王淑珍

洛陽理工學(xué)院機電工程系 河南洛陽 471003

機電類專業(yè)單片機原理與應(yīng)用課程教學(xué)改革探索

王淑珍

洛陽理工學(xué)院機電工程系 河南洛陽 471003

以培養(yǎng)學(xué)生單片機系統(tǒng)開發(fā)設(shè)計能力為目標(biāo)，從教學(xué)方法、教學(xué)手段、考核方式、實踐教學(xué)和網(wǎng)絡(luò)課程建設(shè)等幾個方面對機電類專業(yè)單片機原理與應(yīng)用課程教學(xué)進行了改革探索。

單片機；教學(xué)改革；網(wǎng)絡(luò)課程；機電類專業(yè)

Abstract: To train students' development and design ability of single-chip microcomputer (SCM) application system, the reform of SCM teaching for electromechanical speciality students was explored in the aspects of teaching method, teaching means, checking ways, practice teaching and network course construction in this paper.

Key words: single-chip microcomputer; teaching reform; network course; electromechanical speciality

計算機技術(shù)的發(fā)展速度和應(yīng)用普及程度是人們始料不及的，單片機已應(yīng)用到工業(yè)過程控制，儀器儀表等許多領(lǐng)域，對人類社會產(chǎn)生了巨大影響[1]。單片機原理與應(yīng)用是機電類學(xué)生的專業(yè)基礎(chǔ)課，該課程要求學(xué)生掌握單片機軟件編程和硬件設(shè)計，具有在本專業(yè)及相關(guān)領(lǐng)域中的單片機開發(fā)能力[2]。學(xué)習(xí)單片機原理與應(yīng)用是機電類學(xué)生掌握計算機應(yīng)用技術(shù)的一個重要環(huán)節(jié)，同時該課程也為后續(xù)相關(guān)課程的學(xué)習(xí)及畢業(yè)設(shè)計等打下了技術(shù)基礎(chǔ)。

目前機電類學(xué)生在學(xué)習(xí)單片機原理與應(yīng)用課程中主要有以下問題：(1)機電類學(xué)生的程序編寫能力和硬件設(shè)計能力較差。在學(xué)習(xí)本課程前，機電類學(xué)生一般只學(xué)過高級語言程序設(shè)計和最基本的電工電子課程，沒有系統(tǒng)學(xué)過微機原理及匯編程序設(shè)計，所以在學(xué)習(xí)該課程時普遍感覺課程抽象，內(nèi)容多，難以掌握。(2)學(xué)生對單片機應(yīng)用技術(shù)在機電控制領(lǐng)域中的應(yīng)用和意義認(rèn)識不清，學(xué)習(xí)積極性不高。大部分學(xué)生認(rèn)為該課程和自己的專業(yè)關(guān)系不大，導(dǎo)致其學(xué)習(xí)被動，學(xué)習(xí)效果差。(3)該課程學(xué)時偏少，實踐教學(xué)環(huán)節(jié)比較薄弱。機電類專業(yè)的單片機課程總學(xué)時一般為32～48學(xué)時，其中實驗一般為8學(xué)時，任課教師為了讓學(xué)生能夠系統(tǒng)學(xué)習(xí)單片機的基礎(chǔ)理論知識，往往在教學(xué)安排上對實踐教學(xué)重視不夠，使大部分學(xué)生對一些記憶性的內(nèi)容掌握得較好，但應(yīng)用和創(chuàng)新能力較弱，沒有達到應(yīng)有的學(xué)習(xí)效果。

