郭一軍

（黃山學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院，安徽 黃山245041）

應(yīng)用驅(qū)動(dòng)的單片機(jī)教學(xué)方法研究與探討

郭一軍

（黃山學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院，安徽 黃山245041）

單片機(jī)作為一門實(shí)踐性極強(qiáng)的課程，在應(yīng)用型人才培養(yǎng)中具有重要地位。分析當(dāng)前單片機(jī)教學(xué)中存在問(wèn)題，提出了采用應(yīng)用驅(qū)動(dòng)的單片機(jī)教學(xué)方法。實(shí)踐證明該教學(xué)方法能充分激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)單片機(jī)課程的興趣，變被動(dòng)接受為自主學(xué)習(xí)，實(shí)現(xiàn)理論教學(xué)與實(shí)踐應(yīng)用的有效結(jié)合；同時(shí)也為學(xué)生應(yīng)用和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)提供了空間，使學(xué)生在應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)方面的能力得到了很好的訓(xùn)練，教學(xué)效果明顯提高。

單片機(jī)；教學(xué)方法；學(xué)習(xí)興趣；應(yīng)用型

0引　言

單片機(jī)由于具有體積小、功能強(qiáng)、可靠性高等許多優(yōu)點(diǎn)，越來(lái)越廣泛地應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、軍事和日常生活的各個(gè)領(lǐng)域。《單片機(jī)原理及應(yīng)用》課程是工科院校多數(shù)專業(yè)所開設(shè)的一門專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課，對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力和創(chuàng)新思維能力具有重要意義［1］，但目前的單片機(jī)課程教學(xué)方法上存在一些問(wèn)題，如理論教學(xué)與實(shí)踐應(yīng)用結(jié)合度低，學(xué)生普遍感覺(jué)這門課程內(nèi)容抽象難學(xué)，學(xué)習(xí)提不起興趣缺乏主動(dòng)性。理論課的學(xué)習(xí)主要是為了應(yīng)付考試，沒(méi)有與實(shí)踐應(yīng)用很好地聯(lián)系起來(lái)。后續(xù)的課程設(shè)計(jì)由于學(xué)時(shí)等方面因素的限制，對(duì)學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力也不能起到一個(gè)充分的訓(xùn)練作用，導(dǎo)致一個(gè)學(xué)期學(xué)下來(lái)，學(xué)生不能將所學(xué)理論應(yīng)用到實(shí)際項(xiàng)目的開發(fā)中去，不能做到學(xué)以致用的效果。

為了提高學(xué)生的應(yīng)用能力，本文嘗試從理論教學(xué)和課程設(shè)計(jì)兩個(gè)方面對(duì)單片機(jī)的教學(xué)方法進(jìn)行改革，提高學(xué)生對(duì)本課程的學(xué)習(xí)積極性，增強(qiáng)對(duì)于應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開發(fā)能力，切實(shí)提高應(yīng)用型人才的培養(yǎng)質(zhì)量。

1　改進(jìn)課堂教學(xué)方法，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣

從目前單片機(jī)課堂教學(xué)方法來(lái)看，教師普遍注重理論教學(xué)，授課一般按照單片機(jī)結(jié)構(gòu)體系——單片機(jī)指令系統(tǒng)——編程語(yǔ)言——單片機(jī)外圍常用電路擴(kuò)展等步驟講解［4］，課程一上來(lái)馬上介紹單片機(jī)體系結(jié)構(gòu)，這一章內(nèi)容中出現(xiàn)了大量的專業(yè)術(shù)語(yǔ)，象寄存器、堆棧、指針、程序狀態(tài)字、溢出等概念，對(duì)一個(gè)還不了解什么是單片機(jī)，能做什么都也不清楚的初學(xué)者，就要理解這些抽象概念是比較困難的，致使初學(xué)者普遍感覺(jué)這門課抽象難學(xué)。的確理論教學(xué)是需要重視的，但由于單片機(jī)課程是一門實(shí)踐性強(qiáng)，專業(yè)術(shù)語(yǔ)抽象的課程，這樣滿堂灌的課堂教學(xué)方法勢(shì)必是枯燥乏味的，進(jìn)而會(huì)影響學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

