應(yīng)用型本科院校單片機(jī)原理及應(yīng)用教學(xué)方法探討

孟祥蓮　溫海洋

摘 要：“單片機(jī)原理及應(yīng)用”是電氣信息類(lèi)相關(guān)專(zhuān)業(yè)的必修課程，也是一門(mén)實(shí)踐性和應(yīng)用性很強(qiáng)的課程。針對(duì)應(yīng)用型本科院校單片機(jī)原理及應(yīng)用課程在實(shí)際教學(xué)過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題，從其教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式和實(shí)踐訓(xùn)練三個(gè)方面進(jìn)行了探索與研究，將項(xiàng)目教學(xué)法引入到教學(xué)中，進(jìn)一步培養(yǎng)和提高學(xué)生的單片機(jī)實(shí)踐應(yīng)用能力。

關(guān)鍵詞：應(yīng)用型本科院校 單片機(jī)原理及應(yīng)用 教學(xué)方法

中圖分類(lèi)號(hào)：G64 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）04（c）-0148-01

單片機(jī)是利用大規(guī)模集成電路技術(shù)把中央處理單元（Center Processing Unit，也即常稱(chēng)的CPU）和RAM、ROM及其他I/O接口集成在一塊芯片上，構(gòu)成一個(gè)最小的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，而現(xiàn)代的單片機(jī)則加上了中斷、定時(shí)及A/D等更復(fù)雜、更完善的電路，使得單片機(jī)的功能越來(lái)越強(qiáng)大，應(yīng)用更廣泛。因此單片機(jī)教學(xué)在電氣信息類(lèi)相關(guān)專(zhuān)業(yè)中越來(lái)越重要，“單片機(jī)原理及應(yīng)用”課程必須理論結(jié)合實(shí)踐，才能取得較好的教學(xué)效果。根據(jù)本課程的特點(diǎn)，結(jié)合應(yīng)用型本科院校以培養(yǎng)應(yīng)用性人才的宗旨，課題組對(duì)該課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式和實(shí)踐訓(xùn)練三個(gè)方面進(jìn)行了探索與研究。

1 單片機(jī)原理及應(yīng)用教學(xué)現(xiàn)狀

目前大多數(shù)高校的理論教學(xué)過(guò)程都是采用先基礎(chǔ)后應(yīng)用的模式，即單片機(jī)硬件結(jié)構(gòu)、指令系統(tǒng)、匯編語(yǔ)言設(shè)計(jì)、外部系統(tǒng)擴(kuò)展、接口技術(shù)和應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)，這種方法雖然思路清晰，但是存在著過(guò)于機(jī)械性的弊端，缺乏生動(dòng)、直觀(guān)的實(shí)物等輔助教學(xué)手段，這樣便使學(xué)生覺(jué)得學(xué)習(xí)單片機(jī)枯燥乏味，沒(méi)有現(xiàn)實(shí)意義，缺乏興趣，嚴(yán)重影響了教學(xué)效果。主要體現(xiàn)有以下兩個(gè)方面的問(wèn)題。

（1）理論教學(xué)中主要講述51單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)和相關(guān)組成部分的工作原理及外圍接口設(shè)計(jì)，軟件編程多是以匯編語(yǔ)言為主。匯編語(yǔ)言語(yǔ)句不直觀(guān)，為完成一個(gè)非常簡(jiǎn)單的操作，匯編語(yǔ)言需要寫(xiě)許多條命令，理解起來(lái)很有難度，很容易讓學(xué)生失去學(xué)習(xí)單片機(jī)的興趣。

（2）實(shí)驗(yàn)教學(xué)中多以驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主，學(xué)生編程后進(jìn)行編譯，將程序下載到單片機(jī)實(shí)驗(yàn)箱上演示。實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)上已經(jīng)寫(xiě)好了連線(xiàn)方式和程序資料，學(xué)生很少獨(dú)立分析程序及其編寫(xiě)代碼。大多數(shù)學(xué)生只追求實(shí)驗(yàn)結(jié)果，對(duì)于整個(gè)硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)和軟件調(diào)試過(guò)程模糊。

2 單片機(jī)原理及應(yīng)用教學(xué)改革初探

針對(duì)單片機(jī)教學(xué)和實(shí)驗(yàn)中存在的問(wèn)題，以培養(yǎng)應(yīng)用型本科學(xué)生為目標(biāo)，結(jié)合工程與應(yīng)用實(shí)際需求，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式和實(shí)踐訓(xùn)練3個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)進(jìn)行改革。

2.1 教學(xué)內(nèi)容的改革

在單片機(jī)原理及應(yīng)用課程第一次授課時(shí)，給學(xué)生展示單片機(jī)行業(yè)的發(fā)展情況、單片機(jī)產(chǎn)品以及單片機(jī)開(kāi)發(fā)公司的招聘信息。讓學(xué)生真正體會(huì)到單片機(jī)技術(shù)的實(shí)用性，激發(fā)他們學(xué)習(xí)的興趣和求知欲。學(xué)生在看到企業(yè)招聘信息后，能夠明確本門(mén)課程的學(xué)習(xí)目標(biāo)。

