浙江 周海兵

單片機(jī)技術(shù)課程是高校電類專業(yè)必學(xué)的專業(yè)課，甚至是計算機(jī)專業(yè)學(xué)習(xí)的專業(yè)課。單片機(jī)技術(shù)的應(yīng)用涉及人類社會的方方面面，并且起到非常重要的作用。比如：在工業(yè)、軍事、航天、服務(wù)業(yè)、農(nóng)業(yè)等都有廣泛的應(yīng)用，甚至我們生活中使用的電子產(chǎn)品都有單片機(jī)的應(yīng)用。在這樣的社會背景下，社會需要大量的單片機(jī)技術(shù)人員從事單片機(jī)的技術(shù)開發(fā)、維護(hù)和維修。在這種需求關(guān)系下，中職學(xué)校開設(shè)了單片機(jī)技術(shù)課程，培養(yǎng)單片機(jī)技能人才供應(yīng)社會的需求。單片機(jī)技術(shù)是注重實(shí)際應(yīng)用的技術(shù)，怎樣培養(yǎng)學(xué)生的單片機(jī)技術(shù)的應(yīng)用能力一直是難題。現(xiàn)在普遍采用理實(shí)一體化教學(xué)，理論課和實(shí)訓(xùn)課同時進(jìn)行。筆者從事多年單片機(jī)技術(shù)教學(xué)，在教學(xué)過程不斷探索、實(shí)踐單片機(jī)技術(shù)的多種實(shí)訓(xùn)教學(xué)方式。

一、面包板實(shí)訓(xùn)教學(xué)形式

中職學(xué)校剛開設(shè)單片機(jī)技術(shù)，學(xué)校缺少單片機(jī)實(shí)訓(xùn)的設(shè)備和設(shè)施。某些中職學(xué)校的財政撥款數(shù)額有限，學(xué)校不會采購大量單片機(jī)實(shí)訓(xùn)設(shè)備。但是單片機(jī)技術(shù)課程是一門重理論與實(shí)踐相結(jié)合的技術(shù)，光學(xué)習(xí)理論知識，不實(shí)踐，是做無用功。在這種情況，筆者設(shè)計了一套低成本的單片機(jī)實(shí)訓(xùn)形式——面包板實(shí)訓(xùn)教學(xué)形式。如圖1所示

圖1 面包板實(shí)物圖

教師在課堂結(jié)合實(shí)訓(xùn)傳授理論知識，考慮中職學(xué)生的知識水平要刪除次要的實(shí)訓(xùn)未應(yīng)用到的知識點(diǎn)，重點(diǎn)講解實(shí)訓(xùn)應(yīng)用到的知識點(diǎn)。實(shí)訓(xùn)課前教師下達(dá)實(shí)訓(xùn)任務(wù)，學(xué)生根據(jù)任務(wù)在課前或?qū)嵱?xùn)課堂設(shè)計硬件電路，再在機(jī)房計算機(jī)上編寫設(shè)計程序，通過編程器下載程序到單片機(jī)進(jìn)行調(diào)試，指導(dǎo)任務(wù)完成。在這個過程中，教師輔助指導(dǎo)，引導(dǎo)學(xué)生思考，幫助學(xué)生完成任務(wù)。

這種在面包板實(shí)訓(xùn)教學(xué)形式的優(yōu)缺點(diǎn)。

優(yōu)點(diǎn)：

1.項目的電路由學(xué)生親自動手設(shè)計，教師起輔導(dǎo)作用，提高了學(xué)生的硬件設(shè)計能力。

2.元器件和導(dǎo)線都是插在面包板上的，出現(xiàn)錯誤時可以隨時拔插更改，提高了調(diào)試的效率。

3.硬件電路全要學(xué)生親自設(shè)計，學(xué)生必須深入學(xué)習(xí)外圍元件、芯片的資料，擴(kuò)展了學(xué)生的知識面。

4.由于面包板和元器件由學(xué)生自己保管，學(xué)生可以在課余時間設(shè)計單片機(jī)電路，更好培養(yǎng)優(yōu)秀學(xué)生。

缺點(diǎn)：

1.由于元器件的經(jīng)常插拔，造成面包板上的接口接觸不良，造成功能無法實(shí)現(xiàn)，這時學(xué)生不清楚是電路出問題，還是程序出問題，給調(diào)試帶來困難。

2.由于電路學(xué)生設(shè)計，會出現(xiàn)設(shè)計錯誤，通電后損壞元器件。整套材料是學(xué)生自己保管，會出現(xiàn)丟失小元器件的現(xiàn)象。

