彭昕昀，陳錦儒，韓竺秦（韶關(guān)學(xué)院物理與機(jī)電工程學(xué)院，廣東韶關(guān)512005）

基于工程訓(xùn)練的單片機(jī)原理及應(yīng)用課程的教學(xué)改革與研究

彭昕昀，陳錦儒，韓竺秦
（韶關(guān)學(xué)院物理與機(jī)電工程學(xué)院，廣東韶關(guān)512005）

在單片機(jī)原理及應(yīng)用課程中結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)和學(xué)科競賽，采用工程訓(xùn)練法、微課教學(xué)法、項(xiàng)目實(shí)踐法等多種教學(xué)模式對工科大學(xué)生進(jìn)行教學(xué)和指導(dǎo)，證明將單一枯燥的電類專業(yè)課程改革成互聯(lián)網(wǎng)時代的混合新課堂，能提高大學(xué)生的工程分析、設(shè)計、實(shí)踐和創(chuàng)新能力.

單片機(jī)；教學(xué)改革；工程訓(xùn)練；微課教學(xué)

單片機(jī)原理及應(yīng)用課程是信息工程類專業(yè)本科學(xué)生的核心專業(yè)課程之一，不僅是一門專業(yè)的核心課程，也是綜合了數(shù)學(xué)、物理、電子、電路、電機(jī)、編程語言和算法的等多門學(xué)科的核心課程，更是學(xué)生能展示專業(yè)技術(shù)的核心課程.課程的教學(xué)要求是使學(xué)生掌握單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與工作原理，通常選用MCS51型單片機(jī)芯片進(jìn)行講解，讓學(xué)生掌握對單片機(jī)外部引腳設(shè)計，內(nèi)部定時/計數(shù)器的編程應(yīng)用，中斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與原理、串行通信接口工作原理與編程應(yīng)用、系統(tǒng)擴(kuò)展技術(shù)、系統(tǒng)接口技術(shù)等知識.

目前，隨著消費(fèi)電子產(chǎn)品大發(fā)展和工業(yè)控制領(lǐng)域要求的提高，單片機(jī)技術(shù)得到了更大的提高，單片機(jī)的類型越來越豐富，經(jīng)歷了SCM、MCU、SoC三大階段.其中基于MCS51系列MCU系統(tǒng)的單片機(jī)系統(tǒng)直到現(xiàn)在還在廣泛使用.當(dāng)前的單片機(jī)系統(tǒng)已經(jīng)不再只在裸機(jī)環(huán)境下開發(fā)和使用，大量專用的嵌入式操作系統(tǒng)已被廣泛應(yīng)用在全系列的單片機(jī)上.掌上電腦和智能手機(jī)核心處理的高端單片機(jī)甚至可以直接使用專用的Windows和Linux操作系統(tǒng).

根據(jù)工科大學(xué)生的認(rèn)知特點(diǎn)，利用網(wǎng)絡(luò)、書籍、實(shí)驗(yàn)等設(shè)備和資源，依托我校省級工程訓(xùn)練中心，結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)的各種資源和現(xiàn)代教育技術(shù)，對單片機(jī)課程進(jìn)行與時俱進(jìn)的教學(xué)改革和探索.

1　課程的教學(xué)現(xiàn)狀

1.1教學(xué)手段落后，教學(xué)設(shè)備陳舊

傳統(tǒng)的單片機(jī)課程采用普通的課堂組織教學(xué)，在理論知識上雖然清晰完整，但是由于偏重理論，并且在選例上缺乏應(yīng)用性，以致學(xué)生對單片機(jī)的用途上認(rèn)識模糊，沒有直觀印象，而且單片機(jī)課程的教學(xué)手段也是以講授為主，缺乏主動、直觀的輔助手段，使學(xué)生覺得學(xué)習(xí)單片機(jī)較為枯燥，從而缺乏興趣，影響了大學(xué)生的實(shí)踐興趣.

實(shí)驗(yàn)教學(xué)上，由于實(shí)驗(yàn)設(shè)備陳舊，導(dǎo)致開設(shè)的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)是一些驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，未能開設(shè)更多的設(shè)計性和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)，也影響了學(xué)生對本課程的積極性；而新設(shè)備的數(shù)量緊缺，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)課程的課時量較少，滿足不了大學(xué)生動手實(shí)踐和工程訓(xùn)練的需要，也不能很好地配合和豐富理論知識.

