試析在單片機課程中工學(xué)結合教學(xué)法的改革

　　論文摘要：?jiǎn)纹瑱C技術(shù)是當前社會(huì )較為流行和熱門(mén)的技術(shù)之一，社會(huì )對硬件設計工程師的需求增長(cháng)相當迅速，該課程的重要性也越來(lái)越明顯。本文根據工學(xué)結合教學(xué)法在單片機課程中應用方式進(jìn)行分析，探討教學(xué)改革的效果。

　　論文關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C；教學(xué)改革；工學(xué)結合

　　一、單片機技術(shù)教學(xué)發(fā)展概述

　　單片機技術(shù)是現代電子工程領(lǐng)域一門(mén)迅速發(fā)展的技術(shù)，應用于各種嵌入式系統中。單片機技術(shù)的發(fā)展極大地推動(dòng)了電子工業(yè)的發(fā)展，無(wú)論在教育界還是在產(chǎn)業(yè)界，單片機技術(shù)的推廣仍然是一個(gè)熱點(diǎn)。建立開(kāi)放式的實(shí)驗室管理模式單片機實(shí)驗室應實(shí)行開(kāi)放式管理，在不影響正常實(shí)驗教學(xué)任務(wù)的前提下，面向全校學(xué)生，在課余時(shí)間向學(xué)生提供實(shí)驗所需要的場(chǎng)所、儀器設備等。開(kāi)放范圍除了實(shí)驗開(kāi)放項目、課程設計外，也包括學(xué)生興趣愛(ài)好、第二課堂活動(dòng)、創(chuàng )新活動(dòng)等。開(kāi)放性實(shí)驗管理模式是在注重知識、能力和素質(zhì)協(xié)調發(fā)展的同時(shí)，貫徹因材施教、注重個(gè)性培養的教學(xué)原則，目的是激發(fā)學(xué)生的學(xué)習興趣和熱情。
　　目前，各個(gè)高校都建立了單片機實(shí)驗室，但是很多學(xué)校的實(shí)驗教學(xué)現狀卻不容樂(lè )觀(guān)。就我院而言，主要存在以下問(wèn)題：（一）實(shí)驗場(chǎng)地和時(shí)間不足。學(xué)生除了上實(shí)驗課外，平時(shí)難得有機會(huì )實(shí)踐；（二）以驗證性實(shí)驗為主。實(shí)驗室所配備的實(shí)驗箱只能滿(mǎn)足驗證性實(shí)驗的要求。由于實(shí)驗箱是成品，學(xué)生很難參與到其中的細節設計中去，學(xué)生的實(shí)踐能力很難得到鍛煉和提高，學(xué)生也很難建立起單片機系統開(kāi)發(fā)的整體概念。并且，這種實(shí)驗設備的配置方式局限了實(shí)驗項目數量，還存在設備維護工作量大的現實(shí)問(wèn)題；（三）由于實(shí)驗設備僅適用于某一系列的單片機，若開(kāi)設新的單片機課程，則需要重新配置實(shí)驗設備，增加了學(xué)校的投入。
　　在實(shí)施過(guò)程中，要注意實(shí)驗內容不應與教學(xué)計劃及教學(xué)大綱所規定的實(shí)驗教學(xué)內容相重復，應屬于課程教學(xué)內容的拓展性實(shí)驗；還要注意綜合性和針對性，強化基礎，拓寬知識覆蓋面，注重培養知識的綜合運用能力。要根據科技的發(fā)展及其實(shí)際應用，結合實(shí)際工作，加強對學(xué)生科學(xué)研究思維和建立工程概念的訓練，培養學(xué)生的創(chuàng )新能力和動(dòng)手能力。開(kāi)放性實(shí)驗的組織中要突出學(xué)生的自主性，要全方位體現以學(xué)生為主體的自主式學(xué)習方式。在實(shí)驗方案設計、操作、實(shí)驗結果的分析處理等方面最大限度地發(fā)揮學(xué)生的主體作用，教師布置任務(wù)、講解及指導等要點(diǎn)到為止，留有余地，給學(xué)生獨立思考、獨立操作、獨立分析、獨立解決問(wèn)題的空間，充分調動(dòng)學(xué)生的積極性和主動(dòng)性。

