基于應(yīng)用型人才培養(yǎng)深化單片機(jī)應(yīng)用教學(xué)改革

秦迎春，陳立旺，艾運(yùn)階

（廣東白云學(xué)院電氣與信息工程學(xué)院，廣州 510450）

基于應(yīng)用型人才培養(yǎng)深化單片機(jī)應(yīng)用教學(xué)改革

秦迎春，陳立旺，艾運(yùn)階

（廣東白云學(xué)院電氣與信息工程學(xué)院，廣州 510450）

基于應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式，針對(duì)單片機(jī)原理與應(yīng)用課程教學(xué)中存在的問(wèn)題，提出課程教學(xué)要與實(shí)際的項(xiàng)目相結(jié)合的教學(xué)模式，實(shí)踐表明，該方法有利于提高學(xué)生動(dòng)手能力和綜合素質(zhì)的培養(yǎng)，有利于調(diào)動(dòng)學(xué)生積極性，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。

應(yīng)用型人才模式；教學(xué)改革；實(shí)踐項(xiàng)目

0 引言

應(yīng)用型教育的目標(biāo)是培養(yǎng)能夠熟練運(yùn)用知識(shí),解決生產(chǎn)實(shí)際問(wèn)題,適應(yīng)社會(huì)多樣化需要的人才；其課程體系、課程內(nèi)容、教學(xué)模式、教學(xué)方法和評(píng)價(jià)指標(biāo)等,應(yīng)圍繞加強(qiáng)學(xué)生實(shí)踐能力,強(qiáng)化學(xué)生知識(shí)與技能的應(yīng)用,提高學(xué)生綜合素質(zhì)而展開(kāi)[1]。《單片機(jī)原理與應(yīng)用》課程是一門(mén)面向應(yīng)用的、具有很強(qiáng)的實(shí)踐性與綜合性的課程，深化《單片機(jī)原理與應(yīng)用》課程教學(xué)改革，就是要加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，加強(qiáng)對(duì)學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)與訓(xùn)練,避免理論與實(shí)踐相脫節(jié)，實(shí)現(xiàn)應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)。通過(guò)該課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握單片機(jī)原理與應(yīng)用及其在工業(yè)控制、經(jīng)濟(jì)建設(shè)和日常生活中的應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力和新產(chǎn)品設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)能力，為將來(lái)從事電子電器新產(chǎn)品設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

1 課程教學(xué)特點(diǎn)

1.1 課程性質(zhì)與地位

單片機(jī)是一個(gè)集成了CPU存儲(chǔ)器接口等計(jì)算機(jī)部件功能的小芯片，具有出色的控制能力和性能價(jià)格比，被廣泛應(yīng)用于各式各樣的智能化、自動(dòng)化、通信等設(shè)備的控制系統(tǒng)之中，是現(xiàn)代電子工程領(lǐng)域一門(mén)應(yīng)用廣闊的技術(shù)。

該課程是電子類(lèi)、自動(dòng)控制類(lèi)、通信類(lèi)、車(chē)輛工程類(lèi)、機(jī)械設(shè)計(jì)制造類(lèi)等專(zhuān)業(yè)的一門(mén)重要專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)必修課，是一門(mén)承上啟下的課程，先修課程為《計(jì)算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)》、《電路基礎(chǔ)》、《模擬電子》、《數(shù)字電路》、《C語(yǔ)言》，通過(guò)《單片機(jī)原理與應(yīng)用》課程學(xué)習(xí)奠定了后續(xù)的《DSP》、《嵌入式系統(tǒng)原理與應(yīng)用》課程學(xué)習(xí)基礎(chǔ)。

1.2 課程目標(biāo)

課程的教學(xué)目標(biāo)是使學(xué)生能夠掌握單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理、指令系統(tǒng)和匯編語(yǔ)言的編程方法、存儲(chǔ)器擴(kuò)展和中斷系統(tǒng)、I/O接口總線等問(wèn)題，同時(shí)讓學(xué)生熟悉單片機(jī)的編程系統(tǒng)和相應(yīng)仿真系統(tǒng),以培養(yǎng)學(xué)生在工程應(yīng)用中解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

