張洪洲等

摘要：單片機實訓(xùn)課程是農(nóng)業(yè)工程類專業(yè)非常重要的專業(yè)技術(shù)課，是后續(xù)專業(yè)實踐課的基礎(chǔ)。根據(jù)目前農(nóng)業(yè)工程類專業(yè)單片機實訓(xùn)課程教學(xué)的不足之處，針對新疆地區(qū)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展的需要，結(jié)合塔里木大學(xué)的“環(huán)塔里木生物多樣性和文化多元性”特色發(fā)展宗旨；在單片機實訓(xùn)課程教學(xué)中，對教學(xué)過程中的實驗、實習(xí)、實訓(xùn)等方面的教學(xué)模式進行探討，在教學(xué)過程中取得了一些成績，以期為單片機實訓(xùn)課程建設(shè)提供參考。

關(guān)鍵詞：單片機；實訓(xùn)課程；教學(xué)模式

作者簡介：張洪洲（1982-），男，吉林長春人，塔里木大學(xué)機械電氣化工程學(xué)院，講師；周丹（1984-），女，重慶人，塔里木大學(xué)機械電氣化工程學(xué)院，講師。（新疆 阿拉爾 843300）

基金項目：本文系塔里木大學(xué)高等教育研究項目（項目編號：TDGJ1315）的研究成果。

中圖分類號：G642.0 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）08-0190-02

單片機實訓(xùn)課程是農(nóng)業(yè)工程類單片機課程教學(xué)的重要組成部分。新疆塔里木大學(xué)機械電氣化工程學(xué)院農(nóng)業(yè)工程下設(shè)各專業(yè)均開設(shè)單片機課程，它是重要的專業(yè)基礎(chǔ)課；通過對單片機實訓(xùn)課程的學(xué)習(xí)，可以增強農(nóng)業(yè)工程類學(xué)生的綜合設(shè)計能力，對農(nóng)業(yè)電氣化與現(xiàn)代化有一個準(zhǔn)確的定位。單片機實訓(xùn)課程是將理論課上學(xué)到的純理論以實踐的方式重現(xiàn)并且加固。單片機實訓(xùn)課程的教學(xué)質(zhì)量直接關(guān)系到學(xué)生的實踐動手能力；通過為學(xué)生提供好的教學(xué)模式來提高單片機實訓(xùn)課程的教學(xué)質(zhì)量。

一、傳統(tǒng)單片機實訓(xùn)教學(xué)模式的不足

傳統(tǒng)的單片機實訓(xùn)課程教學(xué)模式有其獨特的優(yōu)點，但是，隨著社會的進步，科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，新疆農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化程度越來越高，面對如此嚴峻的形勢，對人才實際技能的要求不多提高，傳統(tǒng)的實訓(xùn)教學(xué)模式的不足之處越來越明顯。[1-3]例如，在傳統(tǒng)的實訓(xùn)教學(xué)中，依然以理論基礎(chǔ)為主，在單片機實驗教學(xué)中，教師只是根據(jù)在課堂上所教授的理論知識而進行有針對性的實驗，并且在選擇試驗時完全根據(jù)實驗指導(dǎo)書上的實驗例題指導(dǎo)學(xué)生實驗。實驗指導(dǎo)書上的一些實驗已經(jīng)不能滿足當(dāng)前的需要，并且指導(dǎo)書上的實驗都已經(jīng)給出了接口電路原理圖、接線圖以及參考程序，這對學(xué)生沒有任何挑戰(zhàn)性，只要機械地按照指示連接電路圖，并且將參考程序燒入開發(fā)板就成功了。這樣的試驗?zāi)Ｊ綄W(xué)生來說，缺少刺激其設(shè)計思想的動力，不利于培養(yǎng)學(xué)生的實際動手能力。在實驗教學(xué)考核中，以實驗結(jié)果為考核標(biāo)準(zhǔn)，這樣對一些學(xué)生來說不公平，并且會使學(xué)生對單片機知其然而不知其所以然。農(nóng)業(yè)工程類專業(yè)培養(yǎng)的人才是具有很強的實際動手能力和綜合設(shè)計能力的實用性人才，因此，對農(nóng)業(yè)工程類專業(yè)單片機實訓(xùn)模式的改革是十分必要的。

二、實訓(xùn)課程要點分析

實訓(xùn)教學(xué)是單片機課程教學(xué)的重要組成部分，是不可或缺的，[4，5]是學(xué)生真正去企業(yè)進行實踐性工作的橋梁；要改變原有的教學(xué)模式，注重綜合能力的培養(yǎng)，改革實驗教學(xué)，強化實踐能力。

