基于理實(shí)一體化的單片機(jī)原理及應(yīng)用課程改革探索與研究

王小娟（鄂爾多斯職業(yè)學(xué)院）

基于理實(shí)一體化的單片機(jī)原理及應(yīng)用課程改革探索與研究

王小娟
（鄂爾多斯職業(yè)學(xué)院）

單片機(jī)原理及應(yīng)用是一門綜合計(jì)算機(jī)、電子、自動(dòng)化控制等的技術(shù)，具有很強(qiáng)的應(yīng)用型和實(shí)用性，是高職高專電氣自動(dòng)化、機(jī)電一體化等專業(yè)的專業(yè)課。本門課程實(shí)踐性強(qiáng)、內(nèi)容抽象，與實(shí)際應(yīng)用聯(lián)系緊密，采用傳統(tǒng)的授課方式，學(xué)生難以理解、掌握。以降低學(xué)生學(xué)習(xí)難度、激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、提高學(xué)生學(xué)習(xí)效果為動(dòng)機(jī)，從引入PROTUES仿真教學(xué)、采用“任務(wù)驅(qū)動(dòng)法”教學(xué)模式、選取C語(yǔ)言為設(shè)計(jì)語(yǔ)言三個(gè)方面進(jìn)行綜合教學(xué)改革，從而提高單片機(jī)課程教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)出實(shí)踐能力、綜合應(yīng)用知識(shí)能力均較強(qiáng)的學(xué)生，能很好地將本門課程所學(xué)知識(shí)應(yīng)用到工作崗位上。

課程改革；仿真教學(xué)；任務(wù)驅(qū)動(dòng)法

傳統(tǒng)單片機(jī)原理及應(yīng)用課程教學(xué)方式是以單片機(jī)的知識(shí)結(jié)構(gòu)為主線，學(xué)習(xí)單片機(jī)的原理部分——單片機(jī)硬件結(jié)構(gòu)、中斷系統(tǒng)、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串行口應(yīng)用、系統(tǒng)擴(kuò)展等。原理部分內(nèi)容抽象，對(duì)高職學(xué)生來(lái)說(shuō)學(xué)習(xí)難度大。應(yīng)用部分是在所學(xué)理論知識(shí)的基礎(chǔ)上，將理論用于實(shí)踐，實(shí)踐性強(qiáng)，與實(shí)際應(yīng)用聯(lián)系非常緊密。單片機(jī)應(yīng)用以硬件和程序作為基礎(chǔ)和支撐，前面知識(shí)一知半解，使單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)和掌握變得難上加難。對(duì)于非計(jì)算機(jī)專業(yè)的高職學(xué)生，要學(xué)習(xí)如此復(fù)雜的單片機(jī)軟、硬件知識(shí)，傳統(tǒng)的以講授為主的教學(xué)模式顯然不能適應(yīng)高職學(xué)生學(xué)習(xí)的需要，改革教學(xué)模式勢(shì)在必行。在本課程的教學(xué)中實(shí)施了以任務(wù)驅(qū)動(dòng)模式為主的項(xiàng)目教學(xué)法，加大實(shí)踐在教學(xué)中的比重，力爭(zhēng)實(shí)現(xiàn)理實(shí)一體化教學(xué)。

一、引入PROTEUS仿真教學(xué)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣

PROTEUS軟件是由英國(guó)Labcenter Electronics公司開(kāi)發(fā)的功能強(qiáng)大的EDA工具軟件。其運(yùn)行環(huán)境為Windows系統(tǒng)，操作簡(jiǎn)單，不僅具有PCB設(shè)計(jì)、Schematic Drawing仿真功能，還能仿真單片機(jī)及外圍器件，是目前對(duì)單片機(jī)進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)的最好軟件。PROTEUS軟件可在目標(biāo)板沒(méi)有進(jìn)行制作前，事先對(duì)其合理性、功能等指標(biāo)進(jìn)行設(shè)計(jì)、調(diào)整，還能在沒(méi)有目標(biāo)板的情況下實(shí)現(xiàn)對(duì)單片機(jī)軟件的開(kāi)發(fā)和調(diào)試，從而進(jìn)行完整的模擬開(kāi)發(fā)。

