習(xí)成本,提高了學(xué)習(xí)效果。對學(xué)生的實驗、課程設(shè)計和電子設(shè)計競賽等具有很大的幫助。

2.采用CAI課件教學(xué)，提高課程的生動性

采用自制的多媒體課件教學(xué)，利用單片機仿真軟件將實驗實踐環(huán)節(jié)的內(nèi)容，以演示實驗的形式在課堂教學(xué)中演示，并進行程序分析，不僅可以將抽象的概念和較難理解的知識點講得生動直觀、通俗易懂，而且能夠增強學(xué)生的感性認識，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

除了注重課堂教學(xué)外，課外組織學(xué)生成立單片機興趣小組，指導(dǎo)學(xué)生利用所學(xué)知識開發(fā)、制作一些感興趣或?qū)嵱玫男∽髌贰Ｍㄟ^這些手段，一方面，有利于鞏固理論知識，縮短從理論知識到實際應(yīng)用的過程；另一方面，可以使學(xué)生產(chǎn)生一種成就感，有利于培養(yǎng)他們的學(xué)習(xí)興趣，增強其創(chuàng)新意識，提高其實際應(yīng)用能力。

3.充分利用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源,豐富課外輔導(dǎo)手段

把單片機課程的CAI課件、理論和實踐練習(xí)題、模擬試題和網(wǎng)上自測題等提供在校園網(wǎng)上，供學(xué)生隨時上網(wǎng)自學(xué)。另外，教師把一些有關(guān)單片機知識的網(wǎng)站和一些優(yōu)秀的課件鏈接到網(wǎng)頁上，供學(xué)生瀏覽學(xué)習(xí)。

4.開放實驗室,鼓勵學(xué)生利用課余時間進實驗室

單片機實驗室面向全校學(xué)生全面開放，以培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識、創(chuàng)新精神和開拓能力。開放實驗室以跨學(xué)科跨專業(yè)的創(chuàng)新型、研究型、綜合型實驗項目為主，吸引學(xué)生利用課余時間到單片機實驗室參加實驗、制作、發(fā)明和從事創(chuàng)造活動。

三、結(jié)束語

單片機是一門技術(shù)性、應(yīng)用性較強的課程，傳統(tǒng)的教學(xué)方法已不能適應(yīng)當(dāng)今技術(shù)的發(fā)展和教學(xué)的要求，因此，單片機課程的教學(xué)改革勢在必行。在單片機課程教學(xué)改革中，建立以單片機應(yīng)用系統(tǒng)為教學(xué)主線，以學(xué)生能力培養(yǎng)為目標(biāo)的單片機課程教學(xué)體系。在整個教學(xué)過程中，將理論和實際相結(jié)合貫穿始終。在教學(xué)實踐中，對教材內(nèi)容進行調(diào)整，不斷改進教學(xué)方法，運用多種教學(xué)手段，注重由淺入深、循序漸進，加強學(xué)生應(yīng)用能力的培養(yǎng)。單片機課程教學(xué)改革受到了學(xué)生的好評，取得了較好的效果。電子技術(shù)應(yīng)用專業(yè)學(xué)生多次在茂名市技能競賽中,采用單片機技術(shù)設(shè)計的“數(shù)控直流電流源”和“搶答器”獲得了一等獎的好成績。

單片機技術(shù)發(fā)展極快，要講好該門課程，要求教師具有相當(dāng)?shù)膶嵺`經(jīng)驗和科研能力，并且要不斷地學(xué)習(xí)充實自己。教學(xué)是一門藝術(shù)，教學(xué)過程是一項復(fù)雜的系統(tǒng)工程，要建立一個完善的、更加合理的單片機課程教學(xué)體系，還需要不斷地進行探索和實踐。