荊蕾

［摘要］單片機(jī)原理與應(yīng)用是一門實(shí)踐性非常強(qiáng)的課程，是電子、通信、自動(dòng)化等專業(yè)的必修課之一。難度不大，實(shí)用性很強(qiáng)，很多學(xué)生覺(jué)得該課程比較難學(xué)。我們分析“難”的原因，一方面是知識(shí)面廣、概念難于理解，另一方面是軟硬件結(jié)合，需要綜合多門課的知識(shí)，對(duì)動(dòng)手能力要求較高。解決這兩個(gè)難點(diǎn)的方法只有一個(gè)，那就是實(shí)踐。煙臺(tái)大學(xué)文經(jīng)學(xué)院從2010年開(kāi)始對(duì)單片機(jī)課程的實(shí)踐教學(xué)進(jìn)行改革，至今已經(jīng)取得了一些成效。本文從實(shí)踐的角度對(duì)該課程的教學(xué)進(jìn)行探討，以期對(duì)獨(dú)立學(xué)院的單片機(jī)教學(xué)有一些輔助的作用。

［關(guān)鍵詞］單片機(jī)實(shí)踐教學(xué)課程改革

［中圖分類號(hào)］G642［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］A［文章編號(hào)］2095-3437（2014）06-0068-02

前言

為了有效提高學(xué)生的應(yīng)用開(kāi)發(fā)能力、實(shí)踐動(dòng)手能力、設(shè)計(jì)創(chuàng)新能力、就業(yè)創(chuàng)業(yè)能力，對(duì)實(shí)踐教學(xué)進(jìn)行全面改革迫在眉睫。煙臺(tái)大學(xué)文經(jīng)學(xué)院從2010年開(kāi)始對(duì)單片機(jī)課程的實(shí)踐教學(xué)進(jìn)行改革，在提高學(xué)生動(dòng)手能力，提高學(xué)生的綜合素質(zhì)和專業(yè)創(chuàng)新能力等方面已經(jīng)初見(jiàn)成效。

一、單片機(jī)教學(xué)的現(xiàn)狀

受傳統(tǒng)教學(xué)觀念和教學(xué)模式的影響，大多數(shù)高校的單片機(jī)教學(xué)都是采用課堂的純理論教學(xué)和驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)教學(xué)相結(jié)合的方法。課堂教學(xué)以知識(shí)的灌輸為主。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容多是驗(yàn)證理論，缺乏與生產(chǎn)實(shí)際、生活實(shí)際的聯(lián)系，學(xué)生只需照搬教師的講解就可完成。

此外，受“應(yīng)試教育”思想的影響，教師普遍重視理論教學(xué)，將實(shí)踐教學(xué)看成理論教學(xué)的補(bǔ)充，對(duì)實(shí)驗(yàn)、實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)重視不夠。另外，實(shí)踐教學(xué)既需要場(chǎng)地，又需要設(shè)備，投資太多，設(shè)備維護(hù)起來(lái)比較麻煩，尤其對(duì)于電子行業(yè)，淘汰更新的速度很快，所以多數(shù)學(xué)校的投資跟不上，教師的配套培訓(xùn)跟不上，對(duì)學(xué)生實(shí)踐能力的訓(xùn)練程度可想而知。很多學(xué)校的實(shí)驗(yàn)、實(shí)習(xí)、課程設(shè)計(jì)完全是走過(guò)場(chǎng)，以參觀的形式完成，學(xué)生以草草數(shù)言寫(xiě)一篇論文了事。這樣的實(shí)踐訓(xùn)練對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)意義不大，無(wú)任何創(chuàng)新性、實(shí)踐性可言。

