王琳

[關(guān)鍵詞]高職 微控制器 項(xiàng)目化驅(qū)動(dòng)

引言

以單片機(jī)為主的微控制器相關(guān)課程是電子信息類(lèi)專(zhuān)業(yè)學(xué)生的重要專(zhuān)業(yè)核心課程，通過(guò)這門(mén)課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生可以掌握以單片機(jī)為代表的微控制器的芯片選擇、硬件系統(tǒng)構(gòu)建及軟件應(yīng)用程序編制與調(diào)試的相關(guān)知識(shí)與技能，提高學(xué)生的相關(guān)職業(yè)能力和創(chuàng)新能力，培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神，提升學(xué)生針對(duì)實(shí)際問(wèn)題進(jìn)行電子設(shè)計(jì)制作的能力。

一、課程的能力目標(biāo)分析

目前，衢州職業(yè)技術(shù)學(xué)院的《微控制器的選擇及應(yīng)用》的教學(xué)為96學(xué)時(shí)，其中理論48學(xué)時(shí)，實(shí)踐48學(xué)時(shí)。課程內(nèi)容涉及面廣、應(yīng)用范圍廣、綜合性強(qiáng)、實(shí)踐性強(qiáng)?！段⒖刂破鞯倪x擇及應(yīng)用》單片機(jī)課程教學(xué)以理論和實(shí)踐相結(jié)合，課堂教學(xué)按照教材內(nèi)容的編排順序、相關(guān)知識(shí)的邏輯關(guān)系進(jìn)行，強(qiáng)化實(shí)踐，確立重在應(yīng)用的教學(xué)目標(biāo)，大力培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力。理論學(xué)習(xí)以夠用為原則，主要引導(dǎo)學(xué)生用學(xué)過(guò)的知識(shí)去解決實(shí)際問(wèn)題。

二、確定教學(xué)中使用的單片機(jī)型號(hào)、程序語(yǔ)言、仿真軟件及教材

1.關(guān)于單片機(jī)型號(hào)

從1976年9月Intel公司推出MCS—48系列單片機(jī)以來(lái)，世界上的一些著名的器件公司都紛紛推出各自系列的單片機(jī)產(chǎn)品。主要有Intel公司的MCS—48，51，96系列單片機(jī)；Motrola公司的MC6801，6805系列單片機(jī)；Zilog公司的Z8系列單片機(jī)；近年有Atmel公司的AT89系列單片機(jī)和Microchip公司的PIC系列單片機(jī)等。各種系列的單片機(jī)由于其內(nèi)部功能、單元組成及指令系統(tǒng)的不盡相同，形成了各具特色的系列產(chǎn)品。其中Intel公司生產(chǎn)的MCS系列單片機(jī)，綜合單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的技術(shù)性，實(shí)用性和要開(kāi)發(fā)性三方面來(lái)考慮，目前仍占主導(dǎo)地位。

2.關(guān)于編程語(yǔ)言

單片機(jī)語(yǔ)言主要有匯編語(yǔ)言和C語(yǔ)言?xún)煞N。

匯編語(yǔ)言是一種用助記符來(lái)表示機(jī)器指令的符號(hào)語(yǔ)言，是最接近于機(jī)器碼的一種語(yǔ)言。其主要優(yōu)點(diǎn)是占用資源少，程序執(zhí)行效率高。由于它一條指令就對(duì)應(yīng)一條機(jī)器碼，每一步的執(zhí)行動(dòng)作都很清楚，并且程序大小和堆棧調(diào)用情況都容易控制，調(diào)試起來(lái)也比較方便。但是不同的類(lèi)型的單片機(jī)，其匯編語(yǔ)言可能有點(diǎn)差異，所以不易移植。比如你在PICl2CESl8單片機(jī)上用匯編語(yǔ)言編了一個(gè)程序，到了STC89C51單片機(jī)上那可就運(yùn)行不了，因?yàn)樗麄兊闹噶钕到y(tǒng)是有區(qū)別的，但是作為一位電子工程師，懂得匯編語(yǔ)言就可幫助你了解影響任何語(yǔ)言效率的特殊規(guī)定。例如，懂得匯編語(yǔ)言指令就可以使用在片內(nèi)RAM作變量的優(yōu)勢(shì)，因?yàn)槠庾兞啃枰獛讞l指令才能設(shè)置累加器和數(shù)據(jù)指針進(jìn)行存取。同樣的，當(dāng)要求使用浮點(diǎn)數(shù)和啟用函數(shù)時(shí)也只有具備匯編編程經(jīng)驗(yàn)才能避免生成龐大的、效率低的程序，對(duì)于這方面的編程，沒(méi)有匯編語(yǔ)言是做不到的。

