提高單片機課程教學(xué)質(zhì)量的探索與實踐

艾海提?賽買提　李春蘭

摘 要：針對單片機技術(shù)課程理論抽象實踐性強的特點，結(jié)合我校電氣工程及其自動化專業(yè)如何提升該課程的教學(xué)質(zhì)量，從理論教學(xué)、實驗教學(xué)和課程設(shè)計、教學(xué)方法等幾個方面進(jìn)行了探討，并逐步在單片機技術(shù)教學(xué)中實踐。通過該課程的多種模式的實踐教學(xué)，強化了學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，有力地促進(jìn)了人才培養(yǎng)質(zhì)量的提高，取得了好的效果。

關(guān)鍵詞：單片機 課程設(shè)計 教學(xué)方法 教學(xué)質(zhì)量

嵌入式單片機技術(shù)是高校工科類各專業(yè)重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，是后續(xù)專業(yè)課程學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)。由于“單片機技術(shù)”課程理論抽象、與實際問題結(jié)合緊密、實踐要求較高， 因此大多數(shù)學(xué)生掌握起來有一定的難度，常常感到內(nèi)容枯燥無味、無所適從。學(xué)生對單片機技術(shù)課程的學(xué)習(xí)和掌握往往缺乏行之有效的方法，難以達(dá)到社會上對應(yīng)用性及創(chuàng)新性人才的要求。[1]

針對該課程的以上特點，為了在有限的課時內(nèi)能夠盡快引導(dǎo)學(xué)生入門，在理論及實踐教學(xué)的各個環(huán)節(jié)教師都必須注重實踐教學(xué)的滲透，幫助學(xué)生對各知識點的理解和掌握。筆者在多年的“單片機技術(shù)”課程教學(xué)實踐中，不斷探索新的教學(xué)方法和手段，在工程應(yīng)用及創(chuàng)新性人才培養(yǎng)、全面提高“單片機技術(shù)”課程教學(xué)質(zhì)量等方面進(jìn)行了一定的探索和實踐。[2]

一、基于問題導(dǎo)入的理論教學(xué)探索與實踐

為了能夠進(jìn)行有效的課堂教學(xué)，激發(fā)學(xué)生對該課程的興趣及自主學(xué)習(xí)能力，首先要在理論教學(xué)過程中充分發(fā)揮多媒體課件信息量的優(yōu)勢。講授緒論時在課件中引入單片機在家用電器、工業(yè)控制、機器人控制、智能控制等方面的靜態(tài)及動態(tài)實例畫面引導(dǎo)學(xué)生入門，以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)單片機技術(shù)的興趣。

在講授單片機工作過程的抽象概念時，先向?qū)W生提出問題，如思考 “5+6=11”在單片機中如何計算完成？以此來吸引學(xué)生的注意力，然后用動畫將上述運算過程的“取指令階段”、“執(zhí)行指令階段”等抽象概念通過文字、靜態(tài)和動態(tài)圖形生動地表現(xiàn)，使學(xué)生初步掌握單片機的整體工作過程，有效地彌補了以教師為中心的理論教學(xué)方式。下圖為單片機運算過程示意圖。

圖1 單片機運算過程

其次在理論教學(xué)過程中，以章節(jié)為單元，以實際問題為實例，將單片機仿真調(diào)試軟件keil與單片機及外圍硬件仿真軟件Proteus相結(jié)合，通過課堂中給學(xué)生演示軟件編寫，調(diào)試與相應(yīng)的硬件電路結(jié)合聯(lián)調(diào)的過程，將抽象的理論用軟件仿真的形式加以具體化、形象化，使得學(xué)生能夠進(jìn)一步理解單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)，加深對單片機內(nèi)部的剖析，然后將相應(yīng)的軟件發(fā)給學(xué)生使學(xué)生能夠在自己的計算機進(jìn)行仿真實驗，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

