基于項目融合式的“單片機原理及應(yīng)用”教學(xué)改革＊

劉堯，張彩紅

基于項目融合式的“單片機原理及應(yīng)用”教學(xué)改革＊

劉堯，張彩紅

（六盤水師范學(xué)院，貴州 六盤水 553000）

以六盤水師范學(xué)院機械電子工程專業(yè)學(xué)生為教學(xué)改革對象，針對“單片機原理及應(yīng)用”課程學(xué)習(xí)的特殊性，在授課計劃中將項目演示融入課堂教學(xué)，將抽象難懂的知識點通過項目演示出來。經(jīng)過一學(xué)期的教學(xué)實踐，期末根據(jù)學(xué)生的考試情況和教學(xué)反映情況做出教學(xué)改革總結(jié)。實踐證明，此教學(xué)改革法取得了較大的成效，為單片機課程教學(xué)提供了經(jīng)驗基礎(chǔ)。

單片機原理及應(yīng)用；教學(xué)改革；項目融入；教學(xué)效果

隨著智能制造等概念的提出，機電一體化技術(shù)得到充分的應(yīng)用和發(fā)展。單片機作為微型控制器，在生產(chǎn)生活、航空航天等各個方面都具有廣泛的應(yīng)用，為機電一體化技術(shù)提供了強大而方便的硬件支撐，因此各個高校將“單片機原理及應(yīng)用”課程作為機械專業(yè)的必修課程，為社會培養(yǎng)這方面的專業(yè)人才，但單片機的理論知識晦澀難懂，注重理論與實踐相結(jié)合，需要教師合理設(shè)置教學(xué)，充分利用項目演示的方法讓學(xué)生更容易學(xué)習(xí)和掌握。

1 單片機課程教學(xué)現(xiàn)狀分析

在很多高校中，機械電子工程專業(yè)的單片機課程教學(xué)一般分成了兩個部分：課堂教學(xué)和實驗教學(xué)，但這兩個部分往往是分離的，先把教材內(nèi)容采用講授結(jié)合板書、多媒體的授課方式，將教學(xué)內(nèi)容制作成幻燈片，對著PPT講解電路和程序、CPU內(nèi)部結(jié)構(gòu)、I/O口、數(shù)碼管、鎖存器等內(nèi)容。利用多媒體，可以通過圖像、動畫等形式進行互動教學(xué)，學(xué)生跟隨教師思路來學(xué)習(xí)課程知識，對學(xué)習(xí)具有一定的輔助作用。但單片機是一門注重應(yīng)用的課程，如果沒有實際的操作演示，很難掌握晦澀的理論，只能知其然不知其所以然，導(dǎo)致學(xué)生沒有學(xué)習(xí)的興趣，最終變成為了應(yīng)付考試而死記硬背。

另外在實驗教學(xué)中，設(shè)備通常是集成的單片機實驗箱，開設(shè)的實驗內(nèi)容以仿真實驗系統(tǒng)的基本操作、匯編指令的使用及部分外設(shè)的簡單編程為主。學(xué)生無法看到硬件電路，只能淺顯地看到實驗現(xiàn)象。實驗完成后，對硬件及軟件基本沒有了解，這樣的學(xué)習(xí)根本無法滿足社會發(fā)展和企業(yè)對機電一體化人才的需求。

目前，這種教學(xué)方法反映出“重概念、輕應(yīng)用，重理論、輕實踐，重考試、輕能力”的缺陷[1]。學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中，因為理論較難懂，導(dǎo)致對單片機學(xué)習(xí)喪失信心和興趣，最終無法達到學(xué)習(xí)效果。

2 教學(xué)改革方案

2.1 項目融合式教學(xué)方案

為了徹底改變滿堂灌的枯燥理論講解，把晦澀難懂的理論知識拆分成很多個部分，每個部分找一個或幾個對應(yīng)的演示項目。在講解該部分的內(nèi)容時，通過單片機電路仿真軟件Proteus和程序編譯軟件Keil聯(lián)合仿真，讓學(xué)生在動手操作的同時能看到直觀的演示效果，這種方式使得學(xué)生對單片機產(chǎn)生了濃厚興趣，不再拘泥于以往的死記硬背，興趣會驅(qū)使學(xué)生去深入鉆研，自主地學(xué)習(xí)項目演示背后的理論知識。因此在實際的教學(xué)過程中，認(rèn)真地梳理教學(xué)內(nèi)容，并把理論教學(xué)內(nèi)容同項目演示相融合，最后總結(jié)出了一張“單片機原理及應(yīng)用”課程的理論課程內(nèi)容對應(yīng)的項目演示表[2]，在表1中列舉出了一部分。

表1 單片機課程部分理論內(nèi)容對應(yīng)的項目演示表

理論課程內(nèi)容項目演示 單片機基本輸入/輸出應(yīng)用計數(shù)器顯示 單片機I/O口及應(yīng)用流水燈閃爍、指示燈/開關(guān)控制器 學(xué)習(xí)keil編譯軟件/C51編程與調(diào)試指示燈循環(huán)控制 中斷原理、中斷編程與調(diào)試中斷掃描法行列式鍵盤等 定時/計數(shù)器工作原理電子秒表顯示器 串行口通信工作原理雙機通信系統(tǒng) LED動態(tài)顯示、AD轉(zhuǎn)換接口設(shè)計直流數(shù)字電壓表設(shè)計 步進電機控制原理步進電機控制設(shè)計

下面用中斷掃描法、中斷編程與調(diào)試這部分內(nèi)容舉例說明。首先用PPT演示的形式簡單介紹一下中斷的原理及控 制系統(tǒng)組成，接著向?qū)W生簡單介紹一下中斷掃描法行列式鍵盤的電路結(jié)構(gòu)和工作原理，然后就讓學(xué)生們使用Proteus軟

