機(jī)電類(lèi)專(zhuān)業(yè)單片機(jī)原理與應(yīng)用課程教學(xué)改革探索

王淑珍

洛陽(yáng)理工學(xué)院機(jī)電工程系 河南洛陽(yáng) 471003

機(jī)電類(lèi)專(zhuān)業(yè)單片機(jī)原理與應(yīng)用課程教學(xué)改革探索

王淑珍

洛陽(yáng)理工學(xué)院機(jī)電工程系 河南洛陽(yáng) 471003

以培養(yǎng)學(xué)生單片機(jī)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)能力為目標(biāo)，從教學(xué)方法、教學(xué)手段、考核方式、實(shí)踐教學(xué)和網(wǎng)絡(luò)課程建設(shè)等幾個(gè)方面對(duì)機(jī)電類(lèi)專(zhuān)業(yè)單片機(jī)原理與應(yīng)用課程教學(xué)進(jìn)行了改革探索。

單片機(jī)；教學(xué)改革；網(wǎng)絡(luò)課程；機(jī)電類(lèi)專(zhuān)業(yè)

Abstract: To train students' development and design ability of single-chip microcomputer (SCM) application system, the reform of SCM teaching for electromechanical speciality students was explored in the aspects of teaching method, teaching means, checking ways, practice teaching and network course construction in this paper.

Key words: single-chip microcomputer; teaching reform; network course; electromechanical speciality

計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展速度和應(yīng)用普及程度是人們始料不及的，單片機(jī)已應(yīng)用到工業(yè)過(guò)程控制，儀器儀表等許多領(lǐng)域，對(duì)人類(lèi)社會(huì)產(chǎn)生了巨大影響[1]。單片機(jī)原理與應(yīng)用是機(jī)電類(lèi)學(xué)生的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課，該課程要求學(xué)生掌握單片機(jī)軟件編程和硬件設(shè)計(jì)，具有在本專(zhuān)業(yè)及相關(guān)領(lǐng)域中的單片機(jī)開(kāi)發(fā)能力[2]。學(xué)習(xí)單片機(jī)原理與應(yīng)用是機(jī)電類(lèi)學(xué)生掌握計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，同時(shí)該課程也為后續(xù)相關(guān)課程的學(xué)習(xí)及畢業(yè)設(shè)計(jì)等打下了技術(shù)基礎(chǔ)。

目前機(jī)電類(lèi)學(xué)生在學(xué)習(xí)單片機(jī)原理與應(yīng)用課程中主要有以下問(wèn)題：(1)機(jī)電類(lèi)學(xué)生的程序編寫(xiě)能力和硬件設(shè)計(jì)能力較差。在學(xué)習(xí)本課程前，機(jī)電類(lèi)學(xué)生一般只學(xué)過(guò)高級(jí)語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)和最基本的電工電子課程，沒(méi)有系統(tǒng)學(xué)過(guò)微機(jī)原理及匯編程序設(shè)計(jì)，所以在學(xué)習(xí)該課程時(shí)普遍感覺(jué)課程抽象，內(nèi)容多，難以掌握。(2)學(xué)生對(duì)單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)在機(jī)電控制領(lǐng)域中的應(yīng)用和意義認(rèn)識(shí)不清，學(xué)習(xí)積極性不高。大部分學(xué)生認(rèn)為該課程和自己的專(zhuān)業(yè)關(guān)系不大，導(dǎo)致其學(xué)習(xí)被動(dòng)，學(xué)習(xí)效果差。(3)該課程學(xué)時(shí)偏少，實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)比較薄弱。機(jī)電類(lèi)專(zhuān)業(yè)的單片機(jī)課程總學(xué)時(shí)一般為32～48學(xué)時(shí)，其中實(shí)驗(yàn)一般為8學(xué)時(shí)，任課教師為了讓學(xué)生能夠系統(tǒng)學(xué)習(xí)單片機(jī)的基礎(chǔ)理論知識(shí)，往往在教學(xué)安排上對(duì)實(shí)踐教學(xué)重視不夠，使大部分學(xué)生對(duì)一些記憶性的內(nèi)容掌握得較好，但應(yīng)用和創(chuàng)新能力較弱，沒(méi)有達(dá)到應(yīng)有的學(xué)習(xí)效果。