單片機(jī)的C語(yǔ)言是一種編譯型程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，它兼顧了多種高級(jí)語(yǔ)言的特點(diǎn)，并具備匯編語(yǔ)言的功能，采用C語(yǔ)言編程有較大的優(yōu)勢(shì)：

（1）對(duì)單片機(jī)的指令系統(tǒng)不要求了解，僅要求對(duì)5l的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)有初步了解，至于寄存器分配、不同存儲(chǔ)器的尋址及數(shù)據(jù)類(lèi)型等細(xì)節(jié)均由編譯器管理，降低了對(duì)編程人員的要求。

（2）程序有規(guī)范的結(jié)構(gòu)，可分為不同的函數(shù)。這種方式可使程序結(jié)構(gòu)化，將可變的選擇與特殊操作組合在一起，改善了程序的可讀性。

（3）編程及程序調(diào)試時(shí)間顯著縮短，從而提高效率。提供的庫(kù)包含許多標(biāo)準(zhǔn)子程序，具有較強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力，已編好程序可容易的植入新程序，因?yàn)樗哂蟹奖愕哪K化編程技術(shù)。

單片機(jī)c語(yǔ)言作為一種非常方便的語(yǔ)言而得到廣泛的支持，c語(yǔ)言程序本身并不依賴(lài)于機(jī)器硬件系統(tǒng)，基本上不做修改就可根據(jù)單片機(jī)的不同較快地移植進(jìn)來(lái)。

3.仿真軟件

單片機(jī)課程內(nèi)容抽象，教師操作實(shí)驗(yàn)開(kāi)發(fā)板時(shí)演示效果不太好，學(xué)生較難理解，因此，計(jì)算機(jī)虛擬仿真軟件演示起著非常重要的作用。虛擬仿真系統(tǒng)具有以下優(yōu)勢(shì)：（1）組織單片機(jī)實(shí)驗(yàn)的環(huán)境簡(jiǎn)單，只要有電腦即可進(jìn)行；（2）由于只涉及到軟件，不會(huì)有硬件損壞的問(wèn)題，可以避免由于設(shè)計(jì)錯(cuò)誤導(dǎo)致的硬件投入浪費(fèi)，降低使用成本；（3）繪制原理圖、編制程序均在軟件上實(shí)現(xiàn)，程序執(zhí)行中各元件的運(yùn)行狀態(tài)直觀明了，調(diào)試方便。因此，在單片機(jī)教學(xué)中引入Proteus和Keil C編程調(diào)試軟件，采用多媒體教學(xué)方法，能在課堂中完成軟件、硬件的調(diào)試和系統(tǒng)集成等內(nèi)容的教學(xué)。

4.關(guān)于學(xué)習(xí)教材

關(guān)于單片機(jī)技術(shù)的教材種類(lèi)繁多，鑒于高職生的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)，本科層次或者高職層次的單片機(jī)教材是不可取的，教師必須根據(jù)學(xué)生的實(shí)際水平及學(xué)校的設(shè)備配置，編寫(xiě)或選擇一套合適的教材。教材的編寫(xiě)應(yīng)以課程改革成果為基礎(chǔ)，實(shí)用為主，采用項(xiàng)目化驅(qū)動(dòng)的教學(xué)方式，項(xiàng)目實(shí)例多，應(yīng)用范圍廣。

