單片機(jī)與電子工藝學(xué)及C語言課程系統(tǒng)化教學(xué)模式探索

仝軍令　司卓印　梁斌

摘 ?要 學(xué)校開設(shè)了C語言程序設(shè)計(jì)、電子工藝學(xué)、單片微機(jī)原理與接口技術(shù)等課程，目的是培養(yǎng)學(xué)生的機(jī)電控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力。在以往的教學(xué)實(shí)踐中未能將這些課程有機(jī)地聯(lián)系在一起，影響了教學(xué)效果。在理順這些課程內(nèi)在聯(lián)系的基礎(chǔ)上，通過教學(xué)內(nèi)容的整合，形成系統(tǒng)化教學(xué)模式，增加C語言和電子工藝學(xué)知識(shí)的運(yùn)用頻率，降低以單片機(jī)為核心的機(jī)電控制系統(tǒng)的學(xué)習(xí)難度，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)習(xí)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞 單片機(jī);C語言;電子工藝學(xué);系統(tǒng)化教學(xué)模式

中圖分類號(hào)：G642.0 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1671-489X（2020）06-0084-03

Exploration on Systematic Teaching Mode of Single Chip Micro-

computer and Electronic Technology and C Language Courses//TONG Junling， SI Zhuoyin， LIANG Bin

Abstract In order to develop the students ability to design the me-

chatronic control system， there are some courses such as C Language

Programming， Electronic Technology， Principle and Interface Tech-nology of Single Chip Microcomputer are employed. Because of the poor relevance among these courses in the past teaching practice， the

teaching effect is affected. On the basis of straightening out the inter-

nal relations among these courses， by combining the teaching content，

a systematic teaching mode has been formed. With the teaching mode，

the frequency of using the knowledge of C language and electronic technology has been increased， the learning difficulty of the mecha-tronic control system with single chip microcomputer as the core has

been reduced， the interest of learning has been stimulated， and the learning effect has been improved.

Key words single chip microcomputer; C language; electronic tech-nology; systematic teaching mode

1 引言

機(jī)械工程專業(yè)是以有關(guān)的自然科學(xué)和技術(shù)科學(xué)為理論基礎(chǔ)，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)踐中的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，研究和解決開發(fā)、設(shè)計(jì)、制造、安裝、運(yùn)用和修理各種機(jī)械的全部理論和實(shí)際問題的應(yīng)用學(xué)科。在當(dāng)前工業(yè)4.0及《中國(guó)制造2025》大背景下，智能制造不斷深化，自動(dòng)化、智能化貫穿機(jī)械設(shè)計(jì)與制造的全過程，面向機(jī)械工程專業(yè)的新工科建設(shè)已悄然興起。

中國(guó)礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院設(shè)有機(jī)械工程專業(yè)，并設(shè)置了機(jī)電一體化專業(yè)方向。為了使學(xué)生認(rèn)識(shí)現(xiàn)代機(jī)電控制系統(tǒng)，培養(yǎng)自動(dòng)化、智能化方面的能力，本專業(yè)開設(shè)了“C語言程序設(shè)計(jì)”“電子工藝學(xué)”和“單片微機(jī)原理與接口技術(shù)”等課程。然而在以往的教學(xué)實(shí)踐中未能將這三門課程有機(jī)地聯(lián)系在一起，無法形成系統(tǒng)合力，不能很好地服務(wù)于機(jī)電控制系統(tǒng)的學(xué)習(xí)。如何理順上述課程的內(nèi)在聯(lián)系，形成系統(tǒng)化教學(xué)模式，已成為亟待解決的問題。

2 課程現(xiàn)狀

“C語言程序設(shè)計(jì)”課程 ?本課程作為通識(shí)教育類課程，于第二學(xué)期開設(shè)。課程旨在使學(xué)生掌握一種計(jì)算機(jī)高級(jí)語言的編程方法，掌握一定的軟件開發(fā)技術(shù)，為機(jī)電控制系統(tǒng)的軟件編程打下基礎(chǔ)。目前，機(jī)械工程專業(yè)學(xué)生對(duì)C語言的運(yùn)用主要在第六學(xué)期及之后的專業(yè)課程設(shè)計(jì)、綜合實(shí)訓(xùn)及畢業(yè)設(shè)計(jì)階段，從學(xué)到用的時(shí)間間隔較長(zhǎng)，使用時(shí)比較生疏。