二、實(shí)踐教學(xué)改革措施

（一） 調(diào)整開(kāi)課時(shí)間

目前，大多高校將單片機(jī)課程安排在第五學(xué)期時(shí)開(kāi)設(shè)，之前安排有數(shù)字電路、模擬電路、高級(jí)語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)等基礎(chǔ)課程，之后安排嵌入式系統(tǒng)、數(shù)字信號(hào)處理等課程。我們認(rèn)為，該課程的教學(xué)時(shí)間應(yīng)該提前到第四學(xué)期比較合適。第一學(xué)期開(kāi)設(shè)高級(jí)語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)課程，打好軟件基礎(chǔ)。模擬電路、數(shù)字電路課程分別在第二學(xué)期和第三學(xué)期開(kāi)設(shè)，作為工科的硬件基礎(chǔ)課。

單片機(jī)的實(shí)踐性就決定了它是學(xué)科競(jìng)賽的主角。與單片機(jī)課程密切相關(guān)的是“大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽”，國(guó)賽和省賽交替在每年9月份舉辦。該競(jìng)賽能夠磨煉、檢驗(yàn)學(xué)生單片機(jī)學(xué)習(xí)、實(shí)踐水平。將單片機(jī)課程安排在第四學(xué)期，三年級(jí)的電子愛(ài)好者就能有機(jī)會(huì)、有能力參加競(jìng)賽，并在準(zhǔn)備競(jìng)賽的過(guò)程中得到進(jìn)一步鍛煉。

此外，如果學(xué)生想畢業(yè)后在電子設(shè)計(jì)方面有所發(fā)展，還有兩年的在校時(shí)間學(xué)習(xí)和研究，做一些項(xiàng)目，為踏上工作崗位做好準(zhǔn)備、找工作的時(shí)候就可以目標(biāo)明確，并且有一定工作經(jīng)驗(yàn)。

（二） 仿真和實(shí)踐相結(jié)合

高校單片機(jī)教學(xué)中使用最多的軟件是Proteus，該軟件是目前世界上最先進(jìn)、最完整的單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真平臺(tái)。它真正實(shí)現(xiàn)了在計(jì)算機(jī)上完成從原理圖設(shè)計(jì)、電路分析與仿真、單片機(jī)代碼級(jí)調(diào)試與仿真、系統(tǒng)測(cè)試與功能驗(yàn)證到形成PCB完整的電子設(shè)計(jì)、研發(fā)過(guò)程。將Proteus應(yīng)用于課堂，引入實(shí)例很方便，有利于采用項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)法開(kāi)展教學(xué)。課堂上引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)思如何設(shè)計(jì)電路，如何寫(xiě)程序，并且能夠看得到設(shè)計(jì)的結(jié)果，通過(guò)案例進(jìn)一步學(xué)習(xí)理論知識(shí)，概念就相對(duì)比較容易理解。整個(gè)教學(xué)過(guò)程中，教師已經(jīng)成為學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程中的引導(dǎo)者、指導(dǎo)者和監(jiān)督者。

實(shí)驗(yàn)要在實(shí)驗(yàn)箱上完成，選取的多數(shù)是驗(yàn)證性題目，目的是使學(xué)生掌握課堂上學(xué)習(xí)過(guò)的知識(shí)點(diǎn)。硬件電路已經(jīng)基本搭好，學(xué)生只需根據(jù)題目要求選取不同器件的引腳后連線，并且編寫(xiě)部分核心程序。畢竟初學(xué)者在知識(shí)不能融會(huì)貫通之前，編寫(xiě)稍微復(fù)雜的程序還是比較困難的，所以將一個(gè)完整的程序扔給學(xué)生來(lái)編，難度較大，容易挫傷學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。我們采用了循序漸進(jìn)的方法。一共16學(xué)時(shí)的實(shí)驗(yàn)，布置8個(gè)題目。初期的三個(gè)實(shí)驗(yàn)通常給出程序的大體框架，在框架中給出要編寫(xiě)的語(yǔ)句注釋，讓學(xué)生用填空的方法補(bǔ)充完整程序。借此可以了解程序的架構(gòu)、如何編程、如何下載程序等基礎(chǔ)內(nèi)容，并對(duì)C語(yǔ)言的知識(shí)進(jìn)一步回顧。之后的三個(gè)實(shí)驗(yàn)只給出程序結(jié)構(gòu)，核心程序段讓學(xué)生自己設(shè)計(jì)。最后的兩個(gè)實(shí)驗(yàn)只需向?qū)W生交代清楚要做什么即可。