由于單片機原理與應(yīng)用課程本身概念多且抽象難懂[3]，涉及的知識面廣，信息量大，使學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中無從下手，學(xué)習(xí)積極性不高。另外，機電類專業(yè)學(xué)生的電類及微機原理類知識基礎(chǔ)較薄弱，造成了該課程難教難學(xué)的局面，一些學(xué)生學(xué)完該課程后，不能理解和掌握單片機應(yīng)用系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，不會應(yīng)用相關(guān)仿真及設(shè)計軟件，不具有設(shè)計應(yīng)用能力。因此，如何提高機電類學(xué)生學(xué)習(xí)單片機的興趣，培養(yǎng)其開發(fā)設(shè)計能力，是當(dāng)前機電類專業(yè)單片機教學(xué)中必須解決的問題，為此，筆者對該課程的教學(xué)改革進行了一些探索。

1 教學(xué)方法的改革嘗試

由于單片機課程實用性很強，教師教學(xué)中首先要與實際系統(tǒng)相結(jié)合，例如：上第一節(jié)課時拿一個單片機應(yīng)用系統(tǒng)實物進行演示，使學(xué)生對單片機應(yīng)用系統(tǒng)有完整的認(rèn)識，調(diào)動其學(xué)習(xí)的積極主動性。隨后，引導(dǎo)學(xué)生思考單片機需要哪些部件可以實現(xiàn)上述應(yīng)用系統(tǒng)的功能？讓學(xué)生思考討論后，教師再系統(tǒng)地給學(xué)生講解課程內(nèi)容，結(jié)合實物講其組成、主要講授芯片—AT89C51的外部引腳、功能和使用方法及其基本功能部件CPU，RAM，ROM與定時器/計數(shù)器以及I/O接口[1]，并對單片機應(yīng)用系統(tǒng)所必需的外圍電路進行簡單介紹，引起學(xué)生的好奇心。

在課堂教學(xué)中采用啟發(fā)式和比擬教學(xué)方法。教師在講授知識的過程中要引導(dǎo)學(xué)生不斷發(fā)現(xiàn)問題，提高其學(xué)習(xí)興趣。在每章的開始，首先強調(diào)學(xué)生應(yīng)該掌握和了解的內(nèi)容以及具體的學(xué)時安排，教師在課堂上只講主要內(nèi)容以及該部分重點、難點，對一些僅需要了解或特別簡單的問題，可以讓學(xué)生在課下自學(xué)。另外，課堂作業(yè)一定要有一些有難度的擴展性思考題，使學(xué)生有機會做深度思考。對于學(xué)生難以理解的內(nèi)容，可以采取比擬法教學(xué)，例如，在程序設(shè)計教學(xué)環(huán)節(jié)中，可以將單片機比作人腦，單片機的系統(tǒng)指令相當(dāng)于人所掌握的詞匯，我們表達思想需要將詞匯組合起來形成語言，同理，針對某個特定問題，我們要將指令組合形成一個有實際意義的程序供單片機執(zhí)行。

采用專題教學(xué)方法讓學(xué)生掌握學(xué)習(xí)的方法和步驟。學(xué)生感覺學(xué)習(xí)單片機課程非常困難，部分原因在于沒有把握住該課程的學(xué)習(xí)方法，教師應(yīng)該給學(xué)生一把學(xué)習(xí)的鑰匙，用科學(xué)的方法指導(dǎo)他們學(xué)會學(xué)習(xí)。循環(huán)程序的編寫是令許多學(xué)生頭疼的問題，我們將這類題目做一個教學(xué)專題講解，分三步進行：(1)讓學(xué)生學(xué)會閱讀編程要求，分析清楚循環(huán)初始條件、循環(huán)結(jié)束條件、循環(huán)內(nèi)容等。(2)引導(dǎo)學(xué)生編寫簡單的沒有循環(huán)的單次運行程序。(3)尋找程序運行中的變量，在單次運行程序中加上循環(huán)體，完成循環(huán)程序設(shè)計。學(xué)習(xí)過程中要求學(xué)生每個循環(huán)程序的設(shè)計都嚴(yán)格按照這三個步驟進行。經(jīng)過幾次練習(xí)，學(xué)生基本上都能順利地按要求編寫出循環(huán)程序。

