基于單片機(jī)的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)踐教學(xué)改革思考

陳 勇　劉麗莎　王 飛　肖紅軍

1. 佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院　廣東佛山　528000 2. 深圳職業(yè)技術(shù)學(xué)院　廣東深圳　518055

基于單片機(jī)的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)踐教學(xué)改革思考

陳 勇1劉麗莎2王 飛1肖紅軍1

1. 佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院廣東佛山528000 2. 深圳職業(yè)技術(shù)學(xué)院廣東深圳518055

由于單片機(jī)具有功能強(qiáng)、可靠性高、體積小、成本低等優(yōu)點(diǎn)，在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中等到了廣泛應(yīng)用。針對大學(xué)生計(jì)算機(jī)控制技術(shù)中的單片機(jī)系統(tǒng)實(shí)踐能力培養(yǎng)，分析了目前課程教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)存在的不足，探索了課程設(shè)計(jì)教學(xué)改革，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立分析和解決問題的能力，為深化教學(xué)改革進(jìn)行有益的嘗試。

單片機(jī)；計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)；實(shí)踐教學(xué)；改革

單片機(jī)原理和計(jì)算機(jī)控制技術(shù)理論教學(xué)的后續(xù)課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)是一個(gè)很重要的實(shí)踐內(nèi)容，是對大學(xué)前期專業(yè)知識的高度綜合，課程設(shè)計(jì)的效果直接影響學(xué)生的專業(yè)綜合能力的培養(yǎng)。電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)的特點(diǎn)是知識面廣、實(shí)踐性強(qiáng)、工程性強(qiáng)，而且計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的涉及面也很廣。就目前我校的電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)的本科生而言，由于地方產(chǎn)業(yè)對應(yīng)用型人才需求的定位，教學(xué)過程中計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)內(nèi)容主要是針對以單片機(jī)為主MCU的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。因此，為了提高該門課程設(shè)計(jì)的效果，有必要專門對基于單片機(jī)的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)踐教學(xué)進(jìn)行改革和探討。

1　單片機(jī)及計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)課程教學(xué)現(xiàn)狀及存在的問題

單片機(jī)是電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)的一門重要的基礎(chǔ)專業(yè)課， 具有很強(qiáng)的生命力，直接影響到學(xué)生的電子設(shè)計(jì)能力和后續(xù)課程的學(xué)習(xí)。這門課程不僅要求學(xué)生掌握繁雜的基礎(chǔ)知識，更要求他們能夠應(yīng)用與本課程相關(guān)的技術(shù)(如Protel制圖、KEIL51仿真、焊接、調(diào)試等)，最終能夠利用單片機(jī)解決應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)問題。按照人才培養(yǎng)方案，在課程理論授課之后，開設(shè)有單片機(jī)原理與應(yīng)用實(shí)驗(yàn)(單獨(dú)開課)實(shí)踐環(huán)節(jié)。從現(xiàn)今的教學(xué)情況來看，單片機(jī)理論課程的開設(shè)使學(xué)生有一定的系統(tǒng)思維視角，取得了一定的效果。但是也存在一些不足：(1)由于課程的性質(zhì)原因，使得基礎(chǔ)原理的講授內(nèi)容枯燥乏味，學(xué)生積極性不高，造成一種“知其然不知其所以然”的情況；(2)理論與應(yīng)用聯(lián)系不多，學(xué)完后造成相當(dāng)一部分學(xué)生只懂理論不懂怎樣應(yīng)用；(3)考核方法單一，通常只是采用筆試的方式進(jìn)行考核，而筆試考核方式往往只考查書本中的基礎(chǔ)知識部分，使得學(xué)生學(xué)習(xí)的重點(diǎn)都放在了基礎(chǔ)知識部分；(4)限于前期知識的學(xué)習(xí)效果不扎實(shí)，實(shí)踐環(huán)節(jié)的效果不理想。

計(jì)算機(jī)控制技術(shù)理論課程則是在學(xué)生已學(xué)高等數(shù)學(xué)、工程數(shù)學(xué)、電子技術(shù)、單片機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制原理等前期課程知識的基礎(chǔ)上，從計(jì)算控制系統(tǒng)的模型、設(shè)計(jì)方法、控制算法、總線技術(shù)、應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)、設(shè)計(jì)舉例(包含溫度控制系統(tǒng)、直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)、變頻恒壓供水系統(tǒng)等)等幾個(gè)部分講解。由于學(xué)生前期知識和課時(shí)的原因，也存在一些缺陷：(1)由于課程的綜合性特點(diǎn)，導(dǎo)致課程的內(nèi)容多而雜，授課過程效果不佳，有蜻蜓點(diǎn)水的形式。尤其對于基礎(chǔ)不牢固、學(xué)習(xí)自覺性不高、自學(xué)能力不強(qiáng)的學(xué)生來說，收效不大；(2)由于缺乏實(shí)際的項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，導(dǎo)致學(xué)生對知識的應(yīng)用背景理解不深，直接影響到了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性；(3)課程考核方法偏于理論，與課程的實(shí)踐性特點(diǎn)存在一定差距。

