基于單片機開發(fā)板的項目教學(xué)改革探討

【摘要】闡述按照由淺到深的遞進式項目教學(xué)步驟，實施基于開發(fā)板的單片機項目教學(xué)改革。

【關(guān)鍵詞】開發(fā)板單片機項目教學(xué)改革

【中圖分類號】G【文獻標(biāo)識碼】A

【文章編號】0450-9889(2012)05C-0132-02

自我國1982年開始使用單片機至今，單片機技術(shù)已經(jīng)過了近30年的歷程，單片機存儲能力越來越大，CPU速度越來越快，可靠性越來越高，應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣，這使得單片機廣泛應(yīng)用在電子行業(yè)、工業(yè)自動化、智能儀器儀表等多個領(lǐng)域。正是由于單片機技術(shù)的廣泛應(yīng)用和市場需求，幾乎所有高校的電子類專業(yè)都開設(shè)了單片機技術(shù)課程。但這門課程在相當(dāng)長的時間內(nèi)都是采用以理論為主、實踐為輔的教學(xué)模式，這種傳統(tǒng)的教學(xué)模式最大的弊端是學(xué)生學(xué)完該課程后，未能掌握單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計的能力和項目開發(fā)設(shè)計能力，無法適應(yīng)工作崗位的要求。為了讓學(xué)生學(xué)以致用，實現(xiàn)畢業(yè)后與崗位的無縫對接，具備工作崗位的專業(yè)技能，對單片機課程現(xiàn)有的教學(xué)模式進行改革勢在必行。

一、單片機傳統(tǒng)教學(xué)模式的缺陷

單片機是把中央處理器(CPU)、存儲器(RAM／ROM)、輸入，輸出端口(I／O)等主要計算功能部件集成在芯片上的微型計算機。單片機課程內(nèi)容是“硬件+軟件”，即以單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)為主線展開到匯編指令的應(yīng)用。單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)包括存儲器、特殊功能寄存器、并行I／O接口、定時器、中斷系統(tǒng)等；匯編語言方面如尋址方式、數(shù)據(jù)傳送、算術(shù)運算、控制轉(zhuǎn)移等；C語言方面加上語法和數(shù)據(jù)類型學(xué)習(xí)。現(xiàn)行的教學(xué)模式中，教師一般都采用“以講為主，實踐為輔”的方式，大量講解抽象的理論知識。在實踐方面，只是進行少量課時的驗證性實驗，通過實驗箱對單片機的I／O接口進行簡單應(yīng)用，學(xué)生往往難以了解電路結(jié)構(gòu)，學(xué)完后也不知道怎么用，理論結(jié)合不了實際，從而喪失了學(xué)習(xí)興趣和信心。這種常規(guī)的教學(xué)模式已經(jīng)不適應(yīng)社會工作崗位的需求，也不利于培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計能力和開拓能力，在學(xué)生工程項目的開發(fā)與應(yīng)用能力培養(yǎng)方面嚴重缺失。

二、單片機項目教學(xué)改革

(一)課程內(nèi)容的改革思路

單片機技術(shù)是一門電子電路與軟件技術(shù)綜合應(yīng)用的實踐性課程，課程教學(xué)改革思路應(yīng)符合單片機相關(guān)工作崗位的知識和能力需求，在課程中培養(yǎng)學(xué)生單片機系統(tǒng)設(shè)計能力，提高學(xué)生電子產(chǎn)品設(shè)計能力。為了適應(yīng)崗位要求，單片機課程教學(xué)模式應(yīng)從以知識傳授為主轉(zhuǎn)變成以能力培養(yǎng)為主。基于此，可實施基于工作過程的單片機項目教學(xué)法。