仿真的方法比較靈活，不必局限于實(shí)驗(yàn)箱的設(shè)計(jì)，項(xiàng)目可實(shí)現(xiàn)的范圍比較廣，可以在課堂上引導(dǎo)學(xué)生思考時(shí)使用，也可以在課后練習(xí)中使用，省去了硬件的開(kāi)銷，緩解了實(shí)驗(yàn)室硬件資源的不足；實(shí)物實(shí)驗(yàn)真實(shí)，更加鍛煉動(dòng)手能力，二者結(jié)合應(yīng)用于課程，可以互相彌補(bǔ)，合理配合。能夠培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立設(shè)計(jì)、創(chuàng)新能力，使用項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)法將枯燥的知識(shí)融入項(xiàng)目，更加容易理解。

（三）課程設(shè)計(jì)嚴(yán)格考核

課程設(shè)計(jì)是單片機(jī)課程中最能鍛煉綜合能力、動(dòng)手能力的一個(gè)環(huán)節(jié)。應(yīng)盡量以學(xué)生自發(fā)設(shè)計(jì)為中心，教師從旁輔助、引導(dǎo)，嚴(yán)格要求，不能敷衍了事。實(shí)驗(yàn)課中的內(nèi)容多數(shù)是驗(yàn)證性的，而課程設(shè)計(jì)才是最能真正發(fā)揮自己思想的。我們的課程設(shè)計(jì)分為如下幾個(gè)步驟：公布設(shè)計(jì)題目、3人一組自由搭配和選題、查資料、設(shè)計(jì)、驗(yàn)收、答辯、總結(jié)、評(píng)分。

首先，命題的好壞將直接決定學(xué)生在設(shè)計(jì)中收獲的大小。命題時(shí)盡量留有一定的余地，只需提出大概要求即可，更多地留給學(xué)生自己發(fā)揮設(shè)計(jì)。例如設(shè)計(jì)16*16點(diǎn)陣的LED顯示，這個(gè)題目主要可以考查學(xué)生以下兩個(gè)知識(shí)點(diǎn)：點(diǎn)陣字模的生成原理和方法，點(diǎn)陣LED顯示的原理和驅(qū)動(dòng)的方法等。至于顯示什么、顯示多少、如何顯示這些全部交給學(xué)生去發(fā)揮即可。點(diǎn)陣顯示在多數(shù)單片機(jī)課本里都沒(méi)有涉及到，但是屬于常用而且不難的模塊，學(xué)生入手做一個(gè)漢字的顯示還是比較容易的，實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能后再加以發(fā)揮，學(xué)生通常會(huì)比較有信心進(jìn)行下去，從而擴(kuò)展稍微復(fù)雜的功能。題目的基礎(chǔ)要求一定不能太高，畢竟沒(méi)有經(jīng)過(guò)專門訓(xùn)練的學(xué)生要單獨(dú)完成一個(gè)題目還是比較難的，要讓學(xué)生有信心、有興趣去做就必須設(shè)計(jì)一些踮起腳尖夠得著的題目，出來(lái)部分結(jié)果后再發(fā)揮想象，加以擴(kuò)展，也是對(duì)學(xué)生創(chuàng)新能力的訓(xùn)練。