單片機(jī)、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程的極強(qiáng)的實(shí)踐性要求是導(dǎo)致以上兩門課程教學(xué)效果欠佳的主要原因。為此，有必要在深化單片機(jī)、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程教學(xué)改革的基礎(chǔ)上，結(jié)合教育教學(xué)規(guī)律和專業(yè)教學(xué)實(shí)際，針對以往實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)中存在的主要問題，探討新的實(shí)踐教學(xué)模式，以提高學(xué)生的基于單片機(jī)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力和工程意識為核心，對計(jì)算機(jī)控制技術(shù)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)進(jìn)行了建設(shè)和改革。

2　計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程設(shè)計(jì)現(xiàn)狀

計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程設(shè)計(jì)是單片機(jī)技術(shù)、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程后續(xù)重要的課程設(shè)計(jì)實(shí)踐環(huán)節(jié)，按照人才培養(yǎng)方案，安排在第六學(xué)期十六、十七周進(jìn)行，時(shí)間為2周。該環(huán)節(jié)要求學(xué)生結(jié)合實(shí)際設(shè)計(jì)一個(gè)以單片機(jī)為核心的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，包括硬件電路和軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，使學(xué)生對系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)能力和軟件編程能力得到綜合訓(xùn)練。

目前的做法是：在第六學(xué)期15周召開“計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)”動(dòng)員大會(huì)，就課程設(shè)計(jì)的目的、意義、組織、任務(wù)做出總的部署、要求學(xué)生在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下選題、查資料、文獻(xiàn)，并進(jìn)行討論，最后完成系統(tǒng)硬件電路及軟件流程的設(shè)計(jì)，通過仿真測試后，進(jìn)行系統(tǒng)安裝，給出具體的系統(tǒng)安裝結(jié)果，最終形成設(shè)計(jì)報(bào)告。

但是，在實(shí)行的過程中，存在一些不盡人意的問題：(1)提供的選題有十余個(gè)，難度大的題目選的人少，難度小的題目選的人多，有些題目沒有人選，實(shí)際做的題目數(shù)量并不多；(2)十六、十七周是學(xué)生復(fù)習(xí)應(yīng)考的集中時(shí)段，導(dǎo)致教師的監(jiān)控存在難度，學(xué)生投入精力有限；(3)課題驗(yàn)收時(shí)存在同題目學(xué)生的相互借鑒甚至抄襲現(xiàn)象，文檔和實(shí)物的驗(yàn)收時(shí)教師的把握很難做到完全準(zhǔn)確，導(dǎo)致部分學(xué)生存在僥幸心理和懶惰心理。

3　基于任務(wù)驅(qū)動(dòng)的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)實(shí)踐教學(xué)模式探討

下面主要對以單片機(jī)為主處理器的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)實(shí)踐教學(xué)改革進(jìn)行探討。

任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)法是學(xué)生在整個(gè)教學(xué)過程中處于主動(dòng)地位，教師以任務(wù)的形式加以引導(dǎo)。學(xué)生根據(jù)自己對當(dāng)前問題的理解，通過查閱資料、相互討論等形式，運(yùn)用已有知識和經(jīng)驗(yàn)提出設(shè)計(jì)方案并解決問題。這種教學(xué)方式改變了傳統(tǒng)實(shí)踐環(huán)節(jié)按部就班、方式方法普遍一致的狀況，使學(xué)生處于積極的學(xué)習(xí)狀態(tài)，培養(yǎng)了學(xué)生的自學(xué)能力、創(chuàng)新精神和合作意識。

具體針對該課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，要注意以下幾個(gè)問題。

(1)教師自我重定位，由傳統(tǒng)的“主導(dǎo)”地位轉(zhuǎn)化到促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)、引導(dǎo)學(xué)生成功的“輔助”地位，將教材內(nèi)容進(jìn)行重新整合，把知識點(diǎn)隱含在任務(wù)之中，題目要結(jié)合企業(yè)實(shí)際并難度要適中。

(2)創(chuàng)建需要的教學(xué)情境，能夠滿足教師和學(xué)生的要求，完善與提高實(shí)驗(yàn)環(huán)境，如：可以考慮添置一些面包板、常用元器件等，盡量少用現(xiàn)成的開發(fā)板。