二、探索實驗教學(xué)，開設(shè)綜合性設(shè)計型實驗

為了理論教學(xué)與實驗教學(xué)有機地結(jié)合起來，使實驗教學(xué)由輔助地位變?yōu)閯?chuàng)新能力培養(yǎng)的重要環(huán)節(jié)，筆者所在“單片機技術(shù)” 課程組提出，打破以往的理論教學(xué)和實驗教學(xué)由不同老師教授的教學(xué)方式，要求理論課和實驗課由同一個老師講授，這樣做的好處是教師可以根據(jù)自己的理論授課內(nèi)容和實驗內(nèi)容掌握教學(xué)進(jìn)度，并能及時了解學(xué)生在課堂掌握的理論知識結(jié)合實際的能力。[3]

實驗內(nèi)容安排的重點是培養(yǎng)學(xué)生的理論聯(lián)系實際的能力。為了構(gòu)建與課程體系相配套的實驗教學(xué)體系，將實驗教學(xué)內(nèi)容分為驗證性、基礎(chǔ)性、綜合設(shè)計性實驗等三個層次。在驗證性、基礎(chǔ)性實驗教學(xué)中，實施了以學(xué)生為主體、教師為主導(dǎo)的自主式教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生用所學(xué)理論知識解決實驗中的問題。針對綜合設(shè)計性實驗內(nèi)容，要求學(xué)生做實驗前根據(jù)已學(xué)過的基礎(chǔ)性實驗知識，編寫實驗方案及實驗程序，最后通過實驗室平臺驗證，并就實驗過程出現(xiàn)的問題進(jìn)行討論。如，定時/計數(shù)器實驗和步進(jìn)電機控制實驗。通過這樣的實驗教學(xué)模式，使學(xué)生加深鞏固了前期所學(xué)知識，并且培養(yǎng)了學(xué)生所學(xué)知識綜合應(yīng)用能力及創(chuàng)新精神。[4]

三、強化課程設(shè)計教學(xué)環(huán)節(jié)

經(jīng)理論教學(xué)、實驗教學(xué)后，以單片機技術(shù)為核心的理論和實踐知識體系已基本形成，學(xué)生具備了利用單片機技術(shù)進(jìn)行綜合設(shè)計的初步能力，在此基礎(chǔ)上加強課程設(shè)計教學(xué)環(huán)節(jié)來進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生的整體動手能力和解決實際問題的能力。

在選題上，采用了實際應(yīng)用項目實例，力求理論與實踐相結(jié)合，如：廣告燈電路設(shè)計、步進(jìn)電機控制、交通燈單片機控制、直流電機調(diào)速等典型實例都來自實際工程應(yīng)用，有助于培養(yǎng)學(xué)生解決實際工程問題。

根據(jù)課程設(shè)計題目將學(xué)生分成3～4人組成的小組，每一小組選一名組長負(fù)責(zé)。設(shè)計內(nèi)容包括系統(tǒng)實施方案制定、硬件電路設(shè)計、元器件參數(shù)計算及選擇、控制程序設(shè)計、系統(tǒng)軟硬件仿真與調(diào)試、實際電路搭建及測試等。組長將項目內(nèi)容分配給組員并協(xié)調(diào)所設(shè)計系統(tǒng)各個環(huán)節(jié)，有助于培養(yǎng)同學(xué)間的協(xié)作和團(tuán)隊合作、解決實際問題的能力。

課程設(shè)計環(huán)節(jié)采用了三階段完成的教學(xué)方式，并由兩名老師來指導(dǎo)：

1.方案選擇階段：教師根據(jù)學(xué)生所選題目布置任務(wù)書，在明確了課題所要完成的技術(shù)參數(shù)及目標(biāo)后，要求學(xué)生收集相關(guān)資料，并提出可完成該項目的不同方案，確定其中的最優(yōu)方案，提交指導(dǎo)教師審核。這一環(huán)節(jié)注重培養(yǎng)學(xué)生能夠綜合運用所學(xué)理論知識和鍛煉團(tuán)隊協(xié)作精神及拓寬知識面。