為了改變這種狀況，本文考慮將教學(xué)內(nèi)容模塊化，同時(shí)在課堂中引入Protues+KeilC51軟件平臺(tái)構(gòu)建的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，在理論教學(xué)中，讓同學(xué)切實(shí)感受單片機(jī)的強(qiáng)大功能，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，化抽象為形象。從而，可將單片機(jī)課堂教學(xué)內(nèi)容分為3個(gè)模塊進(jìn)行：課程學(xué)習(xí)引導(dǎo)模塊，傳統(tǒng)教學(xué)內(nèi)容模塊，案例教學(xué)模塊。

1.1課程學(xué)習(xí)引導(dǎo)模塊

通過(guò)Protues+KeilC51軟件平臺(tái)設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單單片機(jī)應(yīng)用案例，課堂上教師把整個(gè)應(yīng)用設(shè)計(jì)過(guò)程展現(xiàn)給學(xué)生，包括硬件電路的搭建和程序的編寫編譯、程序下載調(diào)試、結(jié)果展示都給學(xué)生完整的做一遍，通過(guò)這樣的一個(gè)模塊目的不是為了使學(xué)生掌握設(shè)計(jì)流程，而是使學(xué)生對(duì)單片機(jī)的應(yīng)用有一個(gè)感性的認(rèn)識(shí)，大概清楚單片機(jī)的功能，通過(guò)這門課程的學(xué)習(xí)他們能夠獲得一種怎樣的能力，明確學(xué)習(xí)目的，提高對(duì)本課程的學(xué)習(xí)興趣。

1.2傳統(tǒng)教學(xué)內(nèi)容模塊

傳統(tǒng)課堂理論教學(xué)過(guò)于重視理論的講授，且部分教材脫離實(shí)際，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)用分離，學(xué)習(xí)目的主要是為了應(yīng)付考試。為了提升學(xué)生的應(yīng)用能力，嘗試將傳統(tǒng)的理論教學(xué)模塊課時(shí)做了適當(dāng)?shù)膲嚎s，抽出一些學(xué)時(shí)用于案例教學(xué)模塊的教學(xué)。以自動(dòng)化專業(yè)為例，將傳統(tǒng)教學(xué)內(nèi)容的學(xué)時(shí)做適當(dāng)調(diào)整，如表1所示。

表1　傳統(tǒng)教學(xué)模塊課時(shí)調(diào)整表

1.3案例教學(xué)模塊

采用Protues+KeilC51軟件平臺(tái)，教師在課堂上利用此平臺(tái)進(jìn)行案例教學(xué)，可使學(xué)生將模塊二所學(xué)的各知識(shí)點(diǎn)與實(shí)際應(yīng)用聯(lián)系起來(lái)，有效解決理課堂理論教學(xué)與實(shí)際應(yīng)用脫節(jié)的問(wèn)題，提升學(xué)生的應(yīng)用能力。

案例項(xiàng)目選擇時(shí)要考慮循序漸進(jìn)的原則，第一個(gè)案例可以設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單的應(yīng)用，考慮的知識(shí)點(diǎn)不要太多，給學(xué)生以適應(yīng)的時(shí)間，接下來(lái)的案例可以逐步增加難度。這個(gè)模塊的教學(xué)中教師可以設(shè)計(jì)4個(gè)典型的案例，將單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)步驟和設(shè)計(jì)過(guò)程融入其中，給學(xué)生做詳細(xì)的介紹，通過(guò)這個(gè)模塊的學(xué)習(xí)使學(xué)生在課堂教學(xué)中就能基本掌握單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)流程，充分調(diào)動(dòng)他們的學(xué)習(xí)積極性，變被動(dòng)接受為主動(dòng)學(xué)習(xí)，為進(jìn)一步的實(shí)踐提高