“電子工藝學(xué)”課程 ?本課程作為學(xué)科教育類課程，于第四學(xué)期開設(shè)。課程旨在使學(xué)生掌握電子電路的基本設(shè)計(jì)方法和電子產(chǎn)品整機(jī)及配件的生產(chǎn)制造工藝，為機(jī)電控制系統(tǒng)的硬件電路開發(fā)與制作提供基礎(chǔ)知識(shí)。目前，“電子工藝學(xué)”課程主要針對(duì)一般電子產(chǎn)品的設(shè)計(jì)制造進(jìn)行講解，未結(jié)合典型的機(jī)電控制系統(tǒng)硬件電路進(jìn)行授課，且其應(yīng)用亦主要在第六學(xué)期及之后的專業(yè)課程設(shè)計(jì)、綜合實(shí)訓(xùn)及畢業(yè)設(shè)計(jì)階段。

“單片微機(jī)原理與接口技術(shù)”課程 ?本課程作為專業(yè)教育類核心課程，具有重要的地位，于第四學(xué)期開設(shè)。課程主要培養(yǎng)學(xué)生掌握微機(jī)的基本原理、組織結(jié)構(gòu)和基本的運(yùn)行方式，掌握單片機(jī)與外部接口芯片及相關(guān)設(shè)備的接口方法，使學(xué)生具有單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)的初步能力，即能根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，合理選用單片機(jī)并設(shè)計(jì)相應(yīng)的硬件和軟件系統(tǒng)的能力。

單片機(jī)是現(xiàn)代機(jī)電控制系統(tǒng)的核心之一。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(yùn)用，然而在實(shí)際的理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)中卻存在一些問題，導(dǎo)致學(xué)生的學(xué)習(xí)效果不盡如人意，主要體現(xiàn)在三個(gè)方面[1]。

1）抽象的匯編語言導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不高。匯編指令較多，過于抽象，對(duì)于機(jī)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(shí)便遇到困難。由于學(xué)時(shí)所限，又不能花更多的時(shí)間去解決這些困難，導(dǎo)致學(xué)生進(jìn)一步學(xué)習(xí)單片機(jī)的興趣下降。

2）單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)學(xué)時(shí)不足。由于匯編指令難以理解，在講授時(shí)必然要占用一定的學(xué)時(shí)，導(dǎo)致單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)的學(xué)時(shí)數(shù)相對(duì)不足，學(xué)生單片機(jī)應(yīng)用能力較弱。

3）傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備實(shí)驗(yàn)效果不佳。傳統(tǒng)的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)箱較大，學(xué)生只能在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行單片機(jī)實(shí)驗(yàn);實(shí)踐機(jī)會(huì)不夠充分，導(dǎo)致理論學(xué)習(xí)效果不夠牢固。同時(shí)，傳統(tǒng)的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)箱與單片機(jī)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[2]，認(rèn)為單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)就是單片機(jī)實(shí)驗(yàn)箱，對(duì)整個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)的開發(fā)及應(yīng)用沒有一個(gè)完整的概念[3]。

通過上述分析發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致單片機(jī)課程出現(xiàn)學(xué)習(xí)效果不佳的主要原因是單片機(jī)課程未能與C語言和電子工藝學(xué)課程進(jìn)行有機(jī)的結(jié)合。

3 系統(tǒng)化教學(xué)模式的構(gòu)建

機(jī)電控制系統(tǒng)是硬件和軟件的綜合，亦是單片機(jī)、電子工藝和計(jì)算機(jī)編程語言等知識(shí)的綜合。目前，單片機(jī)軟件開發(fā)越來越多地采用C語言，且單片機(jī)實(shí)驗(yàn)設(shè)備也是典型的電子產(chǎn)品，因此，“單片微機(jī)原理與接口技術(shù)”“C語言程序設(shè)計(jì)”和“電子工藝學(xué)”這三門課程具有天然的內(nèi)在聯(lián)系。為了提高教學(xué)質(zhì)量，有必要系統(tǒng)整合這三門課程的教學(xué)內(nèi)容，形成系統(tǒng)化的教學(xué)模式。

以便攜式單片機(jī)開發(fā)板為實(shí)例，開展電子工藝學(xué)理論與實(shí)驗(yàn)教學(xué) ?便攜式單片機(jī)開發(fā)板是一個(gè)典型的電子產(chǎn)品，其上不僅有常用的電阻、電容、電感、半導(dǎo)體器件、集成電路等電子元器件，還涉及印制電路板的設(shè)計(jì)、制作、焊接和調(diào)試等知識(shí)。因此，在“電子工藝學(xué)”課程的理論和實(shí)踐教學(xué)過程中，精簡(jiǎn)部分純電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)內(nèi)容，側(cè)重于單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)與制作。將一套便攜式單片機(jī)開發(fā)板作為實(shí)例貫穿始終，課程結(jié)束后，學(xué)生即可擁有一套自己非常熟悉的單片機(jī)開發(fā)板，為下一步單片機(jī)的學(xué)習(xí)提前準(zhǔn)備好硬件實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。