為了順利進行單片機項目教學(xué)改革，應(yīng)徹底改變原教學(xué)的內(nèi)容和組織結(jié)構(gòu)，并構(gòu)建新的課程內(nèi)容和課程體系結(jié)構(gòu)。筆者對現(xiàn)行的課程內(nèi)容進行了創(chuàng)新的改革，精心設(shè)計了4個基礎(chǔ)項目(單片機設(shè)計入門、單片機程序設(shè)計、單片機典型控制、單片機接口設(shè)計)和2個綜合項目(單片機綜合開發(fā)、單片機綜合測試)，并對單片機課程教學(xué)內(nèi)容的組織方式重新進行編排，以項目為主線，使教學(xué)內(nèi)容適應(yīng)項目教學(xué)法的要求。以遞進式的單片機項目教學(xué)進行改革，每個項目具有自創(chuàng)特色，讓學(xué)生學(xué)完課程后，具有單片機最小系統(tǒng)設(shè)計能力；由淺到深，最后進行綜合設(shè)計能力培訓(xùn)，使學(xué)生綜合能力適應(yīng)電子產(chǎn)品設(shè)計與相關(guān)崗位的要求。

(二)項目教學(xué)的實施

改革后的授課內(nèi)容已經(jīng)在教材中充分體現(xiàn)，項目實施的硬件載體是單片機開發(fā)板。在項目的實施過程中，單片機教材與教學(xué)開發(fā)板相輔相成，缺一不可，對學(xué)生的實際操作能力和系統(tǒng)設(shè)計開發(fā)能力的培養(yǎng)起著非常重要的作用。單片機開發(fā)板整合了單片機最小系統(tǒng)，功能齊全，整機只需要用一條USB線，即可與Pc機完成全部的供電、通信、燒寫、仿真等操作。

通過開發(fā)板上紅外線遙控、通信、矩陣鍵盤、8位數(shù)碼管、10端口應(yīng)用、10擴展等功能模塊的豐富硬件資源，可以讓學(xué)生直接開發(fā)電子鐘、電壓表、遙控開關(guān)、數(shù)字溫度計、智能儀表等，使學(xué)生在獲得基礎(chǔ)項目知識的基礎(chǔ)上提高綜合設(shè)計和創(chuàng)新設(shè)計能力。

為了讓學(xué)生在遞進式的項目教學(xué)中提高設(shè)計能力，激發(fā)項目開發(fā)的熱情，應(yīng)有一個理論與實踐緊密結(jié)合的項目實施方案。項目的實施方案主要體現(xiàn)在教師運用提示、演示、引導(dǎo)、討論、歸納與總結(jié)的教學(xué)手段，引導(dǎo)學(xué)生正確地找出項目中相關(guān)的知識點及結(jié)論點；學(xué)生則通過軟件仿真、開發(fā)板操作、資料查找、項目研究與討論、理解和開發(fā)的實踐，完成知識和技能的積累和學(xué)習(xí)。基礎(chǔ)項目教學(xué)實施過程可以分為4個階段，即項目介紹、項目引入、項目開發(fā)與實踐和項目考核與總結(jié)。

1.項目介紹。項目介紹就是讓學(xué)生明白做什么項目內(nèi)容，該項目的功能與應(yīng)用領(lǐng)域是什么的過程。教師可列舉單片機系統(tǒng)應(yīng)用的2—4個實例，學(xué)生通過聽講了解本項目知識從而了解它在實際生活中的應(yīng)用，如汽車方向、儀表方向和電訊方向，等等。同時，以實例為依托，介紹內(nèi)容以單片機的結(jié)構(gòu)為主線，從單片機的硬件結(jié)構(gòu)到軟件編程，再到中斷的概念與應(yīng)用，最后是單片機系統(tǒng)的擴展和各種外圍器件的應(yīng)用。

2.項目引入。項目引入主要是以介紹項目如何實現(xiàn)為目的，告知學(xué)生做什么的過程。以信號燈項目演示為例，用單片機開發(fā)板實現(xiàn)該項目之前，教師先講解C51程序語言的語法、結(jié)構(gòu)等主要內(nèi)容，以及KeilC51的開發(fā)環(huán)境、Protues仿真使用條件，并要求學(xué)生在上述條件下實踐該項目。

