基于創(chuàng)新式項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的單片機(jī)課程教改探討

蘇俊維

（廣西民族師范學(xué)院，廣西 崇左 532200）

0 引言

當(dāng)代科學(xué)技術(shù)迅速發(fā)展的環(huán)境下，各種技術(shù)培訓(xùn)機(jī)構(gòu)應(yīng)運(yùn)而生， 但是單片機(jī)的培訓(xùn)機(jī)構(gòu)卻為數(shù)不多，理由是單片機(jī)學(xué)習(xí)涉及交叉學(xué)科多、軟硬件知識(shí)復(fù)雜和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)需要長(zhǎng)期積累。

大學(xué)校園是單片機(jī)學(xué)習(xí)的主要場(chǎng)所， 每年都開(kāi)設(shè)單片機(jī)課程。高校仍然采用古老的8 位51 單片機(jī)作為該門(mén)課的內(nèi)容， 原因是這門(mén)課是學(xué)習(xí)嵌入式技術(shù)的奠基石。高校講授的是比較經(jīng)典陳舊的基礎(chǔ)知識(shí)，但是學(xué)生卻喜歡潮流先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)， 他們對(duì)老學(xué)科老技術(shù)不感興趣，導(dǎo)致很多同學(xué)對(duì)這門(mén)課程的學(xué)習(xí)感到迷茫，最終放棄單片機(jī)轉(zhuǎn)向軟件編程方向或參加軟件培訓(xùn)班課程，最終也導(dǎo)致國(guó)家嵌入式領(lǐng)域人才缺乏和流失[1]。

針對(duì)上述共性問(wèn)題，本文探討該課程的改革，希望通過(guò)本文的探討能對(duì)各高校的單片機(jī)有關(guān)課程的教改研究產(chǎn)生共鳴。

1 教改探討

1.1 教材選定

本文理論教材采用了郭天祥編寫(xiě)的教材，該教材對(duì)51 單片機(jī)入門(mén)有較好的引導(dǎo)作用，內(nèi)容安排合理，但是沒(méi)有必要購(gòu)買(mǎi)配套該書(shū)本的開(kāi)發(fā)板。

本文實(shí)踐教材是市面上一本買(mǎi)書(shū)送單片機(jī)開(kāi)發(fā)板的教材，該教材的優(yōu)勢(shì)在于學(xué)生做實(shí)驗(yàn)再也不用待在實(shí)驗(yàn)室，也不需要費(fèi)盡周章購(gòu)買(mǎi)市面上其他開(kāi)發(fā)板就能隨時(shí)隨地玩轉(zhuǎn)單片機(jī)。 理論和實(shí)踐的程序都采用了C 語(yǔ)言， 雖然理論教材與實(shí)踐教材的原理圖不一樣， 但是剛好讓學(xué)生擁有了一個(gè)學(xué)以致用的平臺(tái)，通過(guò)修改理論教材上代碼去匹配實(shí)踐教材開(kāi)發(fā)板，讓學(xué)生親自的去研究原理圖和接線，了解了單片機(jī)硬件的構(gòu)造。

實(shí)驗(yàn)室配備有一批51 單片機(jī)最小系統(tǒng)板和一些制作智能小車(chē)常用的配件，供學(xué)生做實(shí)驗(yàn)使用，也為創(chuàng)新式項(xiàng)目做好鋪墊。 綜上所述，教材的選定滿(mǎn)足了改革的需求。

1.2 理論學(xué)習(xí)

理論學(xué)習(xí)普遍的特點(diǎn)就是枯燥、 死板和抽象，所以本文提出基于創(chuàng)新式項(xiàng)目來(lái)驅(qū)動(dòng)單片機(jī)學(xué)習(xí)的改革如下：首先，任課教師需要充分理解書(shū)本的理論知識(shí)和代碼例程，然后制作社會(huì)上熱門(mén)的、學(xué)生們感興趣的科技作品，如智能小車(chē)、機(jī)械臂和人工智能管家等。 教師通過(guò)書(shū)本知識(shí)點(diǎn)和單片機(jī)硬件改編成幾個(gè)創(chuàng)新式項(xiàng)目出來(lái)，根據(jù)這些創(chuàng)新式項(xiàng)目來(lái)引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)單片機(jī)技術(shù)。

下面以智能小車(chē)為例說(shuō)明創(chuàng)新式項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)學(xué)習(xí)的過(guò)程。創(chuàng)新式的項(xiàng)目必須是書(shū)本上代碼的改編、原理圖是實(shí)驗(yàn)教材配套的，這樣安排考核的時(shí)候就有依據(jù)。該項(xiàng)目結(jié)合理論教材的理論知識(shí)一起講述， 在實(shí)踐課上現(xiàn)場(chǎng)編寫(xiě)程序改造和完善創(chuàng)新式項(xiàng)目， 該項(xiàng)目不涉及過(guò)多的硬件設(shè)計(jì)，主要利用現(xiàn)成的模塊進(jìn)行搭建完成，如智能小車(chē)由變壓模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、電池模塊、單片機(jī)最小系統(tǒng)模塊和串口藍(lán)牙模塊等組成， 也不要焊接電路，用杜邦線連接更方便項(xiàng)目的擴(kuò)展和完善。