2 采用項(xiàng)目化教學(xué)

在學(xué)習(xí)《單片機(jī)原理與應(yīng)用》課程時(shí)，涉及復(fù)雜的硬件知識(shí)和軟件知識(shí)。傳統(tǒng)的教學(xué)讓學(xué)生系統(tǒng)地獲得單片機(jī)知識(shí)方法是從講授單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)、指令系統(tǒng)、匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)、中斷系統(tǒng)、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、串行口、I/O擴(kuò)展、串行總路線擴(kuò)展到單片機(jī)的模擬接口，這是一種“知識(shí)導(dǎo)向”的模式。這一模式雖有其優(yōu)勢(shì)，初學(xué)者很容易學(xué)了后面忘了前面，不利于培養(yǎng)應(yīng)用型人才，為了逐步深化學(xué)生的能力培養(yǎng)，所以對(duì)單片機(jī)教學(xué)進(jìn)行了大膽改革，在教學(xué)方法上由“知識(shí)導(dǎo)向”的人才培養(yǎng)模式向“實(shí)踐導(dǎo)向”人才培養(yǎng)模式轉(zhuǎn)變[2]。建立科學(xué)合理的項(xiàng)目化教學(xué)，改革了只注重傳授理論知識(shí)的教學(xué)方式，把能力培養(yǎng)放在首位，在選擇項(xiàng)目任務(wù)時(shí)，既考慮培養(yǎng)和提高學(xué)生的創(chuàng)新能力又要提高學(xué)生學(xué)習(xí)單片機(jī)的興趣，而興趣又是激發(fā)學(xué)生創(chuàng)造性思維的源泉，所以選擇12個(gè)項(xiàng)目(表1)由淺入深、循序漸進(jìn)的進(jìn)行教學(xué)，即首先講授單片機(jī)必須的硬件知識(shí)、指令系統(tǒng)并介紹Proteus、Keil、STC軟件的使用，再根據(jù)單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)的知識(shí)結(jié)構(gòu)，以單片機(jī)I/O口、中斷系統(tǒng)、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、串行口、外圍接口擴(kuò)展為主線，以項(xiàng)目任務(wù)驅(qū)動(dòng)進(jìn)行講解知識(shí)點(diǎn)，實(shí)行理論與實(shí)踐并重的教育模式。同時(shí)在教學(xué)中使用Proteus、Keil、STC軟件，圍繞STC－51系列單片機(jī)開(kāi)展演示教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)。

表1 單片機(jī)原理與應(yīng)用教學(xué)項(xiàng)目

這種教學(xué)方法的優(yōu)點(diǎn)是根據(jù)應(yīng)用來(lái)學(xué)習(xí)單片機(jī)的知識(shí)，指令系統(tǒng)也分配到幾個(gè)項(xiàng)目中去學(xué)習(xí)。使理論教學(xué)與實(shí)踐緊密結(jié)合起來(lái)，學(xué)生感受單片機(jī)能夠做些什么，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，從而獲得良好的教學(xué)效果。但是完全按項(xiàng)目教學(xué)也出現(xiàn)了缺陷，它使得單片機(jī)的知識(shí)被分散了，知識(shí)變得不系統(tǒng)性、連續(xù)性。我們教學(xué)中在采用項(xiàng)目化教學(xué)時(shí)也注意到知識(shí)的系統(tǒng)性、連續(xù)性，既能提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，又能提高學(xué)生的實(shí)踐能力。

在教學(xué)中也跟蹤單片機(jī)原理與應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展，改革課程內(nèi)容體系，將新器件、新技術(shù)和新方法及時(shí)地引進(jìn)課程，全面提高教學(xué)質(zhì)量。

3 《單片機(jī)原理與應(yīng)用》課程實(shí)踐教學(xué)改革的措施

實(shí)踐教學(xué)是驗(yàn)證所學(xué)理論知識(shí)和學(xué)生工程實(shí)踐能力的重要途徑，通過(guò)實(shí)踐活動(dòng)培養(yǎng)學(xué)生的思維能力，工程綜合能力、科技創(chuàng)新能力、工程分析能力和理論結(jié)合實(shí)踐能力，以適應(yīng)企業(yè)和社會(huì)的需求[3]。

