基于電子設(shè)計(jì)競賽的單片機(jī)課程教學(xué)改革探索

劉瑞濤

摘 要：該文結(jié)合參加全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽的經(jīng)驗(yàn)與體會，分析了電子設(shè)計(jì)競賽暴露出傳統(tǒng)單片機(jī)課程教學(xué)中的不足，提出了針對于單片機(jī)課程的項(xiàng)目化教學(xué)模式，對此教學(xué)模式的思路與具體實(shí)施過程進(jìn)行了詳細(xì)闡述，對模式中的關(guān)鍵問題進(jìn)行了深入分析。

關(guān)鍵詞：電子設(shè)計(jì)競賽 單片機(jī) 項(xiàng)目化教學(xué)

中圖分類號：G71 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）02（a）-0165-01

全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽是教育部倡導(dǎo)的四大學(xué)科競賽之一。它由教育部高等教育司和信息產(chǎn)業(yè)部人事司共同舉辦，是面向大學(xué)生的群眾性科技活動，到2013年已舉辦過11屆。由于競賽內(nèi)容與各院校教學(xué)實(shí)際緊密結(jié)合，且競賽題目的要求對相關(guān)專業(yè)課程的建設(shè)以及培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力有很好的引導(dǎo)作用，因而受到越來越多的本專科院校老師和學(xué)生的關(guān)注與參與。從分析歷屆電子設(shè)計(jì)競賽題可以看出，很多控制類、數(shù)據(jù)采集類和信號類的題目在設(shè)計(jì)制作時都會涉及到單片機(jī)的知識，而單片機(jī)又是高職類學(xué)生必須掌握的主要技術(shù)之一，所以電子設(shè)計(jì)競賽對單片機(jī)課程的教學(xué)改革的促進(jìn)作用也是日漸顯著。該文結(jié)合我們學(xué)院參加大賽的經(jīng)驗(yàn)與體會，談?wù)勲娮釉O(shè)計(jì)競賽對單片機(jī)課程教學(xué)改革的啟示和影響。

1 單片機(jī)傳統(tǒng)教學(xué)中存在的問題

單片機(jī)課程的傳統(tǒng)教學(xué)方法是重理論、輕實(shí)踐；重分析、輕綜合；重個體、輕協(xié)作。

在單片機(jī)的理論教學(xué)中，傳統(tǒng)的授課順序是：單片機(jī)的組成與結(jié)構(gòu)，指令系統(tǒng)，匯編語言程序設(shè)計(jì)，中斷與定時器，接口技術(shù)及應(yīng)用，A/D與D/A轉(zhuǎn)換。這種教學(xué)過程，表面上看符合人們學(xué)習(xí)知識的規(guī)律，但是實(shí)際教學(xué)效果表明，學(xué)生只是把它當(dāng)作課業(yè)任務(wù)來完成，而不是作為一門應(yīng)用技術(shù)來掌握。對各部分知識的學(xué)習(xí)相對孤立，簡單程序設(shè)計(jì)尚能掌握，結(jié)合中斷系統(tǒng)編寫程序便沒有頭緒，遇到硬件連接問題更不知所措。更重要的是，現(xiàn)今電子設(shè)計(jì)競賽已經(jīng)不僅僅是對單片機(jī)編程能力的比賽，而是對單片機(jī)外圍電路設(shè)計(jì)和外圍元器件使用能力的考查。

在單片機(jī)的實(shí)踐教學(xué)中，缺乏軟硬件綜合設(shè)計(jì)類的實(shí)驗(yàn)。軟件實(shí)驗(yàn)只是利用軟件模擬器讓學(xué)生在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行匯編語言編程訓(xùn)練，學(xué)生們面對的只是程序設(shè)計(jì)，根本不知道各種指令有什么實(shí)際的應(yīng)用；硬件實(shí)驗(yàn)多采用商品化的實(shí)驗(yàn)箱來完成，硬件連線、各種器件的選擇都已做好，學(xué)生們只是簡單的插線即可，根本不了解電路的結(jié)構(gòu)也難以編出完整的程序，不能達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生初步具有開發(fā)簡單單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)能力的目標(biāo)，也達(dá)不到現(xiàn)在電子設(shè)計(jì)競賽對參賽選手的要求。

這樣培養(yǎng)出的學(xué)生對理論知識的學(xué)習(xí)不深入，對實(shí)踐技能的掌握不熟練，缺乏設(shè)計(jì)軟硬件電路的整體思路。

2 借鑒大賽經(jīng)驗(yàn)，對單片機(jī)課程進(jìn)行項(xiàng)目化教學(xué)模式的嘗試

通過組織學(xué)生參加全國和學(xué)院的各類電子設(shè)計(jì)大賽，發(fā)現(xiàn)學(xué)生在面對大賽題目時，學(xué)習(xí)的積極性和主動性被極大的激發(fā)出來，對大賽題目涉及到的單片機(jī)知識能夠認(rèn)真的去學(xué)習(xí)，而且學(xué)完之后就能應(yīng)用于實(shí)際題目，理解的也較為透徹。如果能將大賽的這種模式與單片機(jī)教學(xué)結(jié)合，構(gòu)造出全新的項(xiàng)目式教學(xué)內(nèi)容體系，把所要講授的各項(xiàng)理論知識和實(shí)踐技能按由淺入深、現(xiàn)學(xué)現(xiàn)用的原則分解到一個個具有明確應(yīng)用目標(biāo)的項(xiàng)目任務(wù)中，讓學(xué)生在規(guī)定時間內(nèi)依次完成這些任務(wù)來達(dá)到教學(xué)目的。首先應(yīng)該根據(jù)教學(xué)大綱確定一個總?cè)蝿?wù)，然后將總?cè)蝿?wù)分解成具體的子任務(wù)，通過實(shí)現(xiàn)各個子任務(wù)，達(dá)到一門課程的教學(xué)目標(biāo)。項(xiàng)目化教學(xué)要求以完成一個個具體任務(wù)為教學(xué)實(shí)施載體，把單片機(jī)的教學(xué)內(nèi)容分解到每個任務(wù)之中。引導(dǎo)學(xué)生在解決任務(wù)的過程中學(xué)習(xí)理論知識和掌握實(shí)踐技能。