件進行電路圖繪制，最終的電路仿真原理如圖1所示。學(xué)生自己在繪制電路圖的過程中，能直觀地知道每一個元件在電路中的接線和功能，同時能將理論知識和項目演示進行自我聯(lián)系和理解[3]。

圖1 中斷掃描法行列式鍵盤仿真電路圖

繪制好電路圖之后，通過Keil程序編譯軟件，根據(jù)中斷程序的編譯規(guī)則進行C51程序編譯和調(diào)試，得到最終的程序如圖2所示。

圖2 中斷掃描法行列式鍵盤仿真程序編譯

對Keil軟件進行輸出設(shè)置，程序編譯無誤后得到（.HEX）程序文件，仿真單片機導(dǎo)入仿真程序（.HEX）對話框如圖3所示。通過程序?qū)雽υ捒驅(qū)⒃撐募?dǎo)入單片機中，并點擊運行按鈕，最終用中斷掃描法行列式鍵盤仿真 模擬。

2.2 期末成績評價方式改革

改變了教學(xué)方式，期末考核評價方式也要對應(yīng)改變，本次期末考核評價通過采用期末考試成績占50%、課堂項目演示占30%、平時考勤+課堂發(fā)言占20%的評價方式對本學(xué)期的學(xué)生效果作出總結(jié)和評價[4]。取消了以往期末考試占70%、平時考勤+課堂發(fā)言占30%的傳統(tǒng)且單一評價方式，充分與項目融合式教學(xué)方式相結(jié)合。

圖3 仿真單片機導(dǎo)入仿真程序（.HEX）對話框

3 教學(xué)改革成效

經(jīng)過一學(xué)期的單片機原理及應(yīng)用課程教學(xué)，班上的學(xué)生期末考核的時候取得了很好的成績。下面用兩張圖來說明本次教學(xué)改革的成效，2016級對2017級機電專業(yè)班期末考試成績對比如圖4所示，其中2016級學(xué)生采用的是以往的教學(xué)方式，而2017級學(xué)生采用了項目融合式教學(xué)方式，另外這兩次考試人數(shù)都是45人，試卷內(nèi)容、題量、難度基本一致。由圖4可以看出，2016級的學(xué)生90～100分的人數(shù)為0，80～90分也只有2人，大部分集中在中等或者勉強及格的成績，甚至有8人不及格；2017級的學(xué)生90～100分的有6人，80～90分的有14人，70～80分的有18人，而不及格人數(shù)僅有2人。通過此成績對比可以看到，采用融合式教學(xué)法，學(xué)生們的考試成績普遍提高，高分很多，相信是因為學(xué)生們適應(yīng)了這種教學(xué)方式，在理論和實踐的共同作用下取得了良好的學(xué)習(xí)效果。

圖4 2016級與2017級期末成績對比圖

另外，還通過匿名問卷調(diào)查的方式，對2017級機電班的學(xué)生做了一個授課方式滿意度調(diào)查，結(jié)果如圖5所示，全班45人參與，有44人對此授課方式表示滿意，其中42人表示非常滿意，無人表示不滿意，并有超過80%的學(xué)生表示課程結(jié)束后，依然會自主學(xué)習(xí)單片機，甚至作為畢業(yè)設(shè)計和未來工作的方向。

圖5 2017級學(xué)生對授課方式的滿意度調(diào)查

4 結(jié)語

單片機原理及應(yīng)用課程的學(xué)習(xí)不同于其他純理論課程，它還包含了電工學(xué)、C語言程序設(shè)計等難度較大的內(nèi)容，且是一門應(yīng)用性極強的課程。因此，針對這樣的課程特點，本人徹底改變了以往的分離式理論和實驗教學(xué)，將項目演示融合到對應(yīng)的知識點，讓學(xué)生自己動手搭建項目演示平臺，并進行模擬演示，與理論知識進行反復(fù)的反饋補充。經(jīng)過一學(xué)期的教學(xué)改革，實踐證明，基于項目融合式的“單片機原理及應(yīng)用”課程教學(xué)取得了很好的反響，學(xué)生們更接受這種教學(xué)方式，為類似的課程教學(xué)提供了參考和理論基礎(chǔ)。

［1］甄麗平，李亞梅，董建彬.基于應(yīng)用型人才培養(yǎng)的單片機教學(xué)改革探究［J］.智庫時代，2019（7）：178，180.

［2］沈旭東，朱立妙.單片機教學(xué)改革與實踐創(chuàng)新研究——以智能小車單片機教學(xué)實踐平臺為例［J］.工業(yè)和信息化教育，2019（5）：90-94.

［3］申景金.以專業(yè)認(rèn)證為導(dǎo)向的單片機教學(xué)改革方法剖析［J］.學(xué)周刊，2019（34）：5.

［4］張冬梅，左文香，劉振方.應(yīng)用型人才培養(yǎng)體系下單片機教學(xué)改革的研究［J］.內(nèi)江科技，2017，38（6）：94，120.

G642.0

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10.15913/j.cnki.kjycx.2020.09.025

2095－6835（2020）09－0068－02

貴州省礦山裝備數(shù)字化技術(shù)工程研究中心（編號：黔教合KY字〔2017〕026號）；機械工程專業(yè)綜合改革試點項目（編號：LPSSYzyzhggsd201802）；面向人工智能的機械電子工程專業(yè)改造升級路徑探索與實踐（編號：LPSSYxgk201803）；機械工程重點培育學(xué)科（編號：LPSSYZDPYXK201705）

劉堯（1995—），男，貴州安順人，碩士，講師，主要從事機電液一體化控制方面的教學(xué)與科研工作。

〔編輯：王霞〕