單片機(jī)原理及應(yīng)用課程的具體目的是培養(yǎng)學(xué)生的軟件編程能力及硬件設(shè)計(jì)能力。但由于課程教學(xué)課時(shí)以及經(jīng)費(fèi)的限制，學(xué)生很難親自動(dòng)手將軟件和硬件進(jìn)行實(shí)際操作。使用PROTEUS軟件可以實(shí)現(xiàn)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)仿真模擬。在教學(xué)實(shí)踐過(guò)程中，教師通過(guò)計(jì)算機(jī)和多媒體指導(dǎo)學(xué)生使用計(jì)算機(jī)操作KEIL uVision2軟件和PROTEUS軟件。學(xué)生首先使用KEIL uVision2軟件練習(xí)程序編寫，將程序編輯、編譯、鏈接后生成“.hex”的可執(zhí)行文件；然后利用PROTUES軟件平臺(tái)搭建實(shí)際硬件電路；最后在PROTEUS平臺(tái)加載可執(zhí)行文件，進(jìn)行仿真運(yùn)行。

將PROTEUS與KEIL uVision2軟件相結(jié)合仿真，不但可以豐富教師教學(xué)手段，還可以使學(xué)生既能進(jìn)行單片機(jī)系統(tǒng)軟件程序設(shè)計(jì)，又能進(jìn)行單片機(jī)外圍接口電路的設(shè)計(jì)，并立即看到程序運(yùn)行和電路工作的過(guò)程和結(jié)果。在提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的基礎(chǔ)上鍛煉了學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手的能力，既降低了教學(xué)成本，又提高了教學(xué)效果。與此同時(shí)，還能解決實(shí)驗(yàn)箱不能實(shí)現(xiàn)功能模塊的有關(guān)限制性。

二、選取任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)模式，提高學(xué)生學(xué)習(xí)效率

1.以“必需、夠用”為原則，在教學(xué)內(nèi)容上改革

針對(duì)本課程實(shí)踐性強(qiáng)的特點(diǎn)，應(yīng)以“強(qiáng)化能力，重在應(yīng)用”為指導(dǎo)思想。通過(guò)對(duì)部分畢業(yè)生和相關(guān)企業(yè)、行業(yè)的調(diào)研，在教學(xué)內(nèi)容的選取上應(yīng)以培養(yǎng)技能型專業(yè)人才為出發(fā)點(diǎn)，以滿足崗位職業(yè)技能需求為最終目標(biāo)，以真實(shí)的工作任務(wù)為載體進(jìn)行教學(xué)過(guò)程的設(shè)計(jì)，以“必需、夠用”為原則設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容，注重職業(yè)崗位技能訓(xùn)練，增加實(shí)踐教學(xué)的學(xué)時(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際應(yīng)用能力。

2.教學(xué)過(guò)程主要采用“任務(wù)驅(qū)動(dòng)法”，理論教學(xué)緊扣“實(shí)際應(yīng)用”

“任務(wù)驅(qū)動(dòng)法”是理論教學(xué)全過(guò)程都以單片機(jī)應(yīng)用的典型工程實(shí)用案例進(jìn)行分析講述的一種教學(xué)方法。授課時(shí)以“任務(wù)”演示作為引入，以實(shí)現(xiàn)“任務(wù)”為主線介紹單片機(jī)各相關(guān)理論知識(shí)。將單片機(jī)課程的內(nèi)容融入幾個(gè)典型的單片機(jī)任務(wù)中，將理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)融為一體，將“單片機(jī)理論”“單片機(jī)仿真”與“單片機(jī)實(shí)操”融為一體，將傳統(tǒng)教學(xué)方法與現(xiàn)代化教學(xué)方法融為一體。使學(xué)生在實(shí)踐中學(xué)習(xí)理論知識(shí)，使所學(xué)的理論知識(shí)在實(shí)踐中得以驗(yàn)證；同時(shí)用理論指導(dǎo)實(shí)踐，培養(yǎng)學(xué)生的操作技能，實(shí)現(xiàn)理論和實(shí)踐的有機(jī)結(jié)合。這樣學(xué)習(xí)目標(biāo)更明確，帶著具體的任務(wù)去學(xué)習(xí)，既增加了學(xué)習(xí)興趣，又提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和自覺(jué)性。

3.結(jié)合以“單片機(jī)實(shí)驗(yàn)開(kāi)發(fā)板”為主，以“單片機(jī)實(shí)驗(yàn)箱”為輔的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式