設(shè)計(jì)驗(yàn)收必須嚴(yán)格要求，防止有些同學(xué)不努力、抄襲。學(xué)習(xí)本來(lái)就應(yīng)該是個(gè)艱苦的過(guò)程，但是很多學(xué)生會(huì)避重就輕，選擇蒙混過(guò)關(guān)，這是對(duì)自己的不負(fù)責(zé)任，而這些同學(xué)的狀態(tài)也會(huì)影響到其他同學(xué)，所以驗(yàn)收的時(shí)候不僅要看結(jié)果、還要聽(tīng)學(xué)生講原理、講程序，并且根據(jù)學(xué)生的程序提出一些有漏洞的地方或者假設(shè)情景讓學(xué)生回答或進(jìn)一步優(yōu)化，這才能看得出來(lái)學(xué)生對(duì)題目理解的是否深刻。

分?jǐn)?shù)的評(píng)定要綜合考慮這些方面：題目的難度級(jí)別、出勤、基本要求完成情況、擴(kuò)展功能得分、答辯成績(jī)等。其中每個(gè)方面占總分的比例分別為20%、15%、30%、30%、5%。根據(jù)難度給出基礎(chǔ)分?jǐn)?shù)，鼓勵(lì)能力較強(qiáng)的學(xué)生做稍微復(fù)雜、有創(chuàng)新性的題目。通過(guò)答辯可以鍛煉學(xué)生的表達(dá)能力，答辯者向全班同學(xué)介紹題目的進(jìn)展和中間遇到的問(wèn)題，互相探討和學(xué)習(xí)，激勵(lì)大家都做得更好。

整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，教師不妨“懶”一點(diǎn)，指導(dǎo)要適度。課程設(shè)計(jì)要求24學(xué)時(shí)，我們分6天完成，每天只要在實(shí)驗(yàn)室做半天即可，剩下的半天就讓學(xué)生自己去查資料，鍛煉學(xué)生查找文獻(xiàn)的能力。因?yàn)橛泻竺鎳?yán)格的驗(yàn)收和答辯，所以學(xué)生會(huì)有緊迫感，從而主動(dòng)去查找資料，爭(zhēng)分奪秒地完成設(shè)計(jì)題目。這個(gè)對(duì)于單片機(jī)的學(xué)習(xí)也是重要的一環(huán)。畢竟我們只是學(xué)習(xí)51系列單片機(jī)的基本部件，有太多的功能都涉及不到，學(xué)生如果從事單片機(jī)開(kāi)發(fā)，就必須去進(jìn)一步學(xué)習(xí)，新技術(shù)層出不窮，學(xué)會(huì)查資料才能進(jìn)一步學(xué)習(xí)。

學(xué)生的應(yīng)用開(kāi)發(fā)能力的提高不僅是教出來(lái)的，更主要的是練出來(lái)的，在實(shí)踐中悟出來(lái)的。

三、總結(jié)

單片機(jī)實(shí)踐教學(xué)改革已經(jīng)進(jìn)行了3年的時(shí)間，上述方法的使用初見(jiàn)成效。學(xué)院電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽的參賽人數(shù)逐年增多，獲獎(jiǎng)人數(shù)也不斷增加，在山東省獨(dú)立學(xué)院中處于絕對(duì)領(lǐng)先地位。學(xué)生在對(duì)該課程的總結(jié)中都反映實(shí)踐教學(xué)的效果非常好，學(xué)生感興趣，有挑戰(zhàn)性，收獲很大，學(xué)的內(nèi)容比課堂理論學(xué)習(xí)更加豐富。

當(dāng)然，教學(xué)方法的改進(jìn)不能一蹴而就，需要時(shí)間，更需要堅(jiān)持不懈的努力。學(xué)生完成設(shè)計(jì)時(shí)的喜悅、找到工作時(shí)的興奮都是我們不斷前進(jìn)的動(dòng)力，雖然改革的成效已經(jīng)擺在面前，但是還有很多的瑕疵需要進(jìn)一步完善，我們將不斷向兄弟院校學(xué)習(xí)，不斷學(xué)習(xí)先進(jìn)的科技，了解技術(shù)的進(jìn)步，從而提高教師的實(shí)踐能力，進(jìn)一步提高學(xué)生的實(shí)踐能力。

［參考文獻(xiàn)］

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［責(zé)任編輯：碧瑤］