由于單片機(jī)原理與應(yīng)用課程本身概念多且抽象難懂[3]，涉及的知識(shí)面廣，信息量大，使學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中無(wú)從下手，學(xué)習(xí)積極性不高。另外，機(jī)電類(lèi)專(zhuān)業(yè)學(xué)生的電類(lèi)及微機(jī)原理類(lèi)知識(shí)基礎(chǔ)較薄弱，造成了該課程難教難學(xué)的局面，一些學(xué)生學(xué)完該課程后，不能理解和掌握單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，不會(huì)應(yīng)用相關(guān)仿真及設(shè)計(jì)軟件，不具有設(shè)計(jì)應(yīng)用能力。因此，如何提高機(jī)電類(lèi)學(xué)生學(xué)習(xí)單片機(jī)的興趣，培養(yǎng)其開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)能力，是當(dāng)前機(jī)電類(lèi)專(zhuān)業(yè)單片機(jī)教學(xué)中必須解決的問(wèn)題，為此，筆者對(duì)該課程的教學(xué)改革進(jìn)行了一些探索。

1 教學(xué)方法的改革嘗試

由于單片機(jī)課程實(shí)用性很強(qiáng)，教師教學(xué)中首先要與實(shí)際系統(tǒng)相結(jié)合，例如：上第一節(jié)課時(shí)拿一個(gè)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)實(shí)物進(jìn)行演示，使學(xué)生對(duì)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)有完整的認(rèn)識(shí)，調(diào)動(dòng)其學(xué)習(xí)的積極主動(dòng)性。隨后，引導(dǎo)學(xué)生思考單片機(jī)需要哪些部件可以實(shí)現(xiàn)上述應(yīng)用系統(tǒng)的功能？讓學(xué)生思考討論后，教師再系統(tǒng)地給學(xué)生講解課程內(nèi)容，結(jié)合實(shí)物講其組成、主要講授芯片—AT89C51的外部引腳、功能和使用方法及其基本功能部件CPU，RAM，ROM與定時(shí)器/計(jì)數(shù)器以及I/O接口[1]，并對(duì)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)所必需的外圍電路進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹，引起學(xué)生的好奇心。

在課堂教學(xué)中采用啟發(fā)式和比擬教學(xué)方法。教師在講授知識(shí)的過(guò)程中要引導(dǎo)學(xué)生不斷發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，提高其學(xué)習(xí)興趣。在每章的開(kāi)始，首先強(qiáng)調(diào)學(xué)生應(yīng)該掌握和了解的內(nèi)容以及具體的學(xué)時(shí)安排，教師在課堂上只講主要內(nèi)容以及該部分重點(diǎn)、難點(diǎn)，對(duì)一些僅需要了解或特別簡(jiǎn)單的問(wèn)題，可以讓學(xué)生在課下自學(xué)。另外，課堂作業(yè)一定要有一些有難度的擴(kuò)展性思考題，使學(xué)生有機(jī)會(huì)做深度思考。對(duì)于學(xué)生難以理解的內(nèi)容，可以采取比擬法教學(xué)，例如，在程序設(shè)計(jì)教學(xué)環(huán)節(jié)中，可以將單片機(jī)比作人腦，單片機(jī)的系統(tǒng)指令相當(dāng)于人所掌握的詞匯，我們表達(dá)思想需要將詞匯組合起來(lái)形成語(yǔ)言，同理，針對(duì)某個(gè)特定問(wèn)題，我們要將指令組合形成一個(gè)有實(shí)際意義的程序供單片機(jī)執(zhí)行。

采用專(zhuān)題教學(xué)方法讓學(xué)生掌握學(xué)習(xí)的方法和步驟。學(xué)生感覺(jué)學(xué)習(xí)單片機(jī)課程非常困難，部分原因在于沒(méi)有把握住該課程的學(xué)習(xí)方法，教師應(yīng)該給學(xué)生一把學(xué)習(xí)的鑰匙，用科學(xué)的方法指導(dǎo)他們學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)。循環(huán)程序的編寫(xiě)是令許多學(xué)生頭疼的問(wèn)題，我們將這類(lèi)題目做一個(gè)教學(xué)專(zhuān)題講解，分三步進(jìn)行：(1)讓學(xué)生學(xué)會(huì)閱讀編程要求，分析清楚循環(huán)初始條件、循環(huán)結(jié)束條件、循環(huán)內(nèi)容等。(2)引導(dǎo)學(xué)生編寫(xiě)簡(jiǎn)單的沒(méi)有循環(huán)的單次運(yùn)行程序。(3)尋找程序運(yùn)行中的變量，在單次運(yùn)行程序中加上循環(huán)體，完成循環(huán)程序設(shè)計(jì)。學(xué)習(xí)過(guò)程中要求學(xué)生每個(gè)循環(huán)程序的設(shè)計(jì)都嚴(yán)格按照這三個(gè)步驟進(jìn)行。經(jīng)過(guò)幾次練習(xí)，學(xué)生基本上都能順利地按要求編寫(xiě)出循環(huán)程序。