隨著時(shí)間的推移和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，51單片機(jī)已經(jīng)有了很大的發(fā)展和變化，已經(jīng)派生出來(lái)很多51系列產(chǎn)品，其內(nèi)部資源也變得非常豐富，如看門(mén)狗、PWM、SPI、A/D等。因此，更新單片機(jī)教學(xué)內(nèi)容勢(shì)在必行。在教學(xué)中增加新產(chǎn)品、新技術(shù)的知識(shí)，使得學(xué)生能夠滿(mǎn)足企業(yè)人才的技術(shù)需求。如可以增加I2C總線(xiàn)、SPI總線(xiàn)、CAN總線(xiàn)等內(nèi)容。

為了讓學(xué)生與企業(yè)開(kāi)發(fā)接軌，在講授完匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)之后，加入C51語(yǔ)言的相關(guān)知識(shí)。由于學(xué)生已經(jīng)在大一時(shí)期學(xué)習(xí)過(guò)C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)的課程，只需要在課堂上加以引導(dǎo)，如：C51庫(kù)函數(shù)、C51的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)、C51擴(kuò)展關(guān)鍵字等強(qiáng)調(diào)介紹。同時(shí)，在介紹過(guò)程中采用匯編語(yǔ)言與C51語(yǔ)言對(duì)照的方式講授，學(xué)生就能夠很快掌握單片機(jī)編程。

2.2 教學(xué)模式的改革

采用項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)法，先簡(jiǎn)單后復(fù)雜，將各個(gè)知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)融入到各個(gè)實(shí)際工程模塊中，讓學(xué)生在每一個(gè)項(xiàng)目中學(xué)會(huì)各個(gè)模塊的使用。如：?jiǎn)纹瑱C(jī)的并行接口技術(shù)可以通過(guò)舞臺(tái)燈光系統(tǒng)、國(guó)際交通燈、搶答器項(xiàng)目來(lái)介紹；定時(shí)器和中斷系統(tǒng)可以通過(guò)電子琴、音樂(lè)盒、萬(wàn)年歷項(xiàng)目來(lái)介紹；串行通信接口可以通過(guò)GPRS通信來(lái)介紹；單片機(jī)與A/D、D/A轉(zhuǎn)換器接口可以通過(guò)農(nóng)業(yè)大棚溫濕度采集系統(tǒng)，電子壓力秤來(lái)介紹。這種教學(xué)將“老師講，學(xué)生聽(tīng)”的被動(dòng)教學(xué)模式轉(zhuǎn)變?yōu)椤皩W(xué)生主動(dòng)參與，教師指導(dǎo)”的主動(dòng)教學(xué)模式。教師的教學(xué)和學(xué)生的學(xué)習(xí)都圍繞這些項(xiàng)目來(lái)完成，強(qiáng)調(diào)學(xué)生“學(xué)中做、做中學(xué)”的新型學(xué)習(xí)過(guò)程，極大地激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，創(chuàng)新了教學(xué)模式。

2.3 實(shí)踐訓(xùn)練的改革

通過(guò)課內(nèi)實(shí)驗(yàn)教學(xué)、課程設(shè)計(jì)、大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽等多種渠道實(shí)現(xiàn)真正的創(chuàng)新型實(shí)踐教學(xué)。課堂上引入Proteus和keil軟件的使用，使學(xué)生在課堂上可以對(duì)相關(guān)的軟硬件有一個(gè)直觀(guān)的了解，課內(nèi)實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生將理論授課中的項(xiàng)目通過(guò)Proteus設(shè)計(jì)出仿真的電路圖、用keil軟件編寫(xiě)實(shí)驗(yàn)程序、最終能實(shí)際仿真到效果圖。

課程設(shè)計(jì)周期為2周，在課程設(shè)計(jì)中，學(xué)生選擇教師所給的題目，根據(jù)題目目的和要求查閱相關(guān)資料，學(xué)生從元器件選擇、電路設(shè)計(jì)、PCB板繪制、電路焊接、程序編寫(xiě)到調(diào)試都需要獨(dú)立完成。對(duì)于學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的問(wèn)題教師給予指導(dǎo)，在解決問(wèn)題的過(guò)程中加深了學(xué)生對(duì)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)的理解。

鼓勵(lì)學(xué)生參加大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽、全國(guó)大學(xué)生“飛思卡爾”杯智能汽車(chē)競(jìng)賽、“畢昇杯”全國(guó)電子創(chuàng)新設(shè)計(jì)及物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)競(jìng)賽等面向大學(xué)生的群眾性科技活動(dòng)，提高學(xué)生創(chuàng)新能力、協(xié)作精神、理論聯(lián)系實(shí)際、動(dòng)手能力和工程素質(zhì)的培養(yǎng)。

3 結(jié)論

對(duì)于應(yīng)用型本科院校而言，學(xué)生除了要掌握扎實(shí)的理論基礎(chǔ)知識(shí)，更需要培養(yǎng)較強(qiáng)的實(shí)踐能力、獨(dú)立學(xué)習(xí)能力和獨(dú)立工作能力。培養(yǎng)學(xué)生單片機(jī)實(shí)踐能力是一個(gè)長(zhǎng)期而復(fù)雜的過(guò)程，我們只有立足單片機(jī)原理及應(yīng)用教學(xué)的實(shí)際，逐步深入，取長(zhǎng)補(bǔ)短，推陳出新，新的教學(xué)方法才能日趨完善，也才能更好地適應(yīng)時(shí)代發(fā)展的需要。

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