3.1 教材建設(shè)

教材選用艾運(yùn)階副教授主編的《MCS-51單片機(jī)項(xiàng)目教程》教材，于2012年北京理工大學(xué)出版社出版。這該書(shū)是高等學(xué)校“十二五”精品規(guī)劃教材，是高等教育課程改革項(xiàng)目研究成果，同時(shí)還配套對(duì)應(yīng)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)。

3.2 實(shí)驗(yàn)建設(shè)

首先，選用Proteus 7.7綜合仿真平臺(tái)，將實(shí)驗(yàn)室中開(kāi)展的實(shí)驗(yàn)延伸到實(shí)驗(yàn)室之外。即課程的實(shí)驗(yàn)課室可以延伸到多媒體理論課室、可以延伸到課表學(xué)時(shí)之外，Proteus仿真是單片機(jī)實(shí)踐教學(xué)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，大大增加了學(xué)生的“動(dòng)手機(jī)會(huì)”和“動(dòng)手時(shí)間”。其次，課程實(shí)驗(yàn)室設(shè)備配有多媒體網(wǎng)絡(luò)投影設(shè)備、多種開(kāi)發(fā)平臺(tái)（Proteus綜合仿真平臺(tái)、Keil編程軟件、Jrisp開(kāi)發(fā)實(shí)驗(yàn)板、DZX_I單片機(jī)綜合實(shí)驗(yàn)箱（廣東白云學(xué)院開(kāi)發(fā)）等等，完全滿足教學(xué)要求。

3.3 開(kāi)設(shè)《單片機(jī)原理與應(yīng)用課程設(shè)計(jì)》，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力

在該課程結(jié)束或即將結(jié)束時(shí)，進(jìn)行《單片機(jī)原理與應(yīng)用課程設(shè)計(jì)》教學(xué)，是學(xué)生提高理論水平的一個(gè)重要過(guò)程。根據(jù)每個(gè)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況合理地分組，組內(nèi)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，每一小組自選設(shè)計(jì)的項(xiàng)目，其課程設(shè)計(jì)的步驟：

（1）進(jìn)行查找相關(guān)資料，進(jìn)行系統(tǒng)分析和總體結(jié)構(gòu)的構(gòu)思，編制元器件清單，進(jìn)行方案論證，教師對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行指導(dǎo)。

（2）確定方案后，小組成員分配制作任務(wù)，畫(huà)出電路圖，準(zhǔn)備器材，進(jìn)行元器件檢測(cè)；在系統(tǒng)硬件制作中，PCB板上的整體元件布局、布線要盡量合理，然后腐蝕，焊接元器件，硬件電路制作完成后，還要進(jìn)行硬件電路調(diào)試或測(cè)試。

（3）設(shè)計(jì)程序流程圖、編寫(xiě)軟件程序；錄入程序、軟件編譯調(diào)試、仿真調(diào)試；軟件調(diào)試，程序固化，試運(yùn)行。系統(tǒng)整體調(diào)試，編寫(xiě)使用說(shuō)明。

（4）編寫(xiě)設(shè)計(jì)報(bào)告，答辯。

（5）根據(jù)設(shè)計(jì)完成情況、現(xiàn)場(chǎng)表現(xiàn)和答辯綜合評(píng)估每位學(xué)生的成績(jī)。

《單片機(jī)原理與應(yīng)用課程設(shè)計(jì)》是教學(xué)成果的進(jìn)一步鞏固和學(xué)生能力培養(yǎng)的綜合提升，為今后在各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域開(kāi)發(fā)電子產(chǎn)品項(xiàng)目打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

3.4 學(xué)生創(chuàng)新平臺(tái)