2 改革教學(xué)手段，在課堂教學(xué)中引入多媒體和仿真模擬軟件

在傳統(tǒng)的課堂教學(xué)模式中，教師主要通過(guò)語(yǔ)言傳遞信息，學(xué)生只能被動(dòng)接受教師所講內(nèi)容，而且教師的課程進(jìn)度只能根據(jù)大部分學(xué)生的學(xué)習(xí)水平安排，不能兼顧“兩頭”的學(xué)生，特別是不能兼顧學(xué)習(xí)成績(jī)差的學(xué)生，學(xué)生和教師都很辛苦，但是整體學(xué)習(xí)效果往往不理想。為了克服上述缺點(diǎn)，在單片機(jī)的課堂教學(xué)中要充分利用現(xiàn)代多媒體教學(xué)資源。我們制作了單片機(jī)原理與應(yīng)用多媒體教學(xué)課件，采用動(dòng)畫(huà)和圖片的方式加深學(xué)生對(duì)教學(xué)內(nèi)容的理解，提高了課堂教學(xué)效果。但是，由于多媒體教學(xué)講課速度一般比較快，課堂信息量大，學(xué)生沒(méi)有自主思考時(shí)間，所以教師在使用多媒體課件時(shí)，要對(duì)授課內(nèi)容認(rèn)真安排，要特別重視鍛煉學(xué)生的思維能力。

為了提高課堂教學(xué)質(zhì)量，我們?cè)诮虒W(xué)中引入了MedWin，Proteus等計(jì)算機(jī)仿真軟件。MedWin是集編輯、編譯/匯編、在線(xiàn)及模擬調(diào)試為一體的單片機(jī)開(kāi)發(fā)工具[4]，在教學(xué)過(guò)程中采用MedWin進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真演示，使學(xué)生可以實(shí)時(shí)觀(guān)察指令執(zhí)行情況，將枯燥難懂的程序分析變得形象、生動(dòng)。Proteus是英國(guó)Labcenter electronics公司研發(fā)的多功能EDA(Electronic Design Automation，電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化)工具軟件[5,6]，同時(shí)支持第三方的軟件編譯和調(diào)試環(huán)境，如MedWin和Keil等。教師可以利用Proteus在課堂上進(jìn)行單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)，并將采用MedWin或Keil調(diào)試好的程序傳送到所設(shè)計(jì)的應(yīng)用系統(tǒng)中，然后在Proteus平臺(tái)上進(jìn)行軟硬件結(jié)合仿真，不但使抽象的教學(xué)變得直觀(guān)，而且訓(xùn)練了學(xué)生的硬件設(shè)計(jì)能力。

3 改革實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，加強(qiáng)實(shí)踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)

單片機(jī)原理與應(yīng)用課程應(yīng)用性強(qiáng)，實(shí)驗(yàn)是提高該課程教學(xué)效果的非常重要的環(huán)節(jié)。實(shí)驗(yàn)不但可以提高學(xué)生的動(dòng)手能力，而且通過(guò)對(duì)課本上抽象命令的應(yīng)用、程序的編制、單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試，加深了其對(duì)理論知識(shí)的理解和實(shí)踐應(yīng)用能力。在我院原來(lái)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，由實(shí)驗(yàn)教師講解實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和詳細(xì)實(shí)驗(yàn)步驟，學(xué)生按部就班在單片機(jī)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上做完全相同的實(shí)驗(yàn)，并且基本上都是驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，大部分學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)根本沒(méi)有興趣，做實(shí)驗(yàn)僅是為了獲得實(shí)驗(yàn)成績(jī)，所以收獲并不大。為此，我們對(duì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)，實(shí)驗(yàn)課上基本取消了驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，如數(shù)據(jù)塊傳送等一些純軟件驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)作為作業(yè)讓學(xué)生在課下通過(guò)MedWin等計(jì)算機(jī)仿真軟件完成。另外，增加了綜合性和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)。為了加強(qiáng)學(xué)生綜合設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)，我們將有內(nèi)在聯(lián)系的知識(shí)安排為一個(gè)實(shí)驗(yàn)，例如將LED顯示器接口及鍵盤(pán)接口安排為一個(gè)實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生根據(jù)教師提供的Proteus工程原理圖編寫(xiě)LED顯示器驅(qū)動(dòng)程序及鍵盤(pán)掃描程序，并采用定時(shí)器實(shí)現(xiàn)電子鐘功能，從而實(shí)現(xiàn)時(shí)間的動(dòng)態(tài)顯示和設(shè)置。為了提高學(xué)生的創(chuàng)新能力，在單片機(jī)綜合實(shí)驗(yàn)中，我們要求學(xué)生根據(jù)單片機(jī)實(shí)驗(yàn)箱所能提供的硬件資源，自行設(shè)計(jì)一個(gè)單片機(jī)應(yīng)用產(chǎn)品，經(jīng)過(guò)MedWin結(jié)合Proteus調(diào)試后，寫(xiě)入實(shí)驗(yàn)箱進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試。