2 改革教學(xué)手段，在課堂教學(xué)中引入多媒體和仿真模擬軟件

在傳統(tǒng)的課堂教學(xué)模式中，教師主要通過語言傳遞信息，學(xué)生只能被動接受教師所講內(nèi)容，而且教師的課程進度只能根據(jù)大部分學(xué)生的學(xué)習(xí)水平安排，不能兼顧“兩頭”的學(xué)生，特別是不能兼顧學(xué)習(xí)成績差的學(xué)生，學(xué)生和教師都很辛苦，但是整體學(xué)習(xí)效果往往不理想。為了克服上述缺點，在單片機的課堂教學(xué)中要充分利用現(xiàn)代多媒體教學(xué)資源。我們制作了單片機原理與應(yīng)用多媒體教學(xué)課件，采用動畫和圖片的方式加深學(xué)生對教學(xué)內(nèi)容的理解，提高了課堂教學(xué)效果。但是，由于多媒體教學(xué)講課速度一般比較快，課堂信息量大，學(xué)生沒有自主思考時間，所以教師在使用多媒體課件時，要對授課內(nèi)容認(rèn)真安排，要特別重視鍛煉學(xué)生的思維能力。

為了提高課堂教學(xué)質(zhì)量，我們在教學(xué)中引入了MedWin，Proteus等計算機仿真軟件。MedWin是集編輯、編譯/匯編、在線及模擬調(diào)試為一體的單片機開發(fā)工具[4]，在教學(xué)過程中采用MedWin進行計算機仿真演示，使學(xué)生可以實時觀察指令執(zhí)行情況，將枯燥難懂的程序分析變得形象、生動。Proteus是英國Labcenter electronics公司研發(fā)的多功能EDA(Electronic Design Automation，電子設(shè)計自動化)工具軟件[5,6]，同時支持第三方的軟件編譯和調(diào)試環(huán)境，如MedWin和Keil等。教師可以利用Proteus在課堂上進行單片機應(yīng)用系統(tǒng)電路設(shè)計，并將采用MedWin或Keil調(diào)試好的程序傳送到所設(shè)計的應(yīng)用系統(tǒng)中，然后在Proteus平臺上進行軟硬件結(jié)合仿真，不但使抽象的教學(xué)變得直觀，而且訓(xùn)練了學(xué)生的硬件設(shè)計能力。

3 改革實驗內(nèi)容，加強實踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)

單片機原理與應(yīng)用課程應(yīng)用性強，實驗是提高該課程教學(xué)效果的非常重要的環(huán)節(jié)。實驗不但可以提高學(xué)生的動手能力，而且通過對課本上抽象命令的應(yīng)用、程序的編制、單片機應(yīng)用系統(tǒng)的現(xiàn)場調(diào)試，加深了其對理論知識的理解和實踐應(yīng)用能力。在我院原來的實驗教學(xué)中，由實驗教師講解實驗內(nèi)容和詳細實驗步驟，學(xué)生按部就班在單片機實驗平臺上做完全相同的實驗，并且基本上都是驗證性實驗，大部分學(xué)生對實驗根本沒有興趣，做實驗僅是為了獲得實驗成績，所以收獲并不大。為此，我們對實驗項目和實驗方法進行了重新設(shè)計，實驗課上基本取消了驗證性實驗，如數(shù)據(jù)塊傳送等一些純軟件驗證性實驗作為作業(yè)讓學(xué)生在課下通過MedWin等計算機仿真軟件完成。另外，增加了綜合性和創(chuàng)新性實驗。為了加強學(xué)生綜合設(shè)計能力的培養(yǎng)，我們將有內(nèi)在聯(lián)系的知識安排為一個實驗，例如將LED顯示器接口及鍵盤接口安排為一個實驗，讓學(xué)生根據(jù)教師提供的Proteus工程原理圖編寫LED顯示器驅(qū)動程序及鍵盤掃描程序，并采用定時器實現(xiàn)電子鐘功能，從而實現(xiàn)時間的動態(tài)顯示和設(shè)置。為了提高學(xué)生的創(chuàng)新能力，在單片機綜合實驗中，我們要求學(xué)生根據(jù)單片機實驗箱所能提供的硬件資源，自行設(shè)計一個單片機應(yīng)用產(chǎn)品，經(jīng)過MedWin結(jié)合Proteus調(diào)試后，寫入實驗箱進行現(xiàn)場調(diào)試。