理論課的教學(xué)方法主要是啟發(fā)和總結(jié)歸納， 首先要啟發(fā)學(xué)生用書(shū)本上特定的知識(shí)點(diǎn)去完成該創(chuàng)新項(xiàng)目，例如，用定時(shí)器去實(shí)現(xiàn)單片機(jī)的串口收發(fā)功能，然后總結(jié)歸納定時(shí)器的原理和程序， 最后當(dāng)場(chǎng)改編書(shū)本定時(shí)器的代碼變成智能小車(chē)無(wú)線藍(lán)牙遙控代碼。 當(dāng)學(xué)生看到教師根據(jù)書(shū)本知識(shí)點(diǎn)也都能做出遙控小車(chē)，他們就想嘗試，這個(gè)時(shí)候教師要抓住時(shí)機(jī)，布置提高版本的創(chuàng)新項(xiàng)目作業(yè)要求學(xué)生課后完成，例如，要求學(xué)生根據(jù)定時(shí)器和I/O 口的操作原理編寫(xiě)程序控制智能小車(chē)自動(dòng)左拐右拐前進(jìn)后退，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)行進(jìn)。

廣西民族師范學(xué)院物聯(lián)網(wǎng)工程專(zhuān)業(yè)的單片機(jī)課程的理論課時(shí)不多，雖然選好了教材，但因材施教也是需要改革，很多高校開(kāi)設(shè)的單片機(jī)課程根據(jù)書(shū)本章節(jié)按順序講授，范圍面廣，學(xué)生理解能力有限的情況下復(fù)習(xí)該期末考試比較頭疼。 經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期實(shí)踐，本文總結(jié)出單片機(jī)課程中核心的內(nèi)容包括：I/O 輸出、I/O 輸入、中斷、串口和一種總線。 對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)包括：點(diǎn)燈和數(shù)碼管顯示、獨(dú)立和矩陣鍵盤(pán)、定時(shí)器中斷和外部中斷、下載程序和調(diào)試程序、I2C 或者SPI 總線。 單片機(jī)學(xué)習(xí)內(nèi)容是可以化繁為簡(jiǎn)的，沒(méi)有必要去學(xué)習(xí)各種傳感器的使用而迷失了單片機(jī)的精華，本文建議課堂上應(yīng)該充分發(fā)揮51 單片機(jī)的性能， 把所有的板載資源都用上，少用現(xiàn)成的傳感器，組成一個(gè)創(chuàng)新式的項(xiàng)目，從項(xiàng)目的構(gòu)思、設(shè)計(jì)和調(diào)試各個(gè)階段融入上述的單片機(jī)核心內(nèi)容，這樣學(xué)生在做項(xiàng)目的同時(shí)鞏固了單片機(jī)的核心技術(shù)，為日后的就業(yè)打下項(xiàng)目基礎(chǔ)。

這樣的改革好處是：將課本理論知識(shí)與實(shí)際的創(chuàng)新項(xiàng)目結(jié)合起來(lái)，老理論實(shí)現(xiàn)新創(chuàng)意提升學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，創(chuàng)新項(xiàng)目的材料新穎獨(dú)特，網(wǎng)上資源難以匹配，學(xué)生只能依靠自己獨(dú)立思考還要團(tuán)結(jié)協(xié)作完成作業(yè)，達(dá)到增強(qiáng)學(xué)生隨機(jī)應(yīng)變的能力。 所以綜上所述，理論學(xué)習(xí)的改革滿(mǎn)足了改革的需求。

1.3 實(shí)踐操作

實(shí)踐操作課程的特點(diǎn)是實(shí)踐， 以驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主。 不少同學(xué)習(xí)慣驗(yàn)證，眼高手低，把代碼拷貝到電腦上完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)，最后自己寫(xiě)代碼反而成問(wèn)題。 這種情況也是普遍存在，所以本文提出的基于創(chuàng)新項(xiàng)目來(lái)驅(qū)動(dòng)單片機(jī)實(shí)踐操作主要體現(xiàn)在項(xiàng)目的完善和教師帶頭示范創(chuàng)新性操作。

實(shí)踐課的教學(xué)方法主要以學(xué)生觀摩和動(dòng)手實(shí)踐為主。 需要通過(guò)實(shí)踐課來(lái)檢驗(yàn)同學(xué)們學(xué)以致用的水平，檢驗(yàn)方法是：完成實(shí)踐教材上要求的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)和創(chuàng)新式項(xiàng)目的功能完善。

驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)也不能拘泥于點(diǎn)燈、數(shù)碼管顯示和按鍵輸入，這樣的課程內(nèi)容會(huì)顯得乏味。 本文建議將上述的知識(shí)點(diǎn)全部融入智能小車(chē)上，在車(chē)上同時(shí)實(shí)現(xiàn)點(diǎn)燈、數(shù)碼管顯示和按鍵輸入，這樣經(jīng)過(guò)改良的創(chuàng)新式項(xiàng)目將會(huì)是一個(gè)很好的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)。

創(chuàng)新式項(xiàng)目功能的完善需要師生合作，單靠任課教師一人之力是不可能做到面面俱到，所以要求學(xué)生團(tuán)結(jié)協(xié)作完善創(chuàng)新式項(xiàng)目，如讓學(xué)生完成了智能小車(chē)自動(dòng)行進(jìn)之后再讓學(xué)生增加機(jī)械臂到智能小車(chē)上，實(shí)現(xiàn)遙控搬運(yùn)智能小車(chē)。 另外如果學(xué)生有好的其他想法和做法來(lái)完善項(xiàng)目，也能給他增加平時(shí)成績(jī)。

當(dāng)創(chuàng)新型項(xiàng)目的完善難度過(guò)大的時(shí)， 就需要教師帶頭示范創(chuàng)新性操作。 老師通過(guò)在課堂上總結(jié)同學(xué)們遇到的問(wèn)題，展開(kāi)師生間的課堂互動(dòng)探討，通過(guò)各種渠道，特別是網(wǎng)絡(luò)資源的利用，找到合適的解決方案，親自演示解決部分關(guān)鍵問(wèn)題， 剩下的問(wèn)題留給同學(xué)們自行完成。 通過(guò)這樣的引導(dǎo)，學(xué)生學(xué)會(huì)解決問(wèn)題的捷徑。所以綜上所述，實(shí)踐操作的改革也滿(mǎn)足了改革的需求。

1.4 考核方式

期末考核是檢驗(yàn)學(xué)生在課堂上是否好好學(xué)習(xí)的一個(gè)有效標(biāo)準(zhǔn)。大部分高校采取的方案是：理論學(xué)習(xí)用閉卷筆試，實(shí)驗(yàn)操作用上機(jī)操作或者開(kāi)卷上機(jī)筆試。如果出一些概念性很強(qiáng)的題目，可能會(huì)導(dǎo)致以下的結(jié)果：一些腦筋靈活的學(xué)生不喜歡背誦一些繁雜的概念， 也不喜歡考前突擊，會(huì)導(dǎo)致高能低分；一些不會(huì)靈活變通，但是背誦能力很強(qiáng)， 注重考前突擊的學(xué)生會(huì)導(dǎo)致高分低能；上述的結(jié)果應(yīng)該都不是我們所希望的。

本文也屬于該情況，但是在試題的內(nèi)容上做出了很大的改革。 本文建議在理論閉卷筆試中不妨出一些讀程題和編程題結(jié)合的題型，讀程題讓學(xué)生知道程序的框架，自己將程序的功能表達(dá)清楚即可；學(xué)生在做編程題的時(shí)候可以參考讀程題的框架，沒(méi)有必要讓學(xué)生默寫(xiě)出來(lái)， 寫(xiě)出符合題意功能的新程序出來(lái)即可。本文考核題目的內(nèi)容采用創(chuàng)新式項(xiàng)目中涉及理論教材中的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行變換， 再分散滲透到各種題型，平時(shí)接觸多的同學(xué)都能做好這些題目， 不用刻意背誦，試題也有一定的區(qū)分度。 綜上所述，考核方式的改革也滿(mǎn)足了改革的需求。

2 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)創(chuàng)新式項(xiàng)目來(lái)驅(qū)動(dòng)單片機(jī)原理及應(yīng)用的學(xué)習(xí)， 理論學(xué)習(xí)和實(shí)踐操作都得到很好的相互補(bǔ)充，相互促進(jìn)。 高校對(duì)創(chuàng)新型應(yīng)用人才的培養(yǎng)不僅僅是政策上的支持，更需要專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課的老師自發(fā)引導(dǎo)學(xué)生逐步向創(chuàng)新型人才的目標(biāo)奮斗。

本文的教改探討方案已經(jīng)在本校的物聯(lián)網(wǎng)工程專(zhuān)業(yè)開(kāi)展，得到較好的教學(xué)效果，也獲得了學(xué)生的好評(píng)。改革的道路是曲折的， 但是探索出來(lái)的方案有利于更多的學(xué)生成為社會(huì)上的創(chuàng)新型人才、復(fù)合型人才。