面向工程素質(zhì)培養(yǎng)的單片機教學(xué)方法的探討

摘要：單片機是電子信息專業(yè)一門應(yīng)用性強，重實踐性的專業(yè)基礎(chǔ)課，直接涉及學(xué)生的創(chuàng)新能力和就業(yè)能力，教學(xué)團隊從MCS-51單片機過渡到MSP430單片機，通過對多個典型工程應(yīng)用案例分析，引入工程案例和任務(wù)驅(qū)動方法開展課堂和實驗實踐教學(xué)，經(jīng)試驗對比，激發(fā)了學(xué)生興趣，培養(yǎng)學(xué)生工程素養(yǎng)，提高了單片機課程教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：MSP430單片機；案例模型；任務(wù)驅(qū)動；工程素養(yǎng)

中圖分類號：G642.0；TP368.1 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）11-0219-02

引言

“單片機”是電子信息類專業(yè)的重要專業(yè)基礎(chǔ)課程，直接涉及學(xué)生的創(chuàng)新能力和就業(yè)能力。我校單片機教學(xué)主要包括課堂教學(xué)、課內(nèi)實驗教學(xué)、基于單片機的電子信息系統(tǒng)創(chuàng)新設(shè)計三個部分，課程教學(xué)和課內(nèi)實驗總課時48學(xué)時，其中課堂理論教學(xué)36學(xué)時，實驗教學(xué)12學(xué)時；電子信息工程專業(yè)創(chuàng)新設(shè)計4周、通信工程專業(yè)創(chuàng)新設(shè)計3周。從2014年開始我校的電子信息類專業(yè)單片機課程從MCS-51單片機過渡到MSP430單片機，課內(nèi)教學(xué)依據(jù)教材，按照MSP430單片機體系結(jié)構(gòu)簡介、指令系統(tǒng)、MSP430單片機內(nèi)部資源（時鐘晶振、低功耗模式、PIO、定時器、AD和DA接口、UART等）、單片機應(yīng)用舉例的順序講解相關(guān)的概念、知識與應(yīng)用方法。課內(nèi)實驗是為配合課堂理論教學(xué)而設(shè)置，目的是通過實驗促進對課堂知識的理解，使用TI公司的MSP430F6638單片機實驗箱，以及實驗箱所提供的實驗項目均具有實驗程序源代碼，教師容易進行指導(dǎo)，學(xué)生容易完成實驗。這些實驗設(shè)備和實驗項目初步滿足了我們從MCS-51單片機過渡到MSP430單片機的教學(xué)需要，也為進一步改進單片機教學(xué)方法提升教學(xué)效果積累的經(jīng)驗。

一、傳統(tǒng)教學(xué)方法及存在的不足

從2015年新生開始，我校實行大類招生，電子信息工程和通信工程統(tǒng)一基礎(chǔ)課，從大學(xué)第四-第五學(xué)期開始選修專業(yè)方向特色課程。大類招生及培養(yǎng)要求厚基礎(chǔ)，單片機及嵌入式技術(shù)是當今電子信息的重要基礎(chǔ)技術(shù)之一，也是培養(yǎng)創(chuàng)新與創(chuàng)業(yè)能力、提高就業(yè)能力的重要技術(shù)基礎(chǔ)課程，是學(xué)生參加進行競賽的重要技術(shù)基礎(chǔ)。隨著當今全民創(chuàng)新與創(chuàng)業(yè)等社會發(fā)展對學(xué)生能力要求的不斷提高，以及我校大類招生需要的提高，這對單片機教學(xué)提出的新的更高的要求，主要體現(xiàn)在對實驗和創(chuàng)新設(shè)計實習(xí)要求的提高，除了基礎(chǔ)性的教學(xué)實驗和實習(xí)外，還要求面向工程應(yīng)用能力培養(yǎng)的需要，針對大類招生后學(xué)生不同專業(yè)方向，抽象出典型的工程應(yīng)用案例，按照工程設(shè)計的要求，設(shè)置由簡單到綜合、由模仿實驗系統(tǒng)硬件軟件到改進或擴展硬軟件設(shè)計、最終逐步過渡到自主設(shè)計的教學(xué)體系。隨著教學(xué)要求的提高，現(xiàn)有的教學(xué)方法與資源、實驗設(shè)備和項目、硬件軟件資源均不能完全滿足要求。

二、課程教學(xué)改革

本文主要針對新的教學(xué)要求，結(jié)合教學(xué)和科研團隊近10年單片機教學(xué)和相關(guān)工程技術(shù)研究方面的經(jīng)驗，探索一種適合大類招生與教學(xué)環(huán)境下能夠激發(fā)學(xué)生興趣和潛能，增強單片機教學(xué)效果的教學(xué)方法，課程系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。在課程內(nèi)實驗環(huán)節(jié)，根據(jù)任務(wù)教學(xué)和案例教學(xué)需要，設(shè)置與課堂教學(xué)內(nèi)容配套、由淺入深的單元性且分組可選的趣味性實驗項目，通過實驗進一步明確課程目的，提高學(xué)生興趣。