另外，我們充分利用該課程實踐性、技術(shù)性強的特點，積極引導(dǎo)學(xué)生參加課外科技制作、電子科技制作大賽等第二課堂創(chuàng)新活動，并讓有潛力的學(xué)生參與教師的相關(guān)科研項目，極大地提高了學(xué)生的實際動手能力和單片機項目的開發(fā)能力。

4 改革課程成績考核評定方法

在原來的單片機課程成績考核評定中，期末考試成績一般占總成績的70%，并且為了提高學(xué)生的考試成績，重點考核基本理論知識，考題中記憶型題目偏多，程序設(shè)計型題目一般比較簡單，考查學(xué)生應(yīng)用實踐類題目幾乎沒有，這樣的考核方式不能完全檢測出學(xué)生學(xué)習(xí)該門功課的實際效果，使在平時學(xué)習(xí)中知識掌握程度和單片機應(yīng)用能力不夠的學(xué)生，通過考前突擊也能取得不錯的成績。我們考慮到單片機原理與應(yīng)用為技術(shù)應(yīng)用類課程，改革了成績考核評定方法，側(cè)重于應(yīng)用能力的考核，將成績評定方式改為上課出勤、作業(yè)情況、實驗情況占總成績20%；學(xué)生自己選題，完成課外設(shè)計和制作情況占30%；期末考試成績占50%，并且在試題中增加了實驗考核題。

5 建設(shè)網(wǎng)絡(luò)課程

網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以使教師將各種教學(xué)資源非常方便地放在學(xué)校的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺上并組織實施教學(xué)活動，而且可以及時更新教學(xué)內(nèi)容。網(wǎng)絡(luò)課程以學(xué)生為中心，為學(xué)生提供了豐富的學(xué)習(xí)資料和采用現(xiàn)代化教學(xué)手段進行交互式學(xué)習(xí)的機會，是一種很好的課下輔助學(xué)習(xí)手段。為了進一步提高學(xué)生學(xué)習(xí)效果，我們利用我院網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺建設(shè)了單片機原理與應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)課程，將授課計劃、教學(xué)大綱、電子教案、多媒體課件、測試題、視頻學(xué)習(xí)資料等進行整理，并以教學(xué)單元為組織單位上傳到我院網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺上供學(xué)生自主學(xué)習(xí)，還在該平臺上設(shè)計了在線答疑、作業(yè)講評等交互式的教學(xué)活動。通過網(wǎng)絡(luò)課程的建設(shè)可以使學(xué)生鞏固課堂教學(xué)內(nèi)容，能夠?qū)纹瑱C系統(tǒng)應(yīng)用等復(fù)雜的問題做深入學(xué)習(xí)和實踐，并給師生進一步學(xué)習(xí)交流提供了平臺。

6 結(jié)束語

隨著科技的不斷發(fā)展，單片機及其在各領(lǐng)域的應(yīng)用也在迅速發(fā)展，這就要求教師不斷更新教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法，充分利用多種媒體教學(xué)資源，改革教學(xué)手段，加強實踐教學(xué)的教學(xué)改革，加快網(wǎng)絡(luò)課程建設(shè)，采取多種有效形式手段，指導(dǎo)和激勵學(xué)生瀏覽網(wǎng)上教學(xué)資源，并積極參加各種網(wǎng)上教學(xué)活動。

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Exploration of reform in teaching principles and applications of single-chip microcomputer of electromechanical speciality

Wang Shuzhen
Luoyang institute of science and technology, Luoyang, 471003, China

2012-07-26

王淑珍，博士，副教授。