2案例教學(xué)模塊項(xiàng)目安排表

項(xiàng)目名稱　課時(shí)　任務(wù)說(shuō)明　知識(shí)點(diǎn)　開發(fā)平臺(tái)1.節(jié)日彩燈控制器設(shè)計(jì)　3以單片機(jī)為核心，設(shè)計(jì)一個(gè)節(jié)日彩燈控制器，具有啟停和流動(dòng)功能。單片機(jī)最小系統(tǒng)構(gòu)成、信號(hào)引腳、存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)、并口、時(shí)鐘電路、時(shí)序Keil、Protues軟件2.交通燈控制器設(shè)計(jì)　4東西南北方向各一組（紅、黃、綠）指示燈，按主干道每次放行30S，支桿道每次放行15S，每次綠燈變紅燈前黃燈亮4S規(guī)則控制燈的循環(huán)順序亮滅。顯示電路、鍵盤電路的軟硬件設(shè)計(jì)、中斷技術(shù)Keil、Protues軟件3.基于51單片機(jī)的空調(diào)溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)5要求以51單片機(jī)為控制器，通過(guò)溫度傳感器、ADC、LCD、繼電器、壓縮機(jī)和蜂鳴器等構(gòu)成一個(gè)對(duì)室內(nèi)溫度實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)、顯示的空調(diào)溫控系統(tǒng)。溫度采集、顯示電路設(shè)計(jì)、PID算法、定時(shí)/計(jì)數(shù)器應(yīng)用Keil、Protues軟件4.基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制5采用單片機(jī)控制一個(gè)三相單三拍的步進(jìn)電機(jī)工作，步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)、步數(shù)由鍵盤控制，具有鍵盤鎖功能，具有電機(jī)故障報(bào)警功能。步進(jìn)電機(jī)工作原理，鍵盤接口和報(bào)警電路接口的軟硬件設(shè)計(jì)Keil、Protues軟件

2　強(qiáng)化課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，提升學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手能力

《單片機(jī)原理及應(yīng)用》課程設(shè)計(jì)是自動(dòng)化專業(yè)學(xué)生重要的實(shí)踐環(huán)節(jié)，提高課程設(shè)計(jì)的教學(xué)質(zhì)量對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生分析和解決實(shí)際工程問(wèn)題具有重要意義［3］。但由于種種原因，這個(gè)環(huán)節(jié)沒(méi)有發(fā)揮應(yīng)有的作用。

1.課程設(shè)計(jì)學(xué)時(shí)安排不足。目前大綱規(guī)定本課程的教學(xué)實(shí)踐安排1周的時(shí)間，即要求學(xué)生在修好《單片機(jī)原理及應(yīng)用》課程的1周時(shí)間內(nèi)獨(dú)立完成課題的設(shè)計(jì)任務(wù)，在這么短的時(shí)間內(nèi)完成方案論證、PCB布線、電路焊接、電路調(diào)試、撰寫設(shè)計(jì)報(bào)告，其效果可想而知。所以在時(shí)間安排上我們做了調(diào)整，在理論課開課前幾周就將課程設(shè)計(jì)的任務(wù)布置給學(xué)生，讓學(xué)生早做準(zhǔn)備，帶著問(wèn)題聽(tīng)課，這樣邊學(xué)邊做一方面可以提高本課程的理論教學(xué)效果，另一方面給學(xué)生足夠的時(shí)間思考問(wèn)題，避免課程設(shè)計(jì)流于形式應(yīng)付了事。

2.選題形式單一。選題時(shí)通常的做法是，教師根據(jù)大綱要求擬定4-6個(gè)題目供全班學(xué)生選擇，這種被動(dòng)式的選題方式不利于學(xué)生的創(chuàng)造能力的培養(yǎng)，部分同學(xué)可能通過(guò)理論課程的學(xué)習(xí)，找到了自己感興趣的問(wèn)題，而這些問(wèn)題又不再教師擬定的題目當(dāng)中，這對(duì)于學(xué)生創(chuàng)造性和積極性的調(diào)動(dòng)是非常不利的。

考慮以上的因素，我們采用二種方式相結(jié)合的辦法：（1）教師指定課題，說(shuō)明所選課題要實(shí)現(xiàn)的功能，功能可細(xì)分為基本功能和附加功能。基本功能是比較簡(jiǎn)單容易實(shí)現(xiàn)的功能，大部分的學(xué)生都可以完成；附加功能是要發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)新思維，實(shí)現(xiàn)一些比較復(fù)雜的功能。（2）學(xué)生自擬題目，學(xué)生可以根據(jù)自己的興趣來(lái)擬定課程設(shè)計(jì)的題目，然后與指導(dǎo)教師研究討論后確定。這樣的模式讓學(xué)生有更多的選擇性，更有利于培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐和創(chuàng)新能力。

