機械工程專業(yè)“單片機原理與接口技術(shù)”課程教學(xué)改革與實踐

仝軍令 司卓印 梁斌

摘要：單片機課程是我校機械工程專業(yè)的核心課程。在基于匯編語言的傳統(tǒng)教學(xué)模式下，遇到了學(xué)生學(xué)習(xí)興趣下降、實踐訓(xùn)練不夠充分、單片機應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)能力不足等問題。通過改用C語言版單片機教材，采用便攜式單片機開發(fā)板與Proteus仿真軟件相結(jié)合的實驗教學(xué)模式，引入直播技術(shù)輔助理論教學(xué)，解決了上述問題，提高了教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：單片機;教學(xué)改革;C語言;便攜式;直播技術(shù)

中圖分類號：G642.0? ? ?文獻標(biāo)志碼：A? ? ?文章編號：1674-9324（2019）42-0127-02

一、引言

單片機是現(xiàn)代機電控制系統(tǒng)的核心之一，因此我校機械工程專業(yè)將“單片機原理與接口技術(shù)”設(shè)為專業(yè)核心課程。作為專業(yè)核心課程，本應(yīng)該被學(xué)生熟練掌握并加以運用，然而在實際的理論教學(xué)和實驗教學(xué)中卻存在著一些問題，導(dǎo)致學(xué)生的學(xué)習(xí)效果不盡如人意。為了提高單片機課程的教學(xué)效果，使本課程能夠真正發(fā)揮其專業(yè)核心課程的作用，為后續(xù)機電控制系統(tǒng)相關(guān)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)打下良好基礎(chǔ)，對“單片機原理與接口技術(shù)”課程進行改革勢在必行。

二、目前單片機教學(xué)存在的問題

1.抽象的匯編語言導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不高。在講授單片機時，傳統(tǒng)的教學(xué)模式是采用匯編語言進行授課。因為匯編語言是最接近機器碼的一種語言，有助于對單片機的工作機理進行闡釋。然而匯編指令較多，過于抽象，對于機械工程專業(yè)學(xué)生來說不容易理解，使得學(xué)生在初學(xué)匯編指令時便遇到了困難。由于學(xué)時所限，又不能花更多的時間去解決這些困難，導(dǎo)致學(xué)生進一步學(xué)習(xí)單片機的興趣下降。

2.單片機應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)學(xué)時不足。由于匯編指令難以理解，在講授時必然要占用一定的學(xué)時，導(dǎo)致單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計開發(fā)的學(xué)時數(shù)相對不足。學(xué)生不能有效掌握單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計開發(fā)的過程，單片機應(yīng)用能力較弱。學(xué)而不用造成的結(jié)果是學(xué)生在結(jié)課之后就把單片機忘得一干二凈，更談不上在后續(xù)專業(yè)課程中的應(yīng)用了。

3.傳統(tǒng)的實驗設(shè)備達不到實驗效果。傳統(tǒng)的單片機實驗箱較大，學(xué)生只能在實驗室進行單片機實驗。由于單片機課程是一門應(yīng)用性和實踐性較強的課程，實踐機會不夠充分，導(dǎo)致理論學(xué)習(xí)效果不夠牢固，影響單片機后續(xù)知識的學(xué)習(xí)。同時，傳統(tǒng)的單片機實驗箱為了涵蓋更多的實驗內(nèi)容，偏重于通用性，與單片機應(yīng)用系統(tǒng)硬件構(gòu)成差別較大，學(xué)生無法完全了解電路原理[1]，導(dǎo)致學(xué)生認(rèn)為單片機應(yīng)用系統(tǒng)就是單片機實驗箱，對整個單片機系統(tǒng)的開發(fā)及應(yīng)用沒有一個完整的概念[2]。

三、單片機教學(xué)改革措施

1.以C語言為編程語言進行單片機教學(xué)。機械工程專業(yè)對單片機的學(xué)習(xí)以應(yīng)用為主，對單片機的底層機理可以不做深究。如單片機的尋址方式、指令系統(tǒng)、匯編語言等，理論性很強，但是在實際中應(yīng)用很少，這些內(nèi)容可以選擇少講或者不講[1]。且在項目開發(fā)中，C語言現(xiàn)在已經(jīng)代替匯編語言，成為單片機編程的重要語言[1]。因此可以淡化匯編語言，主要以C語言作為單片機的編程語言來講解，將有限的學(xué)時有效地利用在單片機應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)的學(xué)習(xí)上，提高單片機的應(yīng)用能力。為此，需要選擇合適的教材。

目前，C語言與單片機相結(jié)合的相關(guān)教材不少。通過分析發(fā)現(xiàn)，這些教材主要分為以下三類：（1）基于匯編語言講解單片機，僅把C語言作為附錄添加到教材中;（2）在單片機硬件結(jié)構(gòu)知識之后，加入?yún)R編指令介紹，后續(xù)僅采用C語言編程來講解單片機，或者同時采用C語言和匯編語言進行講解;（3）簡明扼要地列舉匯編指令，或不再介紹匯編指令，教材通篇采用C語言作為編程語言來講解單片機。