1.2教學(xué)內(nèi)容狹窄，競賽資源不足

單片機(jī)課程內(nèi)容上著重MCS51系列微處理器（MCU）系統(tǒng)的單片機(jī)講解，沒有很好地跟進(jìn)時代的發(fā)展，從而導(dǎo)致了課程的知識點(diǎn)層面狹窄，跟不上當(dāng)前社會生產(chǎn)的需求.同時，在教學(xué)過程中沒有引申到更高一級的MCU系統(tǒng)上去，也影響了學(xué)生課后自學(xué)更高級芯片系統(tǒng)的能力.

在技能競賽上，學(xué)生熱情很高，都希望通過參加各類電子、機(jī)電和自動化競賽來提高工程實(shí)踐能力，這對教學(xué)資源和競賽指導(dǎo)都提出了更高的要求.但競賽資源不足，教師指導(dǎo)不到位以及課程內(nèi)容的限制，也影響了學(xué)生參與各類電子、機(jī)電和自動化競賽中的積極性.

2　課程的教學(xué)改革實(shí)踐

在單片機(jī)課程的教學(xué)改革中，本項(xiàng)目組從教學(xué)模式、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段、課程考核和科研競賽5個方面進(jìn)行改革，積極探索提高大學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和工程實(shí)踐能力的多種方法和手段.

2.1轉(zhuǎn)變教學(xué)模式

改革傳統(tǒng)的教學(xué)模式，將傳統(tǒng)、單一的單片機(jī)課程的教學(xué)模式改革成工程訓(xùn)練和項(xiàng)目實(shí)踐的教學(xué)模式.應(yīng)用計算機(jī)多媒體技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、計算機(jī)仿真技術(shù)和實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，把學(xué)生分成多個項(xiàng)目小組，從以教師為中心轉(zhuǎn)向以學(xué)生為中心，以項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)為主，以工程訓(xùn)練中心實(shí)踐基地為基礎(chǔ)，給各組布置不同的工程訓(xùn)練項(xiàng)目，引導(dǎo)各組學(xué)生以團(tuán)隊(duì)方式進(jìn)行項(xiàng)目調(diào)研和構(gòu)思，各組成員互相激勵，對工程項(xiàng)目所需要的知識進(jìn)行主動學(xué)習(xí).團(tuán)隊(duì)的合作可以幫助成員們更好地溝通和進(jìn)步，自覺地把理論知識和實(shí)驗(yàn)室設(shè)備進(jìn)行結(jié)合，達(dá)到理論和實(shí)踐的反復(fù)結(jié)合，螺旋式上升.教師指導(dǎo)學(xué)生對工程訓(xùn)練項(xiàng)目進(jìn)行階段性總結(jié)，在完成整個工程訓(xùn)練項(xiàng)目設(shè)計后，進(jìn)行匯報總結(jié).采用工程訓(xùn)練和項(xiàng)目實(shí)踐的教學(xué)模式，培養(yǎng)了學(xué)生的工程技能、提高了團(tuán)隊(duì)的協(xié)作精神和創(chuàng)新能力.

2.2擴(kuò)展教學(xué)內(nèi)容

根據(jù)當(dāng)前單片機(jī)發(fā)展和實(shí)際應(yīng)用的現(xiàn)狀，對單片機(jī)課程的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行改革擴(kuò)展，把教學(xué)內(nèi)容分成3部分，第一部分是結(jié)合網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和多媒體技術(shù)，擴(kuò)展單片機(jī)的工程訓(xùn)練內(nèi)容；第二部分是擴(kuò)展增加單片機(jī)實(shí)際案例分析內(nèi)容；第三部分引入更高級別的單片機(jī)微處理器芯片的實(shí)踐內(nèi)容.

結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)和多媒體技術(shù)，擴(kuò)展單片機(jī)工程訓(xùn)練內(nèi)容，制作了微課教學(xué)視頻，微視頻以工程實(shí)踐為主，如使用Proteus畫電路仿真圖、使用KeilC編寫單片機(jī)程序、流水燈并行口編程和硬件調(diào)試、多路按鍵編程和硬件調(diào)試、聲光報警中斷編程和硬件調(diào)試，時鐘定時器編程和硬件調(diào)試、串行通信編程和硬件調(diào)試等用于工程訓(xùn)練和項(xiàng)目實(shí)踐的微課教學(xué)視頻.大學(xué)生通過互聯(lián)網(wǎng)或智能手機(jī)觀看微視頻，自主學(xué)習(xí)單片機(jī)的實(shí)踐操作，提高了對單片機(jī)類工程項(xiàng)目的理解和應(yīng)用能力.

