高校單片機課程設(shè)計教學(xué)方法探討

周洪波++李鍶+余曉峰

摘 要： 單片機原理是一門實踐性很強的課程，單片機課程設(shè)計是實踐教學(xué)中極其重要的一個環(huán)節(jié)。單片機課程設(shè)計能提高學(xué)生的實踐能力、創(chuàng)新意識和團隊協(xié)作能力。本文在分析單片機課程設(shè)計教學(xué)現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，對課程設(shè)計選題及學(xué)生分組、教學(xué)實施過程、考核方式等做了教學(xué)改革探討。

關(guān)鍵詞： 課程設(shè)計 教學(xué)改革 實踐能力

單片機技術(shù)目前已廣泛應(yīng)用于自動控制、智能儀表、家電、機電一體化等領(lǐng)域。單片機是工科專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，是一門工程實踐性很強的課程，課程設(shè)計是單片機實踐教學(xué)過程中最重要的環(huán)節(jié)。單片機課程設(shè)計是培養(yǎng)應(yīng)用型人才，幫助學(xué)生樹立實踐觀念，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析和解決實際問題的能力，啟迪學(xué)生的思維，提高學(xué)生綜合分析能力的重要途徑。

一、存在的問題

1.實施方案陳舊。傳統(tǒng)的課程設(shè)計注重理論驗證，設(shè)計過程是老師給出設(shè)計思路，學(xué)生按照老師的方案和課本已有資料進行設(shè)計，最終造成學(xué)生對單片機系統(tǒng)設(shè)計過程不能深刻理解，嚴重束縛學(xué)生創(chuàng)新才能的發(fā)揮。

2.題目選取問題。很多高校的設(shè)計題目多年來一直不變，在這種情況下，部分學(xué)生的任務(wù)完成就是直接向高年級學(xué)生索要相關(guān)資料。還有的學(xué)校題目完全由學(xué)生定，題目選的過于簡單，甚至選取教學(xué)中的例程。這兩種情況都無法達到課程設(shè)計的真正目的。

3.硬件開發(fā)環(huán)節(jié)依賴試驗箱。某些高校采用高度集成的單片機試驗箱進行課程設(shè)計，試驗箱功能強大，集成度高，用戶通過簡單連線可以完成實驗，不利于學(xué)生單片機應(yīng)用開發(fā)能力培養(yǎng)。

二、教學(xué)改革探索

1.課程設(shè)計選題。課程設(shè)計中，題目的選取非常關(guān)鍵，一方面要使提供給學(xué)生的題目難易適中，讓學(xué)生能夠及時完成任務(wù)，另一方面選定的題目要具有科學(xué)性和新穎性，能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。考慮以上因素，我們一般采用兩種方式：第一種是老師精心挑選題目，并說明要實現(xiàn)的功能；第二種是讓學(xué)生自擬題目，可以根據(jù)自己興趣擬定課程設(shè)計題目，然后與指導(dǎo)老師協(xié)商討論后確定。

2.學(xué)生分組。學(xué)生三人一組，以強帶弱，分工合作，每人負責一個方向：一人負責硬件，一人負責軟件，另一人負責報告的整理和撰寫。小組還要對項目進行評估和檢查，采取組內(nèi)合作模式，充分調(diào)動每個學(xué)生的主觀能動性，培養(yǎng)學(xué)生的團隊協(xié)作能力。

3.課程設(shè)計實施過程。（1）課前準備：指導(dǎo)老師簡單講解單片機理論教學(xué)中沒涉及的但與課程設(shè)計相關(guān)的理論，同時介紹課程設(shè)計步驟和模塊化設(shè)計方法。學(xué)生根據(jù)項目需要深入了解相關(guān)器件使用方法。（2）資料查閱：鼓勵并指導(dǎo)學(xué)生通過各種途徑，如圖書館資料庫和互聯(lián)網(wǎng)等查找與項目相關(guān)的資料，確定最佳設(shè)計方案、最重要的是單片機選型，主要考慮單片機所能提供的資源，比如單片機速度、輸入/輸出端口資源、低功耗和實現(xiàn)難易等因素。方案如果把握不準，可與指導(dǎo)老師討論，修改后確定方案。（3）Proteus仿真軟件的應(yīng)用：對初學(xué)者來說，如果按照傳統(tǒng)單片機系統(tǒng)設(shè)計流程制作硬件，經(jīng)常會出現(xiàn)需要重新更改設(shè)計方案、重新購買元器件并重新焊制電路板等情況。這樣不但會浪費時間金錢，而且會挫傷學(xué)生的積極性。為解決這個問題，可以引進Proteus軟件對單片機電路進行仿真分析。在Proteus環(huán)境中軟硬件聯(lián)合調(diào)試通過的情況下再購買元件并焊接。（4）單片機硬件電路的制作：各小組根據(jù)確定方案及仿真效果，選擇元器件，列出詳細元件清單，并自行采購。然后在Protel中設(shè)計完整原理圖，生成PCB圖，進行紙板和元件焊接，最后進行系統(tǒng)調(diào)試。

4.考核方式?？己耸菣z查學(xué)生學(xué)習(xí)效果的一種方式。在實際操作中，可將考核分為平時成績、調(diào)試成績、答辯成績和報告成績幾部分。平時成績考核學(xué)生查閱資料、分析整理、工具使用熟練程度等能力。調(diào)試成績考核學(xué)生仿真和實物調(diào)試，并與預(yù)定任務(wù)目標相比較而給出成績。答辯部分反映學(xué)生對課題理解程度，針對課題設(shè)計中關(guān)鍵問題進行提問。報告部分主要從內(nèi)容和格式進行評價，包括設(shè)計方案合理性、文字敘述條理性、排版規(guī)范性等。

三、結(jié)語

單片機課程設(shè)計注重培養(yǎng)學(xué)生的實踐動手能力和自主思考能力等，為畢業(yè)設(shè)計和將來工作打下良好基礎(chǔ)。培養(yǎng)學(xué)生單片機實踐能力是一個長期而復(fù)雜的過程，需要不斷積累經(jīng)驗，進一步完善培養(yǎng)方法和措施。

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基金項目：湖南省普通高等學(xué)校教學(xué)改革研究項目（2013 GK3100）；湖南省機電工程及控制大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練中心、湖南省機電工程虛擬仿真實驗教學(xué)中心建設(shè)項目。