以C語言為編程語言，開展單片機(jī)理論教學(xué) ?機(jī)械工程專業(yè)對(duì)單片機(jī)的要求以應(yīng)用為主，對(duì)單片機(jī)的底層機(jī)理可以不做深究。如單片機(jī)的尋址方式、指令系統(tǒng)、匯編語言等，理論性很強(qiáng)，但是在實(shí)際中應(yīng)用很少，這些內(nèi)容可以選擇少講或者不講[2]。且在項(xiàng)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(jī)編程的重要語言[2]，因此可以淡化匯編語言，主要以C語言作為單片機(jī)的編程語言來講解。

本專業(yè)學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)過C語言課程，以C語言作為編程語言進(jìn)行單片機(jī)的學(xué)習(xí)時(shí)，可以將學(xué)習(xí)匯編語言的學(xué)時(shí)節(jié)省出來，將有限的學(xué)時(shí)有效地利用在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)的學(xué)習(xí)上，從而降低學(xué)習(xí)難度，增加學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)習(xí)質(zhì)量。

以便攜式單片機(jī)開發(fā)板為實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，開展單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué) ?通過“電子工藝學(xué)”課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生已經(jīng)對(duì)便攜式單片機(jī)開發(fā)板的硬件構(gòu)成有了深刻的認(rèn)識(shí)，在此基礎(chǔ)上開展單片機(jī)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，可以起到事半功倍的效果。同時(shí)，便攜式單片機(jī)開發(fā)板與單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的硬件構(gòu)成比較接近，還配套有完整的電路原理圖，通過適當(dāng)?shù)牟脺p，即可形成針對(duì)某個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的電路原理圖。因此，便攜式單片機(jī)開發(fā)板有利于學(xué)生的單片機(jī)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(shí)驗(yàn)場(chǎng)地的限制，可以靈活掌握時(shí)間進(jìn)行單片機(jī)的學(xué)習(xí)。由于實(shí)踐機(jī)會(huì)比較充分，加深了理論知識(shí)的理解，從而有利于單片機(jī)后續(xù)章節(jié)理論知識(shí)的學(xué)習(xí)。

4 系統(tǒng)化教學(xué)模式的實(shí)施

本系統(tǒng)化教學(xué)模式在機(jī)械工程專業(yè)2017級(jí)學(xué)生中進(jìn)行了實(shí)踐。“電子工藝學(xué)”和“單片微機(jī)原理與接口技術(shù)”課程采用的便攜式單片機(jī)開發(fā)板如圖1所示，電子工藝學(xué)實(shí)驗(yàn)中焊接的繼電器控制板如圖2所示，單片機(jī)開發(fā)板連接兩個(gè)繼電器控制板，通過C語言編程實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)“正—反—停”控制的實(shí)驗(yàn)如圖3所示。

在“電子工藝學(xué)”課程中，以小型機(jī)電控制系統(tǒng)——直流電機(jī)“正—反—停”控制系統(tǒng)的制作為實(shí)例，將“電子工藝學(xué)”知識(shí)與以單片機(jī)為核心的機(jī)電控制系統(tǒng)有機(jī)地聯(lián)系起來，將C語言與單片機(jī)的學(xué)習(xí)相結(jié)合，以應(yīng)用為導(dǎo)向，學(xué)以致用，激發(fā)學(xué)生對(duì)后續(xù)機(jī)電控制系統(tǒng)相關(guān)課程學(xué)習(xí)的興趣。

5 結(jié)語

本文分析了中國(guó)礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院機(jī)械工程專業(yè)“C語言程序設(shè)計(jì)”“單片微機(jī)原理與接口技術(shù)”和“電子工藝學(xué)”課程存在的問題，指出單片機(jī)課程出現(xiàn)學(xué)習(xí)效果不佳的主要原因是該課程未能與C語言和電子工藝學(xué)課程進(jìn)行有機(jī)結(jié)合。“新工科”背景下，在以機(jī)電控制系統(tǒng)為載體，以自動(dòng)化、智能化能力培養(yǎng)為目標(biāo)的導(dǎo)向下，理順上述三門課程的內(nèi)在聯(lián)系，在此基礎(chǔ)上系統(tǒng)整合這三門課程的教學(xué)內(nèi)容，形成系統(tǒng)化教學(xué)模式。實(shí)踐表明，該系統(tǒng)化教學(xué)模式取得良好的教學(xué)效果，有助于學(xué)生自動(dòng)化、智能化等方面的能力的培養(yǎng)。

參考文獻(xiàn)

[1]仝軍令，司卓印，梁斌.機(jī)械工程專業(yè)“單片機(jī)原理與接口技術(shù)”課程教學(xué)改革與實(shí)踐[J].教育教學(xué)論壇，2019（42）：127-128.

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

[3]鄒云峰.應(yīng)用型本科單片機(jī)教學(xué)改革探討[J].信息記錄材料，2018（1）：151-152.