1.選擇適合與本專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)的實訓(xùn)內(nèi)容

要結(jié)合現(xiàn)有的硬件設(shè)施、學(xué)生的接受能力和新疆建設(shè)發(fā)展的需要，選擇與之匹配的實訓(xùn)教學(xué)內(nèi)容。這就要求授課老師對現(xiàn)有的硬件設(shè)備水平有清晰的認識；通過前期的理論教學(xué)和以往的教學(xué)經(jīng)驗對學(xué)生的接受能力進行評估；通過對新疆地區(qū)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展下對單片機設(shè)計需要的技能程度和水平進行調(diào)研來確定發(fā)展的需要，進而確定單片機實訓(xùn)課程的授課內(nèi)容。

2.增加綜合設(shè)計性實訓(xùn)課程，增設(shè)開放式實訓(xùn)課堂

現(xiàn)有的單片機實驗多數(shù)都為驗證性實驗，實習(xí)也多為驗證性和機械性實習(xí)；學(xué)生都是按提示將實驗做完。單片機實習(xí)都是從電子市場中買回的功能模塊套件，學(xué)生只要按照拼圖的方法將元器件焊接到PCB板上，將程序的工程文件燒錄到單片機上，作品的基本功能都能實現(xiàn)，根本就沒有調(diào)試環(huán)節(jié)實習(xí)就結(jié)束了。因此，應(yīng)該增加綜合設(shè)計性的實訓(xùn)課程，可以增加學(xué)生對單片機實訓(xùn)課程的興趣，刺激其創(chuàng)新精神，增強學(xué)生的整體設(shè)計和局部細節(jié)設(shè)計的思想，強化學(xué)生的動手能力；實訓(xùn)題目內(nèi)容增加接口電路部分的設(shè)計和軟件驅(qū)動部分，接口電路復(fù)雜了，模擬元器件應(yīng)用增加，這樣有利于培養(yǎng)學(xué)生對元器件的選型和硬件電路調(diào)試的能力，軟件驅(qū)動部分的增加，還是學(xué)生在每一次軟件設(shè)計時都不會太容易將程序調(diào)試成功，這樣會激發(fā)學(xué)生的邏輯思維。

以往的實訓(xùn)課堂都是按時按點的，和學(xué)校的作息時間及教學(xué)計劃進度等一致，這樣的模式有其優(yōu)點，但同時也限制了一些對單片機實訓(xùn)課程有濃厚興趣的學(xué)生。應(yīng)該為這類學(xué)生提供一個或多個開放式實訓(xùn)場所，開放時間不受限制，有興趣的學(xué)生在業(yè)余時間可以來這里接受培訓(xùn)，安排相應(yīng)的老師定期和不定期地為學(xué)生進行實訓(xùn)授課和答疑。這樣在老師的指導(dǎo)下，有興趣的學(xué)生會完成一些單片機應(yīng)用的設(shè)計。

三、產(chǎn)學(xué)研模式的應(yīng)用與分析

產(chǎn)學(xué)研的教學(xué)模式已經(jīng)廣泛應(yīng)用到各個學(xué)科的教學(xué)中；但是，產(chǎn)學(xué)研教學(xué)模式在單片機實訓(xùn)教學(xué)中還很少被應(yīng)用。產(chǎn)學(xué)研模式是在課程授課時，授課內(nèi)容針對實際生產(chǎn)的需要設(shè)計，學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中有選擇的、有針對性的學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)完全是為了生產(chǎn)做準(zhǔn)備的。在授課過程中，任課教師要根據(jù)實際生產(chǎn)的發(fā)展需要、在實際生產(chǎn)中遇到的亟待解決的問題，以及根據(jù)現(xiàn)有的生產(chǎn)現(xiàn)狀預(yù)測未來生產(chǎn)的需要；根據(jù)這些需要，有針對性地進行研發(fā)，同時刺激學(xué)生的實際研發(fā)能力；單片機實訓(xùn)教學(xué)的終極目的就是面向生產(chǎn)，面向研發(fā)；因此，產(chǎn)學(xué)研模式適合于單片機實訓(xùn)教學(xué)。

在實際生產(chǎn)生活中，單片機的應(yīng)用很廣泛，尤其是民用生產(chǎn)生活中大多數(shù)都是應(yīng)用在儀器設(shè)備等控制上，例如機床的精確控制需要高端工程單片機來實現(xiàn)，交通燈的控制需要單片機的定時控制，樓道中的聲控?zé)艉突馂?zāi)預(yù)警系統(tǒng)主控制芯片也是單片機。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，單片機的應(yīng)用也越來越廣泛，現(xiàn)在農(nóng)業(yè)要求精準(zhǔn)作業(yè)和精量播種，采棉機的復(fù)采自動巡航系統(tǒng)，精量播種機的自動識別系統(tǒng)的主控制器都是用單片機設(shè)計的；現(xiàn)代人生活的必備工具——汽車，多處應(yīng)用單片機，例如車載電子中的電子鎖、防盜系統(tǒng)、ABS剎車系統(tǒng)等。針對單片機在這些領(lǐng)域的應(yīng)用，在教學(xué)過程中要引入這些成熟的產(chǎn)品，指導(dǎo)學(xué)生模仿式的開發(fā)，將這些產(chǎn)品應(yīng)用到的理論知識吃透，參照成熟的設(shè)計方案設(shè)計這些功能模塊，掌握前人的設(shè)計思想和精髓，將這些工作完成之后，任課教師組織學(xué)生針對這些設(shè)計在實際應(yīng)用中存在的不足之處開展嘗試性的研發(fā)，完善這些產(chǎn)品的升級。