“開(kāi)發(fā)板”為電路板的形式，雖然體積很小但包含了“單片機(jī)”實(shí)驗(yàn)的各個(gè)部分，可以根據(jù)需要對(duì)其進(jìn)行擴(kuò)展。另外，此單片機(jī)“開(kāi)發(fā)板”要求學(xué)生自己動(dòng)手焊接、調(diào)試，可加強(qiáng)學(xué)生對(duì)硬件電路的認(rèn)識(shí)和手工焊接能力的鍛煉，為今后學(xué)生自主開(kāi)發(fā)、設(shè)計(jì)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)奠定了一定的硬件基礎(chǔ)。

三、以C語(yǔ)言為主，與市場(chǎng)接軌，降低學(xué)生學(xué)習(xí)難度

C語(yǔ)言是目前世界上使用最廣泛的高級(jí)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言之一。C語(yǔ)言已被人們普遍接受，它在系統(tǒng)軟件、數(shù)據(jù)處理、科學(xué)工程數(shù)值計(jì)算等多個(gè)領(lǐng)域的軟件開(kāi)發(fā)中起著越來(lái)越重要的作用。C語(yǔ)言結(jié)構(gòu)緊湊、語(yǔ)句簡(jiǎn)潔，是介于高級(jí)語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言之間的一類語(yǔ)言，具有像匯編語(yǔ)言那樣直接訪問(wèn)硬件的功能。

單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)，既可以采用匯編語(yǔ)言，也可以采用C語(yǔ)言。匯編語(yǔ)言雖然具有接近硬件和執(zhí)行效率高等優(yōu)點(diǎn)，但開(kāi)發(fā)單片機(jī)難度高、效率低且周期長(zhǎng)。C語(yǔ)言雖然執(zhí)行效率不如匯編語(yǔ)言，但是C語(yǔ)言的突出優(yōu)點(diǎn)是可讀性和可移植性好，既有高級(jí)語(yǔ)言的優(yōu)點(diǎn)，又不失對(duì)硬件的控制，可以盡量少地對(duì)硬件進(jìn)行操作，非常適合開(kāi)發(fā)單片機(jī)。C語(yǔ)言中有豐富的函數(shù)，可以直接調(diào)用，大大降低了編程者的工作負(fù)擔(dān)。引入C語(yǔ)言進(jìn)行教學(xué)，學(xué)生掌握起來(lái)相對(duì)較快，不用過(guò)多考慮硬件，編寫程序較容易。經(jīng)過(guò)調(diào)研，目前在高科技電子領(lǐng)域?qū)嶋H應(yīng)用中，單片機(jī)的開(kāi)發(fā)多采用C語(yǔ)言編程。故采用C語(yǔ)言代替匯編語(yǔ)言開(kāi)發(fā)單片機(jī)。

通過(guò)理實(shí)一體化課程教學(xué)改革，將任務(wù)驅(qū)動(dòng)法、仿真法、實(shí)驗(yàn)教學(xué)法相結(jié)合，將“教、學(xué)、做”融為一體，培養(yǎng)學(xué)生單片機(jī)系統(tǒng)的應(yīng)用能力，并將C語(yǔ)言應(yīng)用于單片機(jī)課程，降低了學(xué)生的學(xué)習(xí)難度。經(jīng)過(guò)課程改革，可提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、提高學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的積極性，教學(xué)效率和教學(xué)質(zhì)量也有一定提高。單片機(jī)原理及應(yīng)用教學(xué)改革是一個(gè)長(zhǎng)期的過(guò)程，需要教師不斷學(xué)習(xí)、積累經(jīng)驗(yàn)、探索完善、拓展知識(shí)結(jié)構(gòu)、加強(qiáng)科學(xué)研究，同時(shí)不斷改進(jìn)教學(xué)方法，提高教學(xué)效率，使學(xué)生在知識(shí)的掌握與實(shí)踐能力的提升方面受益。

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·編輯李琴芳

2014年度鄂爾多斯職業(yè)學(xué)院科研基金項(xiàng)目（EJY1403）高職單片機(jī)原理及應(yīng)用課程理實(shí)一體化教學(xué)改革研究。

王小娟（1984—），女，內(nèi)蒙古鄂爾多斯市人，鄂爾多斯職業(yè)學(xué)院，自動(dòng)化，講師。