2.實質(zhì)性設(shè)計階段：在設(shè)計系統(tǒng)方案確定的基礎(chǔ)上，進(jìn)行控制系統(tǒng)原理圖設(shè)計、各單元控制電路設(shè)計及元器件參數(shù)的確定、編寫控制程序；用單片機仿真調(diào)試軟件keil與硬件仿真軟件Proteus相結(jié)合，進(jìn)行模擬調(diào)試；最后進(jìn)行實物制作及程序測試，對課程設(shè)計的方案進(jìn)行驗證。在這一階段根據(jù)每組同學(xué)們的完成情況，在原項目的基礎(chǔ)上可增加一些控制功能，來激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識。

學(xué)生通過這一環(huán)節(jié)掌握了控制系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計原理，實際元件的測量、元件的焊接、實際電路的調(diào)試，熟練了keil與Proteus仿真軟件聯(lián)調(diào)方法和技巧。

3.撰寫課程設(shè)計說明書。參與課程設(shè)計的每位學(xué)生，根據(jù)在項目中所承擔(dān)的任務(wù)進(jìn)行答辯，教師根據(jù)學(xué)生完成設(shè)計的情況和質(zhì)量給出考核成績。通過這一環(huán)節(jié)培養(yǎng)學(xué)生對所學(xué)知識的總結(jié)及科技文獻(xiàn)的撰寫能力。

單片機技術(shù)教學(xué)團(tuán)隊多年來，注重學(xué)生理論聯(lián)系實際的學(xué)風(fēng)及協(xié)作精神和創(chuàng)新意識的培養(yǎng)，鼓勵學(xué)生積極參加各種課外科技活動。在每年學(xué)校的科技節(jié)中組織學(xué)生參加組裝電子產(chǎn)品技能競賽和參加全國大學(xué)生電子設(shè)計科技大賽。

在近五年的全國各類大學(xué)生科技大賽中，有18人次獲得新疆賽區(qū)競賽獎項，取得了較好的成績。通過上述課外科技活動擴大了我校與其他兄弟學(xué)校的學(xué)術(shù)交流，為提高學(xué)校知名度、促進(jìn)相關(guān)學(xué)科建設(shè)和課程建設(shè)起到了積極促進(jìn)作用。

結(jié)語

單片機技術(shù)的發(fā)展日新月異，面對培養(yǎng)創(chuàng)新人才，只有不斷地探索新的教學(xué)方法才能適應(yīng)時代發(fā)展的需要。在教學(xué)過程中，教師要不斷充實自己，更新知識，要針對學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況，及時總結(jié)理論及實踐教學(xué)中出現(xiàn)的新方法和新經(jīng)驗，注重理論聯(lián)系實際，運用多樣化的教學(xué)方法和手段，使學(xué)生主動參與學(xué)習(xí)過程，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，以提高教學(xué)效果及教學(xué)水平，為社會培養(yǎng)出更高水平、高素質(zhì)的復(fù)合型人才。

參考文獻(xiàn)

[1]郭文川.MCS-51單片機原理、接口及應(yīng)用[M].第一版.北京.電子工業(yè)出版社，2013.

[2]張仁彥，高正中，黃鶴松.單片機原理及應(yīng)用[M] .第一版.北京.機械工業(yè)出版社，2016.

[3]艾海提.賽買提，李春蘭.“電工學(xué)”教學(xué)質(zhì)量的探索與實踐.[J].中國電力教育，2014，（6）：54-55.

[4]王曉燕.建構(gòu)主義教學(xué)理論與信息化教學(xué)模式的構(gòu)建[J].現(xiàn)代情報，2006.26（2）：184-186.

作者簡介

艾海提·賽買提（1965—），男，新疆烏魯木齊人，本科，新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)機電工程學(xué)院，研究方向：檢測技術(shù)。

李春蘭（1967—），女，四川三臺人，博士，新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)機電工程學(xué)院，研究方向：電力系統(tǒng)繼電保護(hù)。