四、典型案例分析

下面以在生活中或在教學(xué)過程中經(jīng)常會遇到單片機設(shè)計案例——交通燈的設(shè)計為例進行說明。針對這一例題，應(yīng)用產(chǎn)學(xué)研教學(xué)模式進行分析。

問題描述：設(shè)計交通燈模擬電路，在某個路口的四個方向分別配有紅、黃、綠三個信號燈，任意選擇單片機的控制管腳。編寫程序?qū)崿F(xiàn)：南北方向綠燈（東西方向紅燈）時長6s；南北方向黃燈閃爍（東西方向紅燈）時長10s，閃爍間隔為1s；南北方向紅燈（東西方向綠燈）時長6s；南北方向紅燈（東西方向黃燈閃爍）時長10s，閃爍間隔為1s，依次循環(huán)。

問題分析：要設(shè)計交通燈的模擬電路，因此只需做一個模擬場景；在一塊萬用板上規(guī)定東、西、南、北4個方向，在每個方向上安裝紅、綠、黃3個發(fā)光二極管，用單片機最小系統(tǒng)通過定時程序控制12個放光二極管的亮滅和持續(xù)時間即可完成模擬設(shè)計。

完成設(shè)計：這個設(shè)計重點在于定時程序的編寫，單片機最小系統(tǒng)只需選用通用的STC單片機最小系統(tǒng)模塊即可滿足設(shè)計要求；接口電路只需選擇兩組并行口在每個發(fā)光二極管上加上拉電阻，通過調(diào)節(jié)上拉電阻的大小即可調(diào)節(jié)發(fā)光二極管的亮度。

但是，該設(shè)計現(xiàn)在產(chǎn)學(xué)研教學(xué)模式下就需要對系統(tǒng)進行進一步的設(shè)計和改進。首先，在實際應(yīng)用中，交通燈是高亮燈，所以在設(shè)計時把發(fā)光二極管改成220V耐壓值的燈，這樣就需要在每一個燈上增加繼電器，單片機控制繼電器的吸合和斷開，實現(xiàn)交通燈的亮滅和時間控制。在夜間以及光照強度等自然因素的影響下，現(xiàn)在急需設(shè)計一個根據(jù)環(huán)境變化的自適應(yīng)控制的智能交通燈，所以在指導(dǎo)學(xué)生設(shè)計時啟發(fā)學(xué)生完善智能交通燈的設(shè)計。另外，在各大城市的繁忙路口，交通的吞吐量大，而且不確定性和隨機性很大，針對這類城市路口交通燈的設(shè)計要先做好調(diào)研工作，利用概率學(xué)分析，建立路口吞吐量隨時間變化的模型，根據(jù)模型選擇合適的算法編程，實現(xiàn)自適應(yīng)控制，達到節(jié)能、高效的效果。

五、結(jié)束語

以上是課題組對單片機實訓(xùn)教學(xué)模式改革的一些嘗試。在教學(xué)實踐中取得了一些成果，單片機實訓(xùn)課程教學(xué)質(zhì)量有了明顯提高，學(xué)生的實際動手能力顯著提高，學(xué)生學(xué)習(xí)單片機的積極性有很大的提高。

參考文獻：

[1] 楊艷，董秀潔，程東旭.關(guān)于單片機實驗室教學(xué)改革的幾點思考[J].中國教育技術(shù)裝備，2010，36（12）：134-135.

[2] 周鵬，張小剛，王憲磊，何軍.“微機原理與接口技術(shù)”課程教學(xué)改革探討與實踐的調(diào)研報告[J].中國電力教育，2010，161（10）：91-95.

[3] 唐緯.基于“項目驅(qū)動”的單片機類課程實踐教學(xué)改革[J].實驗室研究與探索，2010，29（5）：130-132.

[4] 貢雪梅.項目教學(xué)法在單片機原理課程設(shè)計中的應(yīng)用[J].實驗技術(shù)與管理，2009，26（7）：115-116.

[5] 劉萌，鄭煊.基于Proteus的單片機虛擬實驗室的構(gòu)建[J].山東教育學(xué)院學(xué)報，2009，（6）：106-108.

（責(zé)任編輯：王祝萍）