本專業(yè)之前采用的是第一類教材，然而從專業(yè)特點來看，第三類教材較為適合機械工程專業(yè)的學(xué)生，因此本教改決定選用第三類教材。

由于本專業(yè)學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)過C語言課程，采用C語言版單片機教材以后，原來講解匯編語言的學(xué)時可以節(jié)省出來，用于單片機應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)相關(guān)知識的學(xué)習(xí)。

2.采用便攜式單片機開發(fā)板與Proteus仿真軟件相結(jié)合的實驗教學(xué)模式。為了克服傳統(tǒng)單片機實驗箱的不足，有的學(xué)校采用Proteus仿真軟件代替?zhèn)鹘y(tǒng)的實驗箱進行實驗教學(xué)[3]。這種實驗教學(xué)模式能夠?qū)浖幊棠芰M行很好的訓(xùn)練，但是不利于單片機應(yīng)用系統(tǒng)的硬件電路學(xué)習(xí)。

為此，本教改采用一種便攜式單片機開發(fā)板作為單片機的實驗教學(xué)平臺。該開發(fā)板與單片機應(yīng)用系統(tǒng)的硬件構(gòu)成比較接近，可以開展多種實驗項目的教學(xué)。同時，開發(fā)板配有完整的電路原理圖。對開發(fā)板電路原理圖進行適當(dāng)?shù)牟脺p，即可形成針對某個實驗項目的電路原理圖，進而可以繪制電路板圖以及焊接電路板，實現(xiàn)硬件系統(tǒng)的設(shè)計與制作。因此，便攜式單片機開發(fā)板有利于學(xué)生的單片機應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)能力的綜合培養(yǎng)。

另外，由于開發(fā)板的便攜性，學(xué)生不再受到實驗場地的限制，可以靈活掌握時間進行單片機的學(xué)習(xí)。由于實踐機會比較充分，加深了理論知識的理解，有利于單片機后續(xù)課程的學(xué)習(xí)。

然而，基于開發(fā)板開發(fā)出的實驗項目是有限的。為了擴展實驗項目，本教改將Proteus仿真軟件實驗作為開發(fā)板實驗的補充，以滿足學(xué)有余力的學(xué)生拓展學(xué)習(xí)單片機的需求。

3.利用直播技術(shù)輔助理論教學(xué)。單片機課程是一門實踐性很強的課程，為了增加課堂理論教學(xué)的直觀性，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，有的學(xué)校采用Proteus仿真軟件輔助課堂教學(xué)，演示一些實例。但是軟件仿真畢竟不是實物，直觀性仍然不足。而且對于有些項目，比如涉及LED的項目，由于LED的余輝效應(yīng)及人眼的視覺暫留特性，仿真與真實的硬件演示存在很大差別[4]。因此，對于需要培養(yǎng)單片機應(yīng)用系統(tǒng)軟、硬件綜合開發(fā)能力的機械工程專業(yè)的學(xué)生來說，采用實物電路進行演示更貼近實際。

為此，筆者在理論教學(xué)時，將便攜式單片機開發(fā)板帶到教室，利用直播的方法，將開發(fā)板顯示到屏幕上。對于理論教學(xué)過程中的實例演示，學(xué)生可以直接看到教師的操作過程，以及在實物電路上呈現(xiàn)的運行效果。在激發(fā)學(xué)習(xí)興趣的同時，可以使學(xué)生熟悉實驗操作，有利于單片機實驗課程的順利開展。

教師在進行實物演示的時候，有時會出現(xiàn)一些類似于現(xiàn)場軟、硬件聯(lián)合調(diào)試時的“莫名其妙”的問題，這些問題在課本上找不到答案，需要綜合分析才能解決。教師在進行軟、硬件綜合分析并最終解決問題的過程中，為學(xué)生展示了分析、解決問題的基本思路和方法，有利于學(xué)生實踐經(jīng)驗的積累。

四、總結(jié)

本文針對我校機械工程專業(yè)單片機課程教學(xué)過程中的實際問題，提出了相應(yīng)的改進措施，包括改用C語言版單片機教材、采用便攜式單片機開發(fā)板與Proteus仿真軟件相結(jié)合的實驗教學(xué)模式以及利用直播技術(shù)輔助理論教學(xué)的教學(xué)方法等。實踐表明，上述措施有效地激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，增強了學(xué)習(xí)單片機的信心，提高了教學(xué)效果。

參考文獻：

[1]李礴.高職院校單片機課程教學(xué)改革探討[J].電腦知識與技術(shù)，2017，13（33）：154-155.

[2]鄒云峰.應(yīng)用型本科單片機教學(xué)改革探討[J].信息記錄材料，2017，19（1）：151-152.

[3]李建波，陳榕福，張永亮.基于Proteus的高職單片機課程教學(xué)改革[J].福建電腦，2017，（12）：54，76.

[4]郭維家，蔣積超，王樹寶，楊迎新，高赫鑫.專科學(xué)校單片機課程教學(xué)模式改革初探[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2017，（32）：227-228.