在項(xiàng)目內(nèi)容的設(shè)計(jì)和順序安排上，必須注意循序漸進(jìn)，按照教學(xué)進(jìn)度逐步開展，關(guān)鍵環(huán)節(jié)要設(shè)計(jì)對應(yīng)的項(xiàng)目任務(wù)。這就需要改變傳統(tǒng)的課程教學(xué)順序，尤其是對“單片機(jī)的組成與結(jié)構(gòu)”這個章節(jié)，對各個功能結(jié)構(gòu)的講解以服務(wù)各自項(xiàng)目為目標(biāo)，以夠用為原則，緩慢介入逐步展開，這樣既提高了學(xué)生們的學(xué)習(xí)興趣，又避免了言而無物的空洞講解，提高了課堂效率。

以單片機(jī)原理教學(xué)為例，在開始學(xué)習(xí)軟件知識時可以用P1口控制8個LED這個項(xiàng)目來學(xué)習(xí)各類指令和編程語言程序設(shè)計(jì)：首先，介紹單片機(jī)的并口結(jié)構(gòu)，這里重點(diǎn)講解并口的功能以及如何使用；其次，以P1口為例學(xué)習(xí)并口輸出電路的硬件連接與器件參數(shù)選擇，這里可以加入一些電子技能方面的知識，例如電阻、電容、二極管、三極管的選型與參數(shù)確定；再次，結(jié)合硬件連接編寫相對應(yīng)的軟件程序，通過對P1口的控制可以觀察各個LED的亮滅，引起學(xué)生的興趣，這里重點(diǎn)對學(xué)生進(jìn)行引導(dǎo)，發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性，啟發(fā)學(xué)生自主編寫程序或?qū)處熃o的程序進(jìn)行優(yōu)化；最后，通過教師引導(dǎo)，讓學(xué)生利用現(xiàn)有硬件電路實(shí)現(xiàn)LED按不同的規(guī)律發(fā)光，從而熟悉大部分指令和常用的程序結(jié)構(gòu)（順序程序、分支程序和循環(huán)程序）。后續(xù)項(xiàng)目還可以利用此電路學(xué)習(xí)中斷系統(tǒng)，用定時中斷、外部中斷等方法控制LED發(fā)光延時、按鍵控制，控制規(guī)律由教師根據(jù)內(nèi)容逐步設(shè)計(jì)，最后可由學(xué)生發(fā)揮想象自己設(shè)計(jì)。

3 單片機(jī)項(xiàng)目化教學(xué)模式中的關(guān)鍵問題

首先，項(xiàng)目任務(wù)的設(shè)計(jì)是整個教學(xué)模式中的關(guān)鍵。項(xiàng)目內(nèi)容的是否合適直接決定教學(xué)效果的優(yōu)劣，在設(shè)計(jì)項(xiàng)目時既要考慮到以學(xué)過的內(nèi)容為基礎(chǔ)，又要將本次教學(xué)內(nèi)容涵蓋全，因此需要通過不斷的教學(xué)實(shí)踐與學(xué)生學(xué)習(xí)效果的反饋來設(shè)計(jì)和調(diào)整。

其次，精簡理論課學(xué)時，加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)力度。對那些完成任務(wù)所必需的理論知識要進(jìn)行簡明扼要的講解，使學(xué)生具備完成項(xiàng)目任務(wù)初步理論基礎(chǔ)，之后讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)室自主的完成各種項(xiàng)目任務(wù)，這樣既提高了學(xué)生的實(shí)踐動手水平，有鍛煉了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力。在實(shí)施中可以將課堂放到實(shí)訓(xùn)室，首先講解基本的理論知識，之后立刻結(jié)合這些知識點(diǎn)布置此次課需要完成的任務(wù)，在學(xué)生進(jìn)行實(shí)訓(xùn)中不斷觀察學(xué)生出現(xiàn)的問題，對于共性問題再進(jìn)行集中講解，實(shí)現(xiàn)理實(shí)一體化教學(xué)。

最后，項(xiàng)目化教學(xué)對教學(xué)硬件條件有一定要求，首先要有理實(shí)一體化實(shí)訓(xùn)室，實(shí)訓(xùn)室中要配有多媒體教學(xué)設(shè)備，要配備基本的實(shí)訓(xùn)臺，每個實(shí)訓(xùn)臺上要有單片機(jī)實(shí)驗(yàn)箱和用于編程的計(jì)算機(jī)，單片機(jī)實(shí)驗(yàn)箱建議可以自行設(shè)計(jì)與制作，這樣更符合本校的具體實(shí)際和項(xiàng)目教學(xué)的開展。

4 結(jié)語

通過我校近幾年參加全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽的成績來看，對單片機(jī)課程進(jìn)行教學(xué)改革之后的成績提高明顯，尤其是2013年，還獲得了國家一等獎的好成績。通過單片機(jī)課程改革的實(shí)踐來看，依托電子設(shè)計(jì)競賽在課程體系，教學(xué)方法，實(shí)訓(xùn)條件等方面都取得了長足的發(fā)展，也正以為此，電子設(shè)計(jì)競賽得到了越來越多教師和學(xué)生們的認(rèn)可，對于推動學(xué)生工程實(shí)踐能力和設(shè)計(jì)創(chuàng)新能力的培養(yǎng)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

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