3.由于課時(shí)有限通常課程設(shè)計(jì)是在現(xiàn)成的開發(fā)板上完成的，這樣學(xué)生的主要工作集中在軟件設(shè)計(jì)方面，而對(duì)于器件選型、方案論證、線路焊接等方面的能力鍛煉非常不夠，為了切實(shí)提高學(xué)生的工程設(shè)計(jì)能力、創(chuàng)新思維能力，需要改革這樣的課程設(shè)計(jì)方法。從2010級(jí)學(xué)生開始我們改變了以往的設(shè)計(jì)方法，所有設(shè)計(jì)項(xiàng)目不能在現(xiàn)成開發(fā)板上進(jìn)行，要求學(xué)生完成器件選型及PCB設(shè)計(jì)后，統(tǒng)一采購(gòu)元器件和制版，自己獨(dú)立搭建硬件電路，在此基礎(chǔ)上再完成軟件的設(shè)計(jì)和調(diào)試。從幾屆學(xué)生的設(shè)計(jì)效果來(lái)看，設(shè)計(jì)過(guò)程極大地提高了學(xué)生的實(shí)踐和創(chuàng)新能力。圖1是學(xué)生獨(dú)立完成的基于AT89C51單片機(jī)的超聲波測(cè)距系統(tǒng)設(shè)計(jì)課題的實(shí)物圖。

圖1　基于AT89C51單片機(jī)的超聲波測(cè)距系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)物圖

3結(jié)　論

《單片機(jī)原理及應(yīng)用》是一門理論性和實(shí)踐性都很強(qiáng)的課程，本課程的學(xué)習(xí)可以培養(yǎng)學(xué)生知識(shí)運(yùn)用和協(xié)調(diào)創(chuàng)新能力，提高應(yīng)用型人才培養(yǎng)質(zhì)量。通過(guò)改進(jìn)教學(xué)環(huán)節(jié)和課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，一方面充分激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)單片機(jī)課程的興趣，解決了教與學(xué)的矛盾，變被動(dòng)接受為自主學(xué)習(xí)；另一方面也克服了以往教學(xué)中存在的一些問(wèn)題，為學(xué)生應(yīng)用和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)提供了空間，使學(xué)生在應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)方面的能力得到了很好的訓(xùn)練，并取得了良好的教學(xué)效果。

［1］韓冰，孫抒雨，柳軍，等.“單片機(jī)原理及應(yīng)用”課程教學(xué)研究與探索［J］.工業(yè)與信息化教育，2014（5）56-58.

［2］張法偉，王新環(huán).工程應(yīng)用型自動(dòng)化專業(yè)單片機(jī)教學(xué)改革與實(shí)踐［J］.實(shí)驗(yàn)室科學(xué)與技術(shù)，2013，16（6）：60-62.

［3］胡瑞強(qiáng)，張毅剛，李成偉.單片機(jī)課程設(shè)計(jì)教學(xué)改革探討［J］.實(shí)驗(yàn)科學(xué)與技術(shù)，2010，8（3）：46-49.

［4］陳飛，顧啟民，王偉.基于Proteus和Keil的項(xiàng)目教學(xué)法在單片機(jī)教學(xué)中的應(yīng)用［J］.實(shí)驗(yàn)科學(xué)與技術(shù)，2013，11（5）：48-52.

［5］馬金祥，陳倫瓊.“單片機(jī)課程設(shè)計(jì)”教學(xué)改革探討［J］.常熟工學(xué)院學(xué)報(bào)，2011，24（1）：77-79.

責(zé)任編輯：胡德明

A Research and Discussion on the Application-driven Teaching Method of SCM

Guo Yijun
（School of Mechanical and Electrical Engineering，Huangshan University，Huangshan 245041，China）

As a highly practical course，single-chip microcomputer（SCM）occupies an important position in application-oriented talents training.Based on the problem analysis of the current SCM teaching，this paper puts forward an application-driven SCM teaching method.It is proven by practice that the method can stimulate students’interest in learning SCM and transform passive acceptance to autonomous learning，thereby efficiently combining theoretical teaching and practical application.In the meantime，it can also provide space for students to cultivate their application and innovation ability，thus making students well trained in developing application systems，so the teaching effect is obviously improved.

single-chip microcomputer；teaching method；learning interest；application-oriented

G642

A

1672-447X（2016）03-0113-003

2015-05-22

郭一軍（1977-），浙江蘭溪人，碩士，黃山學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院助教，研究方向?yàn)樽詣?dòng)化技術(shù)應(yīng)用。