在單片機(jī)原有理論內(nèi)容上，增加了單片機(jī)實(shí)際案例分析.把教學(xué)的理論擴(kuò)充一些實(shí)際生產(chǎn)實(shí)例.例如傳統(tǒng)單片機(jī)教學(xué)內(nèi)容里有定時器/計數(shù)器內(nèi)容，這一內(nèi)容可以引導(dǎo)到高速公路的車流量統(tǒng)計以及測速的應(yīng)用.從理論過渡到實(shí)際應(yīng)用不僅讓學(xué)生更容易理解知識點(diǎn)，而且能更好地運(yùn)用理論，為單片機(jī)的實(shí)踐和實(shí)訓(xùn)做鋪墊.

在理論教學(xué)過程中添加高級別的MCU進(jìn)行講解，由MCS51系列逐步過渡到STM32系列，甚至更高級別的ARM系列.在過渡過程中偏重知識點(diǎn)的實(shí)踐引導(dǎo)，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力.例如在講解傳統(tǒng)MCU系統(tǒng)的中斷系統(tǒng)時，分析中斷系統(tǒng)的工作原理以及中斷方式時，可以插入STM32系統(tǒng)的中斷分析，并加以對比.通過中斷系統(tǒng)的比較，引導(dǎo)學(xué)生如何處理與學(xué)習(xí)高級別的MCU系統(tǒng).這樣提高了學(xué)生的求知欲，增強(qiáng)了學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性，同時能更快地理解掌握各系列MCU之間的關(guān)系，便于提高大學(xué)生的自學(xué)能力.

2.3豐富教學(xué)手段

傳統(tǒng)的教學(xué)手段是在教室上理論課，并且局限于教室里面.單講理論會讓學(xué)生感覺到乏味，容易失去對電類專業(yè)課程的興趣，造成教學(xué)效果不理想.因此在教學(xué)手段上把工程項(xiàng)目與課程理論相結(jié)合，采用工程訓(xùn)練方式進(jìn)行項(xiàng)目式教學(xué)，結(jié)合多個實(shí)用的工程訓(xùn)練課題，拓展學(xué)生對于課程的興趣，增強(qiáng)學(xué)生對各類電子、機(jī)電和智能汽車創(chuàng)新設(shè)計的課題項(xiàng)目的理解，提高設(shè)計編程和硬件調(diào)試能力，有利于對單片機(jī)課程的深入理解和實(shí)踐應(yīng)用.

網(wǎng)絡(luò)的高速發(fā)展，教學(xué)手段不能僅僅停留在課室這個狹隘的空間里，利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)資源，建設(shè)單片機(jī)課程的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺，把各類教學(xué)大綱、教學(xué)課件、課程習(xí)題、課程測驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)大綱、實(shí)踐課題等資源及時上傳到課程網(wǎng)站，通過留言板快速解決學(xué)生的疑問.利用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺，拓展學(xué)生的學(xué)習(xí)時間和學(xué)習(xí)空間.不斷完善單片機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程資源，在網(wǎng)絡(luò)平臺中，讓學(xué)生隨時隨地通過網(wǎng)絡(luò)拓展工程訓(xùn)練項(xiàng)目的興趣和學(xué)習(xí)，實(shí)現(xiàn)“以虛擴(kuò)實(shí)，以軟擴(kuò)硬”的自主能動式學(xué)習(xí)，適應(yīng)了時代發(fā)展，適應(yīng)了新技術(shù)的學(xué)習(xí).在不增加總學(xué)時的前提下，大大增加了大學(xué)生的實(shí)際學(xué)習(xí)時間.

隨著互聯(lián)網(wǎng)和智能手機(jī)的快速發(fā)展，大學(xué)生通過手機(jī)來搜索學(xué)習(xí)資源和學(xué)習(xí)視頻的時間也越來越多.因此結(jié)合當(dāng)前信息化新課堂和混合學(xué)習(xí)的教學(xué)理念，把單片機(jī)課程的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行微型化，設(shè)計適合大學(xué)生碎片化時間的互聯(lián)網(wǎng)e+學(xué)習(xí)，制作單片機(jī)課程的微型化課件，微型化教學(xué)視頻，微型化訓(xùn)練內(nèi)容，上傳到學(xué)校的網(wǎng)絡(luò)平臺，學(xué)生可以隨時通過網(wǎng)絡(luò)平臺和智能手機(jī)進(jìn)行單片機(jī)課程的微學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)單片機(jī)微教學(xué)課件，觀看微教學(xué)視頻，增加了學(xué)生的學(xué)習(xí)時間，促進(jìn)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)效果.