理論課堂教學(xué)選取工程案例以任務(wù)驅(qū)動方法，講述MSP430單片機知識點，讓學(xué)生建立單片機工程應(yīng)用系統(tǒng)概念，掌握單片機體系結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)、熟知MSP430單片機內(nèi)部資源，掌握單片機應(yīng)用同的設(shè)計。實驗設(shè)置擬在案例模型上模仿工程設(shè)計應(yīng)用系統(tǒng)方法進行，實驗項目選擇案例功能中比較典型的、難度適中的設(shè)計任務(wù)，分為基礎(chǔ)實驗和提高性實驗等不同層次，基礎(chǔ)實驗必須完成，提高性實驗由學(xué)生按興趣自由選擇。第一階段為系統(tǒng)認識實驗，信號燈控制和按鍵檢測功能程序（包括設(shè)計思路、程序流程圖、示例代碼，進行演示與詳細講解），以此學(xué)習(xí)編譯及下載運行方法、獲得對硬件軟件的初步認識；第二階段實驗完成模擬信號檢測及顯示實驗，指導(dǎo)書給出硬件圖、程序設(shè)計思路和流程圖，學(xué)生模仿著進行硬件和程序設(shè)計，完成調(diào)試與下載運行；其后從模仿逐步過渡到獨立完成設(shè)計與調(diào)試。第三階段，由指導(dǎo)教師提供除要求學(xué)生完成的功能之外的其他功能程序，指導(dǎo)學(xué)生裝配成一個完整的應(yīng)用程序，并指導(dǎo)學(xué)生進行系統(tǒng)軟硬件整體測試。學(xué)生實驗考核以學(xué)生為主，講述自己應(yīng)用系統(tǒng)構(gòu)成、測試、總結(jié)與改進，是否完成應(yīng)用系統(tǒng)功能和指標。在4周的創(chuàng)新設(shè)計階段，通過設(shè)置10-20個單片機典型的應(yīng)用課題，在導(dǎo)師指導(dǎo)下，利用一些基本的單元電路和學(xué)生自主設(shè)計的功能電路相配合，完成工程應(yīng)用樣機硬件的設(shè)計、制作與調(diào)試；完成單片機應(yīng)用軟件的設(shè)計與調(diào)試，最終完成系統(tǒng)的軟硬件聯(lián)合調(diào)試、系統(tǒng)功能與性能指標的測試。為完成此任務(wù)，需要研究并抽象出10-20個能激發(fā)學(xué)生興趣的典型工程應(yīng)用案例，給出這些案例的相關(guān)功能與技術(shù)指標要求，特色單元電路功能要求及參考設(shè)計，對信號特點與處理方法、程序設(shè)計思想進行適當?shù)恼f明，指導(dǎo)學(xué)生完成一個從硬件設(shè)計（或硬件集成）、到程序設(shè)計調(diào)試、整機測試、撰寫設(shè)計報告、撰寫使用說明書和維修說明書、生產(chǎn)工藝說明、性能檢測規(guī)范的整個工程設(shè)計過程。

課外創(chuàng)新實踐活動。組建單片機創(chuàng)新小組，建立學(xué)習(xí)興趣小組和QQ討論群，便于相互交流在實際設(shè)計過程中遇到的問題以及分析經(jīng)驗。同時以競賽促進教學(xué)，鼓勵學(xué)生參加電子競賽如：“全國大學(xué)生電子設(shè)計大賽”、“飛思卡爾智能汽車大賽”、“互聯(lián)網(wǎng)+大賽”，有興趣的學(xué)生還可以參與到老師的項目中。

三、結(jié)語

不脫離工程背景直接使用工程案例，教學(xué)活動特別是實驗實踐教學(xué)具有典型性和靈活性，能兼顧不同專業(yè)特點，激發(fā)學(xué)生的興趣，培養(yǎng)學(xué)生工程素養(yǎng)。但也存在一定問題，學(xué)生在工程文件管理和C語言編程方面存在不足，同時也在考慮是否直接教授STM32單片機，但STM32資源豐富復(fù)雜，對單片機入門還需進一步探索教學(xué)方法讓學(xué)生容易理解單片機微控制器。

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Engineering Ability Oriented Single Chip Computer Teaching Exploration

JIN Hong

（School of Information Science & Engineering，Guilin University of Technology，Guilin，Guangxi 541004，China）

Abstract：Single chip computer is an applied and practical professional basic course for electronic information.It directly relates to the students'innovative ability and employment ability.Our teaching team teaches the course from MCS-51 Single Chip to MSP430 Single Chip.Through the analysis of a typical engineering case，it can use the methods of the engineering case and task driven in classroom and practice teaching.On the experiment contrast，it can stimulate students interest，train students'engineering quality，improve the teaching effect of Single Chip Computer course.

Key words：MSP 430 single chip；engineering case model；task driving；engineering ability