通過編程與仿真，學(xué)生初步掌握了項目實施的方法，教師結(jié)合項目運行時所出現(xiàn)的問題逐一講解，總結(jié)驗證項目中出現(xiàn)的問題并歸納相關(guān)的知識點，最后提出項目擴展任務(wù)，讓學(xué)生親自實踐。

3.項目開發(fā)與實踐。項目開發(fā)與實踐即讓學(xué)生自己做，自己開發(fā)。通過前兩個步驟的學(xué)習(xí)與掌握，學(xué)生根據(jù)布置的項目擴展任務(wù)，查閱資料，編寫程序，仿真實施解決硬件的問題，自己開發(fā)軟件，最終在單片機開發(fā)板上驗證。教師對衍生的新知識點采用提問、討論和講解的方式與學(xué)生進行互動，學(xué)生通過討論可以自己改進程序，實現(xiàn)功能擴展。

4.項目考核與總結(jié)。項目考核與總結(jié)是教師檢查學(xué)生項目做得如何、項目開發(fā)深度怎么樣的過程。教師通過考核，檢查學(xué)生是否能夠正確連接計算機與單片機教學(xué)板之間的接線，是否能正確演示已完成項目。教師根據(jù)項目擴展任務(wù)進行考核，提問學(xué)生項目中的軟硬件技術(shù)內(nèi)容，根據(jù)學(xué)生回答問題的正確性進行評分，最后對項目考核中容易出錯的知識點重新進行講解和分析，讓學(xué)生最終掌握該項目的應(yīng)用與開發(fā)。圖3所示項目是實現(xiàn)兩個燈亮的變化過渡到四燈同亮的花樣變化，可作為項目擴展任務(wù)。

三、項目教學(xué)改革的效果

過去以講為主的教學(xué)模式弊端多，學(xué)生在該模式中，由于不能很好地理解理論知識，容易產(chǎn)生厭學(xué)和畏難情緒，導(dǎo)致課堂上睡覺和注意力不集中，課后無復(fù)習(xí)與無鉆研精神。而實施項目教學(xué)法后，學(xué)生由主動操作與實踐代替了被動接受，在實施項目時遇到問題，可以隨時與同學(xué)、教師進行討論交流。這種互動性可以使學(xué)生逐漸加強對該課程的學(xué)習(xí)興趣。而且，學(xué)生反復(fù)進行操作練習(xí)，不斷調(diào)試與改進，大大提高了課程應(yīng)用性探索能力，以及單片機應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計能力。

此外，在項目教學(xué)過程中，學(xué)生經(jīng)過項目需求分析、任務(wù)分解、軟硬件開發(fā)和文檔撰寫，能接觸到PCB電路制板、電子元器件識別與焊接、儀器儀表使用、單片機原理和單片機系統(tǒng)調(diào)試與測試等諸多專業(yè)知識，以及軟件的開發(fā)和調(diào)試方法。項目教學(xué)法完全按照企業(yè)研發(fā)流程技能來對學(xué)生進行訓(xùn)練，增強了學(xué)生對已學(xué)課程知識的實際應(yīng)用水平，在鍛煉中提高了專業(yè)技能水平和綜合技能水平。

四、結(jié)語

項目教學(xué)改革的主要出發(fā)點不是僅在課程中教給學(xué)生更多的單片機知識，而是在項目實施過程中培養(yǎng)學(xué)生單片機系統(tǒng)分析、設(shè)計和調(diào)試的能力。本文基于工作過程的單片機項目教學(xué)法對單片機課程的改革進行了初步探索，但由于改革時間較短，還存在不少缺陷，希望在今后的教學(xué)實踐過程中不斷完善和補充，進一步對課程的深度和廣度進行挖掘，在課程的各個方面繼續(xù)進行探索，從而逐步建成富有成效的單片機課程教學(xué)新模式。

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【基金項目】廣西新世紀(jì)教改工程項目(2010JGAl21)

【作者簡介】楊永昌(1979-)，男，四川巴中人，桂林航天工業(yè)高等專科學(xué)校講師，碩士，研究方向：電子信息技術(shù)研究。

(責(zé)編 昊筱)