另外，我們充分利用該課程實(shí)踐性、技術(shù)性強(qiáng)的特點(diǎn)，積極引導(dǎo)學(xué)生參加課外科技制作、電子科技制作大賽等第二課堂創(chuàng)新活動(dòng)，并讓有潛力的學(xué)生參與教師的相關(guān)科研項(xiàng)目，極大地提高了學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力和單片機(jī)項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)能力。

4 改革課程成績(jī)考核評(píng)定方法

在原來(lái)的單片機(jī)課程成績(jī)考核評(píng)定中，期末考試成績(jī)一般占總成績(jī)的70%，并且為了提高學(xué)生的考試成績(jī)，重點(diǎn)考核基本理論知識(shí)，考題中記憶型題目偏多，程序設(shè)計(jì)型題目一般比較簡(jiǎn)單，考查學(xué)生應(yīng)用實(shí)踐類(lèi)題目幾乎沒(méi)有，這樣的考核方式不能完全檢測(cè)出學(xué)生學(xué)習(xí)該門(mén)功課的實(shí)際效果，使在平時(shí)學(xué)習(xí)中知識(shí)掌握程度和單片機(jī)應(yīng)用能力不夠的學(xué)生，通過(guò)考前突擊也能取得不錯(cuò)的成績(jī)。我們考慮到單片機(jī)原理與應(yīng)用為技術(shù)應(yīng)用類(lèi)課程，改革了成績(jī)考核評(píng)定方法，側(cè)重于應(yīng)用能力的考核，將成績(jī)?cè)u(píng)定方式改為上課出勤、作業(yè)情況、實(shí)驗(yàn)情況占總成績(jī)20%；學(xué)生自己選題，完成課外設(shè)計(jì)和制作情況占30%；期末考試成績(jī)占50%，并且在試題中增加了實(shí)驗(yàn)考核題。

5 建設(shè)網(wǎng)絡(luò)課程

網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以使教師將各種教學(xué)資源非常方便地放在學(xué)校的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)上并組織實(shí)施教學(xué)活動(dòng)，而且可以及時(shí)更新教學(xué)內(nèi)容。網(wǎng)絡(luò)課程以學(xué)生為中心，為學(xué)生提供了豐富的學(xué)習(xí)資料和采用現(xiàn)代化教學(xué)手段進(jìn)行交互式學(xué)習(xí)的機(jī)會(huì)，是一種很好的課下輔助學(xué)習(xí)手段。為了進(jìn)一步提高學(xué)生學(xué)習(xí)效果，我們利用我院網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)建設(shè)了單片機(jī)原理與應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)課程，將授課計(jì)劃、教學(xué)大綱、電子教案、多媒體課件、測(cè)試題、視頻學(xué)習(xí)資料等進(jìn)行整理，并以教學(xué)單元為組織單位上傳到我院網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)上供學(xué)生自主學(xué)習(xí)，還在該平臺(tái)上設(shè)計(jì)了在線(xiàn)答疑、作業(yè)講評(píng)等交互式的教學(xué)活動(dòng)。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)課程的建設(shè)可以使學(xué)生鞏固課堂教學(xué)內(nèi)容，能夠?qū)纹瑱C(jī)系統(tǒng)應(yīng)用等復(fù)雜的問(wèn)題做深入學(xué)習(xí)和實(shí)踐，并給師生進(jìn)一步學(xué)習(xí)交流提供了平臺(tái)。

6 結(jié)束語(yǔ)

隨著科技的不斷發(fā)展，單片機(jī)及其在各領(lǐng)域的應(yīng)用也在迅速發(fā)展，這就要求教師不斷更新教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法，充分利用多種媒體教學(xué)資源，改革教學(xué)手段，加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)的教學(xué)改革，加快網(wǎng)絡(luò)課程建設(shè)，采取多種有效形式手段，指導(dǎo)和激勵(lì)學(xué)生瀏覽網(wǎng)上教學(xué)資源，并積極參加各種網(wǎng)上教學(xué)活動(dòng)。

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Exploration of reform in teaching principles and applications of single-chip microcomputer of electromechanical speciality

Wang Shuzhen
Luoyang institute of science and technology, Luoyang, 471003, China

2012-07-26

王淑珍，博士，副教授。