“設計導向型”微機原理及接口技術課程的教學模式探索

王亞林，余 力，蔡文培，郭 方

（福建工程學院 信息科學與工程學院，福建 福州 350108）

1 設計導向型教學模式的意義

單片機主要應用于測控領域，在工業(yè)自動檢測系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、家電控制、智能儀器儀表等諸多領域都有廣泛的用途.《微機原理及接口技術》課程是電子信息類專業(yè)的重要專業(yè)課程.是一門軟硬件技術結合緊密，理論性和實踐性都很強的課程，本質上是基礎一門應用型的工程技術課程.該課程已在我院電子信息類專業(yè)開辦多年，積累了一定的教學和實踐經驗，我們將理論課、實驗課和應用設計統(tǒng)一起來，將單片機本身各功能模塊的原理性分析與實驗板電路的硬件設計及程序設計進行了較好的結合，從應用的角度與實際的應用系統(tǒng)很好地融合，顛覆傳統(tǒng)的教學方法.

2 設計導向型教學模式的實施過程

2.1 激發(fā)學習興趣的同時立下規(guī)矩

在第1次課中，我們會對單片機的有關概念以及它的用途做一個全面詳實的介紹，除了簡要列舉圖文并茂的應用案例外，還把歷年學生的設計優(yōu)秀作品帶進教室，介紹它們的功能及操作使用，通過形象生動的演示介紹，讓學生真切地感受到單片機系統(tǒng)無所不在，與學習生活很貼近，第1次課就創(chuàng)建一個“單片機系統(tǒng)不僅有用而且有趣”的場景，激發(fā)學生的學習興趣.在培養(yǎng)學生興趣的同時，對這門課的學習方法和態(tài)度提出要求，在課堂，要求學生準時到堂、專注聽課、勤做筆記、積極互動、大膽提問；在課外，應廣泛閱讀、扎實溫習、認真練習、多做實踐、討論請教.并且告知學生考核成績由期末考試，平時學習、作業(yè)、測驗、實驗及實驗考核構成及每部分所占比例.這樣，在第1次課激發(fā)學習興趣的同時就立下規(guī)矩，對學生學習過程的評價有法可依，讓學生有一定的敬畏之心，自覺主動的投入到該課程的學習過程中.

2.2 理論課、實驗課和課程設計的有機統(tǒng)一

課程的學習是一個循序漸進的過程，我們在教學上是通過實驗電路板將各部分有機地串接起來，課程設計也是借助它的電路完成控制程序的設計.該實驗板是由本課題組成員自行開發(fā)制作的實驗設備，特點是：體積小，攜帶方便，在實驗、課程設計等各實踐環(huán)節(jié)中，學生人手一機，可以在課余時間完成擴展的實驗與系統(tǒng)設計，效果與開放性實驗是相同的.以該實驗板作為教學案例，我們編寫了實驗板測試程序，作為實驗板功能檢測與程序示例提供給學生閱讀使用，對每個模塊、每條指令功能都進行了注釋，極大的方便了學生的閱讀理解.在介紹有關章節(jié)的理論知識時，我們就會以實驗板相應部分的接口電路作為例子進行硬件電路的分析并介紹測試程序的有關模塊，這樣學生就會對一個完整應用系統(tǒng)的硬件和軟件如何設計有深刻的理解.實驗是設計應用系統(tǒng)學習過程中必不可少的重要實踐環(huán)節(jié)，通過實驗，使學生掌握單片機開發(fā)工具的使用、程序設計與調試的方法；掌握常用接口電路與單片機的連接方法；培養(yǎng)學生的設計能力、操作等能力，從而為兩周的課程設計打下堅實的基礎.在第1次課我們就會把有關的學習資料，包括單片機開發(fā)工具、Keil軟件的使用、測試程序、實驗板原理圖等提供給學生，要求他們逐步的去理解并掌握如何使用.針對該課程，我們共安排了7次實驗，實驗內容具有設計性、綜合性、創(chuàng)新性的“三性”特征，內容由易到難、循序漸進，每一次的實驗都包括三部分：首先是與知識點配合的基本實驗；其次是使用測試程序，在閱讀理解的基礎上編程運行以實現(xiàn)規(guī)定的功能或者通過修改參數(shù)運行程序以觀察現(xiàn)象并分析；再有是擴展性實驗部分，通過這樣的過程使學生在知識和能力等諸方面得到全面提高.要求學生每次實驗應做好預習工作，在理解知識點、消化實例的基礎上去編寫程序，撰寫預習報告.實驗進行過程中對出現(xiàn)的問題及時有效地幫助學生分析、解決問題，保證了學生實驗的順利完成，并要求學生做詳實的記錄，在每個實驗子項預備內容后預留的空檔位置記錄實驗現(xiàn)象、出現(xiàn)問題、解決辦法、實驗效果，本項實驗結論及分析，撰寫實驗總結，當堂上交實驗報告.兩節(jié)課實驗內容是相當?shù)某鋵?，許多標準化的程序模塊就可以被課程設計直接利用或具有重要的參考價值.經過一個學期有效的訓練，為應用系統(tǒng)的設計打下了堅實的基礎，兩周的課程設計就可以輕松應對.