三、改革教學(xué)模式，提高教學(xué)效率

1.采用項(xiàng)目教學(xué)法，突出實(shí)踐

知識(shí)必須轉(zhuǎn)化成能力才能體現(xiàn)，它依存于具體情境中，需要在具體的情境中由認(rèn)知主體對(duì)之進(jìn)行再創(chuàng)造，根據(jù)這一理論，反應(yīng)某一主題的清凈綜合稱(chēng)為項(xiàng)目，構(gòu)成項(xiàng)目的每一個(gè)情境都蘊(yùn)含典型工作任務(wù)，每個(gè)項(xiàng)目重復(fù)的是分析步驟，內(nèi)容并不重復(fù)，一些關(guān)鍵的教學(xué)內(nèi)容，如單片機(jī)的最小系統(tǒng)，單片機(jī)的存儲(chǔ)空間，單片機(jī)的中斷系統(tǒng)，單片機(jī)的尋址方式等，在多次強(qiáng)調(diào)，在不同任務(wù)中強(qiáng)化，在多次應(yīng)用中升華。

項(xiàng)目教學(xué)法，就是以項(xiàng)目為主線，在完成項(xiàng)目的過(guò)程中，讓學(xué)生掌握解決實(shí)際問(wèn)題的知識(shí)和技能。在教學(xué)過(guò)程中，不能單純以掌握理論知識(shí)和通過(guò)考試為目的，而應(yīng)以提高解決問(wèn)題的能力為最終目標(biāo)。針對(duì)專(zhuān)業(yè)特點(diǎn)與崗位需要，精心選擇與實(shí)際應(yīng)用密切相關(guān)的實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，并采用企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，將全班學(xué)生分成幾個(gè)小組，各小組自行編寫(xiě)項(xiàng)目實(shí)施方案。當(dāng)學(xué)生完成實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目后，會(huì)有強(qiáng)烈的成就感，從而對(duì)以后的學(xué)習(xí)產(chǎn)生濃厚的興趣；同時(shí)，由于對(duì)教學(xué)成果的衡量采用了更為客觀的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，能促進(jìn)教師不斷進(jìn)行自我學(xué)習(xí)和提高，緊跟社會(huì)需求和行業(yè)要求。項(xiàng)目化的教學(xué)模式在提高學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力，縮短與社會(huì)需求的差距方面具有突出的優(yōu)點(diǎn)，值得廣泛推廣與借鑒。

教學(xué)中選取了20個(gè)不同應(yīng)用方面的單片機(jī)項(xiàng)目，從項(xiàng)目要求、項(xiàng)目設(shè)計(jì)原理、硬件電路分析、軟件設(shè)計(jì)的思路等方面進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明。這對(duì)學(xué)習(xí)者進(jìn)一步系統(tǒng)地掌握單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想及解決實(shí)際問(wèn)題具有重要的引導(dǎo)作用。

2.利用單片機(jī)實(shí)驗(yàn)開(kāi)發(fā)板進(jìn)行教學(xué)

實(shí)驗(yàn)開(kāi)發(fā)板應(yīng)用十分方便，目前已經(jīng)集成了鍵盤(pán)、流水燈和LED顯示器等通用外圍設(shè)備，線路連接簡(jiǎn)單，可以進(jìn)行多個(gè)基本項(xiàng)目的實(shí)訓(xùn)。通過(guò)開(kāi)發(fā)板的學(xué)習(xí)實(shí)踐，運(yùn)用項(xiàng)目教學(xué)法進(jìn)行多個(gè)項(xiàng)目的操作，能讓學(xué)生熟悉單片機(jī)及其外圍設(shè)備的硬件知識(shí)，系統(tǒng)地掌握單片機(jī)P0-P3口、串口通信和中斷控制的工作原理。

3.結(jié)合多學(xué)科進(jìn)行綜合實(shí)踐。

很多學(xué)生在學(xué)習(xí)了單片機(jī)課程后，即使掌握了單片機(jī)知識(shí)，但還是不能融合其他課程的知識(shí)進(jìn)行綜合應(yīng)用，因此，教師應(yīng)將其他課程的知識(shí)與單片機(jī)的相關(guān)內(nèi)容聯(lián)系起來(lái)。比如與Protel課程相結(jié)合，要求學(xué)生利用Protel設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)板的PCB圖，并制作出PCB開(kāi)發(fā)板，同時(shí)自己動(dòng)手焊接所有的元器件，然后進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試。在此過(guò)程中，學(xué)生可以享受到自己的勞動(dòng)成果，更加熟練地掌握Protel知識(shí)，更加熟悉元器件之間的硬件連接，對(duì)數(shù)字電路、模擬電路的工作特點(diǎn)更加了解，對(duì)單片機(jī)C語(yǔ)言有了更深入的認(rèn)識(shí)，鍛煉了各學(xué)科的綜合實(shí)踐能力。