二、單片機(jī)開發(fā)板實(shí)訓(xùn)教學(xué)形式

某些中職學(xué)校教學(xué)經(jīng)費(fèi)允許的話，可以采用單片機(jī)開發(fā)板實(shí)訓(xùn)教學(xué)形式。單片機(jī)開發(fā)板網(wǎng)絡(luò)上有銷售，可以通過網(wǎng)絡(luò)購買，價格實(shí)惠。也可以組織學(xué)生開發(fā)一套單片機(jī)開發(fā)板。筆者組織了學(xué)校掌握單片機(jī)技術(shù)扎實(shí)的學(xué)生開發(fā)單片機(jī)開發(fā)板。教師和學(xué)生共同討論確定開發(fā)板上實(shí)驗(yàn)項目內(nèi)容，并確定了實(shí)驗(yàn)項目分基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)項目和提高實(shí)驗(yàn)項目?；A(chǔ)實(shí)驗(yàn)項目是最基本的實(shí)驗(yàn)，要求每個學(xué)生要掌握的。提高實(shí)驗(yàn)項目難度較大的實(shí)驗(yàn)，是提供給優(yōu)秀學(xué)生繼續(xù)深造學(xué)習(xí)的。確定了實(shí)驗(yàn)項目，學(xué)生根據(jù)教師的指導(dǎo)，在面包板上逐個設(shè)計實(shí)驗(yàn)項目的電路，再編程調(diào)試，確定電路的正確性，最終整合設(shè)計了一個單片機(jī)學(xué)習(xí)開發(fā)板，如圖2所示。

圖2 單片機(jī)開發(fā)板實(shí)物圖

采用單片機(jī)開發(fā)板教學(xué)，學(xué)生不用自己設(shè)計硬件電路，而是根據(jù)開發(fā)板上的電路去編寫程序，實(shí)現(xiàn)任務(wù)的功能要求。上實(shí)訓(xùn)課時，教師先講解開發(fā)板上該實(shí)驗(yàn)項目電路的原理，再編寫個小程序演示，接著學(xué)生們開始著手設(shè)計自己的程序?qū)崿F(xiàn)實(shí)驗(yàn)功能，教師及時輔導(dǎo)幫助。這種教學(xué)方式幾年下來，發(fā)現(xiàn)學(xué)生的編程設(shè)計能力提高很快，但硬件設(shè)計能力下降了。教師在實(shí)訓(xùn)課時，大力講解硬件電路的原理，想彌補(bǔ)學(xué)生硬件設(shè)計的能力，但學(xué)生沒有親自動手設(shè)計電路，光靠教師的講解，學(xué)生的硬件設(shè)計能力明顯偏差。

這種單片機(jī)開發(fā)板實(shí)訓(xùn)教學(xué)形式的優(yōu)缺點(diǎn)。

優(yōu)點(diǎn)：

1.克服了在面包板設(shè)計電路由于接觸不良造成的困難。學(xué)生考慮自己設(shè)計的程序的正確性，不需要考慮電路的問題，這樣提高了實(shí)驗(yàn)的成功率。

2.電路板都是成品，不需要插拔元器件，不會由于學(xué)生的誤操作損壞元器件。

缺點(diǎn)：

1.電路都做好了，學(xué)生不需要自己設(shè)計，不利于學(xué)生的硬件電路的設(shè)計能力培養(yǎng)。

三、“實(shí)驗(yàn)箱”（需要連線）實(shí)訓(xùn)教學(xué)形式

面包板的接觸不良給單片機(jī)實(shí)訓(xùn)造成難度，單片機(jī)開發(fā)板的電路已經(jīng)確定學(xué)生只管編程不利于培養(yǎng)硬件電路的設(shè)計能力，這種情況下筆者開始探索新的實(shí)訓(xùn)教學(xué)方式。亞龍單片機(jī)實(shí)訓(xùn)臺把單片機(jī)的硬件電路做成模塊化，模塊之間需要導(dǎo)線連接，連接好之后編程實(shí)現(xiàn)功能。這種形式有助于硬件設(shè)計能力提高，但模塊中電路是固定的，不利于培養(yǎng)硬件設(shè)計能力。在這種設(shè)備的啟發(fā)下，筆者構(gòu)思出了一種新的單片機(jī)實(shí)訓(xùn)方式——“實(shí)驗(yàn)箱”（需要連線）實(shí)訓(xùn)教學(xué)形式。

“實(shí)驗(yàn)箱”實(shí)訓(xùn)方式不同市場上所說的實(shí)驗(yàn)箱。根據(jù)單片機(jī)實(shí)驗(yàn)的要求，把所需要的元器件和芯片做到電路板上。但各元器件和芯片之間沒有任何電路連接，把各元器件和芯片的管腳通過電路板的電路引出一個圓形端口可供連線。在實(shí)訓(xùn)課時，學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求，選擇元器件和芯片，通過連接線連接形成實(shí)驗(yàn)電路，再編程調(diào)試。整個電路需要學(xué)生自己設(shè)計和連接，但不同于面包板，它是采用專門的連接線連接的，克服面包板的接觸不良的問題。這樣很好地提高學(xué)生的硬件設(shè)計能力。

前面敘述的三種單片機(jī)實(shí)訓(xùn)方式中，前面兩種是筆者已經(jīng)實(shí)踐了多年，總結(jié)分析了他們的優(yōu)缺點(diǎn)。第三種是筆者的構(gòu)想，已經(jīng)正在努力實(shí)施開發(fā)，不久將應(yīng)用到筆者所教的職業(yè)學(xué)校的單片機(jī)課堂。

[1]劉揚(yáng).單片機(jī)原理及應(yīng)用.北京理工大學(xué)出版社，2009-8-1.

[2]寧凡,王宇.51單片機(jī)基礎(chǔ)教程.北京航空航天大學(xué)出版社，2008-3-1.