2.4優(yōu)化課程考核

建立單片機(jī)課程知識測試和素質(zhì)技能考核評價并重的考核機(jī)制，改變學(xué)生只重視知識測試的傳統(tǒng)做法，考核仿真軟件的操作，考核軟件編程的操作，考核硬件電路的綜合設(shè)計，改革傳統(tǒng)的測試模式，各個項(xiàng)目組成員定期進(jìn)行自評和互評；教師抽檢各組成員的編程操作訓(xùn)練；期中和期末都進(jìn)行實(shí)踐操作考核，期末對學(xué)生的各個工程訓(xùn)練項(xiàng)目組進(jìn)行答辯匯報，各組互評和教師綜合評測，通過多種考核評測方式提高學(xué)生的綜合素質(zhì)，提升學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作能力和科技創(chuàng)新能力.

2.5強(qiáng)化科研競賽的訓(xùn)練

結(jié)合工科大學(xué)生特點(diǎn)，針對實(shí)踐教學(xué)，指導(dǎo)學(xué)生動手實(shí)際操作單片機(jī)編程軟件KeilC、仿真軟件Proteus、電路板制作軟件Altium Designer，實(shí)際制作和調(diào)試電路板、反復(fù)聯(lián)合調(diào)試軟件和硬件系統(tǒng)，提高學(xué)生對單片機(jī)課程的興趣，實(shí)現(xiàn)教育資源的優(yōu)化；再結(jié)合實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)板、電子設(shè)備、自動化設(shè)備，不斷提高大學(xué)生的實(shí)踐技能；還組織學(xué)生參加各類積極參加各類科研項(xiàng)目和科技競賽，帶動大學(xué)生學(xué)習(xí)當(dāng)前最新電子、計算機(jī)、機(jī)電和傳感器技術(shù).近幾年指導(dǎo)學(xué)生參與我校的大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項(xiàng)目，參與廣東省電子設(shè)計大賽，讓大學(xué)生接觸當(dāng)前先進(jìn)的信息技術(shù)，引領(lǐng)大學(xué)生設(shè)計智能家居產(chǎn)品.通過科研和競賽，強(qiáng)化了單片機(jī)課程學(xué)習(xí)的深度，促進(jìn)學(xué)生對單片機(jī)設(shè)計開發(fā)的研究與探索，也增強(qiáng)了學(xué)生的工程應(yīng)用能力.

3　結(jié)語

在現(xiàn)代高等教育教學(xué)中，以大學(xué)生為主體地位，結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)、學(xué)科競賽和先進(jìn)的現(xiàn)代教育技術(shù)，把單片機(jī)課程的理論與工程訓(xùn)練和項(xiàng)目實(shí)踐相結(jié)合，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式和教學(xué)手段上進(jìn)行改革和實(shí)踐，綜合構(gòu)建教學(xué)資源，提高大學(xué)生的工程分析、設(shè)計、實(shí)踐和創(chuàng)新能力，為社會培養(yǎng)出更多更強(qiáng)的創(chuàng)新性科技人才.

［1］胡翼，邵李煥，高惠芳.單片機(jī)系列課程教學(xué)及實(shí)踐的改革和探索［J］.杭州電子科技大學(xué)學(xué)報，2016，12（1）：75-78.

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［8］熊剛，陳高峰，張爭剛.項(xiàng)目教學(xué)法在高職單片機(jī)課程中的應(yīng)用［J］.南方職業(yè)教育學(xué)刊，2016，6（1）：40-44.

Research and Reform on Course of Principle and Application of Micro Controller Unit Based on Engineering Training

PENG Xin-yun，CHEN Jin-ru，HAN Zhu-qin
（Institute of Physics and Electromechanical Engineering，Shaoguan University，Shaoguan 512005，Guangdong，China）

Combined with the internet and discipline competition in the course of principle and application of Micro Controller Unit，adopted engineering training，micro-lecture teaching，Project Training and various teaching models are proposed to teach and help the engineering college students.Simple and boring electronics course is reformed to new-mixing course of internet era，thus enhancing engineering college students'ability of analysis，design，practice and innovation.

Micro Controller Unit（MCU）；teaching reform；engineering training；micro-lecture teaching

G642.0；TP368.1

A

1007-5348（2016）06-0095-04

（責(zé)任編輯：李婉）

2016-04-20

韶關(guān)學(xué)院第十四批教育教學(xué)改革研究項(xiàng)目（70312-00014）；廣東省高等學(xué)校教育技術(shù)項(xiàng)目（GDHBL011）.

彭昕昀（1973-），女，廣東陸豐人，韶關(guān)學(xué)院物理與機(jī)電工程學(xué)院講師，碩士；研究方向：自動化和智能控制.