學(xué)院專(zhuān)設(shè)大學(xué)生創(chuàng)新中心，內(nèi)有元器件庫(kù)、多功能嵌入式開(kāi)發(fā)系統(tǒng)、PCB腐蝕機(jī)、熱轉(zhuǎn)印機(jī)、數(shù)字存儲(chǔ)示波器、穩(wěn)壓電源、信號(hào)發(fā)生器、高精度數(shù)字電壓表、電工工具、木工工具、切割機(jī)、鉆床等。不僅能開(kāi)展單片機(jī)應(yīng)用制作項(xiàng)目，而且能開(kāi)展大學(xué)生各種科技創(chuàng)新和競(jìng)賽項(xiàng)目，培養(yǎng)學(xué)生專(zhuān)業(yè)技能和工程應(yīng)用能力。

3.5 開(kāi)設(shè)精品視頻公開(kāi)課

通過(guò)《單片機(jī)原理與應(yīng)用》精品視頻公開(kāi)課的建設(shè)目的在于引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、自主控制學(xué)習(xí)的進(jìn)度和節(jié)奏，把以教師為中心的課堂教學(xué)，實(shí)實(shí)在在地轉(zhuǎn)變?yōu)橐詫W(xué)生為中心的自主學(xué)習(xí)過(guò)程。該視頻能夠起到啟發(fā)學(xué)習(xí)和示范作用，從而提高學(xué)生的自學(xué)能力。

4 結(jié)語(yǔ)

基于應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式，在理論教學(xué)的方式方法上進(jìn)行改革，突出教學(xué)的實(shí)用性，實(shí)踐性；沿襲“CDIO工程教育改革”的一系列教學(xué)改革成果，特別在教材建設(shè)、實(shí)驗(yàn)室建設(shè)、課程拓展訓(xùn)練等方面成果突出，為開(kāi)展應(yīng)用型人才培養(yǎng)提供了豐富的經(jīng)驗(yàn)和資源；將課程建設(shè)與開(kāi)展學(xué)生課外電子技術(shù)科技活動(dòng)結(jié)合，如參加廣東省電子設(shè)計(jì)大賽、飛思卡爾智能車(chē)華南賽區(qū)競(jìng)賽等各類(lèi)相關(guān)競(jìng)賽中取得了很好的效果[4]，切實(shí)加強(qiáng)了學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力。

[1] 馮虹.對(duì)應(yīng)用型大學(xué)的探討[J].北京：北京聯(lián)合大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版).2005,19(2)：24～29

[2] 唐自政.從“知識(shí)導(dǎo)向”到“實(shí)踐導(dǎo)向”——應(yīng)用型本科高校法學(xué)教育人才培養(yǎng)模式改革初探.皖西學(xué)院政法學(xué)院[J]，2011，29（1）：67～69

[3] 付慧敏.基于項(xiàng)目化教學(xué)的自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)課程改革與實(shí)踐[J].河北省石家莊市：產(chǎn)業(yè)與科技論壇，2012,11（11）：197～198

[4] 梁永恩，萬(wàn)世明.基于CDIO理念的《嵌入式系統(tǒng)原理與應(yīng)用》課程教學(xué)模式研究[J].現(xiàn)代計(jì)算機(jī)（專(zhuān)業(yè)版），2013，（31）：29～31

Teaching Reformation of Singlechip Application Based on Applied Talents Cultivating

QIN Ying-chun,CHEN Li-wang，AI Yun-jie
(School of Electrical and Information Engineering,Guangdong Baiyun University,Guangzhou 510450)

Based on applied talents mode,aiming at the problems in principle and application of singlechip teaching,proposes the teaching model to combine with the practical project,the practice shows that this method will help to improve students’ability and quality,and help to mobilize the enthusiasm of students,improve student learning efficiency.

Applied Talents；Teaching Reformation；Practical Project

1007-1423（2015）04-0043-03

10.3969/j.issn.1007-1423.2015.04.012

秦迎春（1962-），女，重慶人，副教授，研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)的應(yīng)用、通信

陳立旺（1964-），男，福建人，本科，副教授，研究方向?yàn)橥ㄐ偶皯?yīng)用電子

2014-12-30

2015-01-20

艾運(yùn)階（1955-），男，江西人，本科，副教授，研究方向?yàn)樽詣?dòng)控制及應(yīng)用電子