2.3 應用系統(tǒng)的設計貫穿課程的始終

2.3.1 課程設計題目的擬定

課程設計的目標是通過小型微機應用產品的設計與調試過程，運用《微機原理及接口技術》課程所學的基本知識，在設計中加以應用，進而得到理解、鞏固和提高，學習掌握分析與解決實際問題的方法與手段，提高設計、編程與調試的實際動手能力，作為工程技術工作的一次基本訓練.針對課程設計的目標，在課程開始之初，依據(jù)學生認知特點，以能力培養(yǎng)為出發(fā)點，充分分析電子信息類專業(yè)應用技術能力的具體要求，科學合理地進行設計課題的規(guī)劃，擬定切實可行的設計課題.課題既要將教學內容與實踐結合在一起，又要能夠激發(fā)學生的學習興趣，符合學生能力水平及實驗室設計條件的課題，典型課題如多路溫度巡檢儀、簡易音樂播放器、可編程控制器、小區(qū)樓道開門控制系統(tǒng)、解題鬧鐘等等，課題在每個學期都會進行更新，課題新穎有趣，融合了微機接口技術的各部分的內容，包括中斷系統(tǒng)、定時計數(shù)器、鍵盤接口、顯示器接口、A/D接口等等.過往的課題的設計資料可以提供給學生閱讀，讓他們領悟應用系統(tǒng)設計的思想和方法.兩周的設計是對學生掌握這門課程綜合知識的考量，更是對他們應用知識駕馭設計系統(tǒng)的能力的檢驗.在課程學習的早期就告知學生課程設計的題目及內容，讓學生學習有個目標，可以提高學生的學習興趣和積極性.由于學生的水平能力各不相同，我們對所要設計的內容進行分解，分為基本的設計要求和功能選做擴展兩部分，那么在兩周的設計中我們要求學生應先完成基本要求，對大部分學生而言都能做到，增強了學生的學習熱情和信心.在完成基本設計的基礎上，有能力的學生再去選做功能擴展部分，給學生較大的發(fā)揮空間，激發(fā)學生的創(chuàng)新思維、創(chuàng)造力和成就感.這樣讓各個層次的學生從設計中都能夠得到鍛煉，學到設計、編程、調試的方法并在原有的基礎上都能夠得到提高.

2.3.2 設計過程的掌控

設計任務是貫穿了課程學習的始終，學生從學期初就要了解單片機應用系統(tǒng)的研制步驟和方法，從分析系統(tǒng)入手，需經過總體設計－硬件系統(tǒng)－軟件系統(tǒng)－仿真調試－固化程序等整個流程，在一個學期的學習過程的同時學生有充足的時間去了解該設計的內容與功能，查閱資料，并在每個學習階段去思考有關的功能如何實現(xiàn).如硬件電路的設計在平時就可以逐步進行的，在期初介紹完片內硬件結構就可以讓學生先設計最小系統(tǒng)、指示燈電路、報警電路，輸入輸出外設接口電路講授后就可以設計顯示接口電路和鍵盤接口接口電路等，最終焊接電路板并調試完成.兩周的設計開始時我們會對課題進行更為具體詳實的布置，目的是讓學生在老師的引導下掌握規(guī)范化、標準化、可擴展化的設計思想與方法，尤其是軟件系統(tǒng)的設計，讓學生再次明確任務并介紹總體方案設計，引入分模塊設計和進程碼的概念，引導學生對任務進行分解，從易到難，并通過進程碼把各個功能模塊有機地串接在一起，最后才是程序綜合聯(lián)調和軟、硬件的綜合調試及功能完善、擴展.同時，在學生設計的過程中，要不斷地給予指導.要充分肯定每一位學生的努力和取得的成績，學生在剛開始設計的時候必然會很茫然，這時，教師一定要做好指導工作，避免學生在一開始工作時受到挫折，不利于項目的順利進展.在兩周的設計中，鼓勵學生進行討論，交換對某個功能實現(xiàn)的想法，以強幫弱，多鼓勵基礎薄弱的學生，給他們設計的信心，一點一滴讓他們了解設計的思想，逐個模塊地去理解掌握，最后大多數(shù)也都通過了驗收和答辯，較好的完成了課程設計的任務.答辯也是課程設計不可或缺的重要環(huán)節(jié)，答辯時，要求學生能夠流暢的敘述系統(tǒng)的功能、操作使用、設計思想等，并對老師提出的問題解釋說明，通過答辯可以對學生的能力層次、設計狀況了如指掌，同時還能夠提高學生的表達能力、鍛煉心理素質.

3 設計導向型教學模式的效果

設計導向型教學模式的重要思想就是將單片機理論課、實驗課和應用設計有機融合在一起，理論知識與應用系統(tǒng)的開發(fā)設計、調試緊密結合起來，以模塊化的方式組織課堂教學.這種將理論和實踐融合在一起，增強學生的學習興趣，激發(fā)學生的學習潛能，真正實現(xiàn)應用類課程“學以致用”的教學理念.

3.1 提高學習效率

項目導向型教學模式實施時，教師在課程教學之初便告知學生將要完成的設計任務，因而學習的目的性強、效率高.而傳統(tǒng)教學中，教師在課堂上講，學生被動學習，是一種典型的“填鴨式”教學.相比之下，項目導向型教學極大地提高了學生學習的效率，具有無可比擬的優(yōu)越性.

3.2 培養(yǎng)創(chuàng)新精神

為完成設計，需要從各種途徑獲得與項目有關的信息和資源，尋找解決問題的方法并最終制定項目實施方案.在這個過程中，學生積極主動學習，不受傳統(tǒng)課堂框架的束縛，相互討論，集思廣益，新思想，新觀念，新方法不斷涌現(xiàn)，學生創(chuàng)新能力不斷增強，

3.3 其他優(yōu)點

設計導向型教學以理論教學為基礎，以應用系統(tǒng)設計為依托，這使得學生不僅掌握了系統(tǒng)的課程知識，而且在上學期間就接觸應用項目，提高解決實際問題的能力，積累完成系統(tǒng)設計的實戰(zhàn)經驗，能及早為即將到來的職業(yè)生涯做好充分的準備.