4.開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室教學(xué)

目前，大部分的實(shí)驗(yàn)教學(xué)是集中式的，學(xué)生被動(dòng)地接受教師布置的驗(yàn)證性的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，在實(shí)驗(yàn)課時(shí)內(nèi)無(wú)論是否完成，都只有一次機(jī)會(huì)，這大大挫傷了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和探究實(shí)驗(yàn)結(jié)果的熱情，更談不上培養(yǎng)他們的創(chuàng)新能力。在開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室，一方面，學(xué)生可以有充分的時(shí)間完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，系統(tǒng)地分析和處理實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的問(wèn)題。另一方面，學(xué)生可以根據(jù)自己的能力擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，這不僅提高了學(xué)生的動(dòng)手能力、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，而且培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新精神。

5.加強(qiáng)校企合作，開(kāi)展實(shí)踐觀摩

實(shí)踐教學(xué)不能只停留在校內(nèi)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，而應(yīng)進(jìn)行校企合作，利用寒暑假組織學(xué)生到企業(yè)頂崗實(shí)習(xí)。將企業(yè)的優(yōu)勢(shì)資源服務(wù)于教學(xué)，學(xué)生能夠更直觀地感受到單片機(jī)知識(shí)的實(shí)用性以及應(yīng)用的廣泛性。同時(shí)，聘請(qǐng)企業(yè)專(zhuān)家結(jié)合工作實(shí)際進(jìn)行知識(shí)講座，學(xué)生可以就自己感興趣的問(wèn)題向?qū)＜艺?qǐng)教，這樣能開(kāi)拓學(xué)生視野，提高他們學(xué)習(xí)的積極性。企業(yè)頂崗實(shí)習(xí)很好地鍛煉了學(xué)生的溝通能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力以及項(xiàng)目管理能力，為將來(lái)的工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

6.積極開(kāi)展技能競(jìng)賽

經(jīng)常組織技術(shù)大比武，積極開(kāi)展技能競(jìng)賽，實(shí)行以賽代練、以賽促學(xué)，是提高學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，鍛煉學(xué)生實(shí)踐能力的一大法寶。通過(guò)技能競(jìng)賽，既能提高學(xué)生的實(shí)操能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，在競(jìng)賽中學(xué)生也能展現(xiàn)良好的精神風(fēng)貌和高尚的職業(yè)素養(yǎng)。

四、實(shí)踐效果

經(jīng)過(guò)在2012級(jí)衢州職業(yè)技術(shù)學(xué)院信息工程學(xué)院應(yīng)用電子專(zhuān)業(yè)課程教學(xué)中實(shí)施《微控制器的選擇及應(yīng)用》新確定的項(xiàng)目化教學(xué)，學(xué)生能夠積極參與設(shè)計(jì)實(shí)施，這樣就打破了學(xué)生被動(dòng)接受，教學(xué)效果不理想的弊端。實(shí)踐結(jié)果表明：學(xué)生考試重視《微控制器的選擇及應(yīng)用》的教學(xué)實(shí)踐，并對(duì)實(shí)踐內(nèi)容感到實(shí)用、由興趣、積極主動(dòng)參與，實(shí)施效果較好。

[參考文獻(xiàn)]

[1]姜大源，《職業(yè)教育學(xué)研究新論》，北京：教育科學(xué)出版社

[2]戴士弘，《職業(yè)教育課程改革》，清華大學(xué)出版社

[3]戴士弘?！陡呗毥谈恼n程教學(xué)設(shè)計(jì)案例集》，清華大學(xué)出版社

（作者單位：衢州職業(yè)技術(shù)學(xué)院信息工程學(xué)院 浙江衢州）