(3)給學(xué)生布置任務(wù)，促使學(xué)生的地位由“被動(dòng)”接受變成“主動(dòng)”學(xué)習(xí)，通過積極完成任務(wù)的過程尋求知識，并不斷獲得成就感，增強(qiáng)自己的自信心，從而取得成功。課題題目可以通過教學(xué)組討論后確定下來，在第六學(xué)期開學(xué)之初就布置下去，讓學(xué)生帶著問題進(jìn)行學(xué)習(xí)。課題任務(wù)要明確具體，一般要包含：采樣、顯示、鍵盤、中斷、定時(shí)/計(jì)數(shù)、通信等內(nèi)容。選題每一年有一定的更新或改進(jìn)，與往年的題目重復(fù)率至少小于20%，跟上學(xué)生的就業(yè)需求。

(4)完全按照產(chǎn)品開發(fā)過程安排課程設(shè)計(jì)步驟，即：接受任務(wù)—方案選擇—電路設(shè)計(jì)—電路板設(shè)計(jì)—電路板安裝—軟件編寫—調(diào)試—測試—完成。學(xué)生可以自主選擇一些感興趣的題目，但題目必須通過學(xué)院審批同意，符合要求。

(5)一人一題，杜絕雷同或相似度過高的題目，每一個(gè)課題都由學(xué)生單獨(dú)完成，面包板采取編號的方法，驗(yàn)收時(shí)采用作品、提問和設(shè)計(jì)報(bào)告相結(jié)合的方式考核，重在考察學(xué)生的動(dòng)手能力和系統(tǒng)設(shè)計(jì)的思想。

4　幾點(diǎn)建議

(1)教師統(tǒng)一思想，使教師認(rèn)識到實(shí)踐環(huán)節(jié)的重要性。

(2)將課程設(shè)計(jì)的成績直接納入理論課程的考核，改變學(xué)生重理論輕實(shí)踐的作風(fēng)。

(3)適當(dāng)延長課程設(shè)計(jì)的時(shí)間。

(4)集體驗(yàn)收，采取答辯的形式。

5　結(jié)束語

針對計(jì)算機(jī)控制技術(shù)這種側(cè)重實(shí)踐應(yīng)用的課程中理論與實(shí)踐結(jié)合脫節(jié)的問題和前一階段課程設(shè)計(jì)中存在的一些困惑，可以考慮以任務(wù)驅(qū)動(dòng)的方式提高課程設(shè)計(jì)效果。讓學(xué)生對需要用到的知識全面地學(xué)習(xí)和綜合地應(yīng)用，熟悉開發(fā)基于單片機(jī)的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的流程，掌握計(jì)算機(jī)控制應(yīng)用系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)、軟件編寫調(diào)試的基本技能，能夠具備在控制領(lǐng)域自主開發(fā)單片機(jī)測控小系統(tǒng)、協(xié)助大系統(tǒng)研發(fā)的基本素質(zhì)，為以后的工作打下良好的基礎(chǔ)。

[1] 閆慧蘭,王雁峰,任坤.結(jié)合專業(yè)特色提高大學(xué)生的實(shí)踐能力[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索,2009,28(5):113-114,121.

[2]王林生,楊林.單片機(jī)技術(shù)應(yīng)用的探索與實(shí)踐[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索,2010(9):90,93.

[3]馬彪,孫艷霞.單片機(jī)精品課建設(shè)探索與實(shí)踐[J].遼寧高職學(xué)報(bào),2008(12):66-67,70.

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[5]顧德英,馬淑華,孫文義.提高“計(jì)算機(jī)控制技術(shù)”課程教學(xué)質(zhì)量的方法研究[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào),2009,31(6):106-107.

[6] 邱麗娟,欒爽,何建樹.應(yīng)用任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)法規(guī)劃單片機(jī)課程[J].改革與開放,2009(12):173.

[7]陳勇,劉麗莎,肖紅軍,王飛.《計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程設(shè)計(jì)》教學(xué)模式改革探索[J].高教學(xué)刊,2016(11):160-161.

On the Practice Teaching Reform of Computer Control System Based on Single Chip Microcomputer

Chen Yong1, Liu Lisha2, Wang Fei1, Xiao Hongjun1
1. School of Automation, Foshan University, Foshan, 528000, China 2.Shenzhen Polytechnic, Shenzhen, 518055, China

Microcontroller is widely used in computer control system for its strong function, high reliability, small volume and low cost. According to the college students' practical ability training of computer control system technology with single chip microcomputer, deep teaching reform attempt is explored based on the analysis of current lack of practice teaching, curriculum design and teaching reform which can cultivate the students' ability of analyzing and solving problems independently.

single chip microcomputer; computer control system; practice teaching; reform

2016-04-07

陳勇，博士，副教授。

廣東省高等教育教學(xué)改革項(xiàng)目(編號：GDJG 20142364)；廣東省“創(chuàng)新強(qiáng)校—應(yīng)用型人才培養(yǎng)示范專業(yè)”項(xiàng)目。