　　二、改革中單片機教學(xué)內容和方法

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　　傳統的單片機課程教材一般是以單片機的結構和各模塊的使用為核心進(jìn)行編寫(xiě)的。這樣的教材詳細的解析了單片機的結構和各種功能，有利于學(xué)生全面掌握單片機的理論知識。但是對于高職的學(xué)生來(lái)講這樣的教材是不合適的。結合項目化課程改革，單片機課程的教材必須進(jìn)行改進(jìn)，以工作任務(wù)為主線(xiàn)，有機的組織理論和實(shí)踐知識的學(xué)習。新教材應該擯棄原來(lái)的章節概念，代之以一個(gè)個(gè)項目和模塊，將整個(gè)理論體系進(jìn)行有機的、覆蓋性的分解后融入項目和模塊的實(shí)現過(guò)程中。在每一個(gè)項目或模塊的編寫(xiě)中，應勾勒出本項目所涉及的理論基礎，以方便教師組織學(xué)生進(jìn)行必要的理論準備。同時(shí)要給學(xué)生提出基本要求和提高要求，使得學(xué)生在完成基本的教學(xué)任務(wù)的同時(shí)擁有自主學(xué)習、自主創(chuàng )新的空間，方便學(xué)有余力的學(xué)生進(jìn)一步提高自己。所有的項目應該秉承由簡(jiǎn)入深的原則，通過(guò)漸進(jìn)的學(xué)習逐步的提高和完善學(xué)生的知識面。
　�。ǘ�）教學(xué)方法的改革
　　在傳統的教學(xué)模式中，都是按照單片機的結構體系來(lái)授課的，存在很多問(wèn)題。如單片機系統結構抽象，指令功能多，程序編寫(xiě)困難等，使學(xué)生入門(mén)學(xué)習望而生畏，嚴重挫傷了學(xué)習興趣和熱情。為了解決這些問(wèn)題，必須進(jìn)行教學(xué)模式改革，引入了項目教學(xué)法、案例教學(xué)法等教學(xué)方法。興趣是最好的老師。在第一次課的緒論中，除了簡(jiǎn)要列舉大量圖文并茂的應用案例外，還把“新穎60秒LED旋轉電子鐘”、“高精度程控函數信號發(fā)生器”等作品的實(shí)物，帶進(jìn)教室，并簡(jiǎn)要介紹它們的工作原理及應用，創(chuàng )建一個(gè)“學(xué)習《單片機原理及應用》不但有用而且有趣”的情景，從而激發(fā)同學(xué)們的學(xué)習興趣。
　　壓力是最大的動(dòng)力。此處的壓力有多層含義：1、責任感的壓力，學(xué)好《單片機原理及應用》是工業(yè)技術(shù)改造和經(jīng)濟建設的需要，是我們青年人的責任；2、就業(yè)的壓力，學(xué)好該課程是就業(yè)的需要，掌握單片機技術(shù)，可以大大拓展就業(yè)機會(huì )；3、考核的壓力，即學(xué)期末每個(gè)同學(xué)除了常規的筆試、實(shí)驗和平時(shí)作業(yè)外，還有一個(gè)5000字以上獨立完成的“單片機應用系統設計”，短學(xué)期要完成“新穎60秒LED旋轉電子鐘”或“高精度程控函數信號發(fā)生器”等課程設計。以項目任務(wù)為教學(xué)單元，打破原有界限，不管硬件結構、指令、編程的先后順序，將各部份知識分解成一個(gè)個(gè)知識點(diǎn)，為了完成一個(gè)項目任務(wù)抽取每個(gè)部份的不同知識點(diǎn)，加以組合，完成第一個(gè)項目任務(wù)就能清楚單片機的開(kāi)發(fā)過(guò)程，完成第二、三個(gè)項目任務(wù)，就能自已模仿性地編出自已的程序，使得學(xué)習過(guò)程是一個(gè)不斷成功地完成基礎上任務(wù)的過(guò)程。當所有項目任務(wù)全部完成，知識點(diǎn)就全學(xué)完了。即便只完成部份項目任務(wù)，也可以去做一些程序了——事實(shí)并沒(méi)有必要學(xué)完全部知識才可以去做開(kāi)發(fā)的。

　　選取大量直接來(lái)自于工程實(shí)際，自己親自實(shí)踐過(guò)的應用案例，激發(fā)學(xué)生的求知欲。利用網(wǎng)絡(luò )開(kāi)展自主學(xué)習:為充分發(fā)揮校園網(wǎng)的優(yōu)勢，培養學(xué)生自主學(xué)習的能力，我們把課程教學(xué)大綱、電子教案、教師精心制作的教學(xué)課件等教學(xué)資源上網(wǎng)供學(xué)生自學(xué)，并利用電子郵件、系網(wǎng)站的交流園地與學(xué)生進(jìn)行課外交流，為學(xué)生答疑解惑，為學(xué)生提供了更為廣泛的溝通渠道與環(huán)境。不斷根據企業(yè)需要來(lái)調整教學(xué)大綱:單片機技術(shù)在不斷發(fā)展，其應用也在不斷的變革，市場(chǎng)的需求就是企業(yè)的需求，也是我們培養學(xué)生的需求，為此我們要根據這些變化的需求來(lái)調整教學(xué)大綱，培養具有企業(yè)需求的技能學(xué)生，提高學(xué)生的就業(yè)技能。
　�。ㄈ�）考核方式的改革
　　傳統教學(xué)注重知識和理論的學(xué)習，考核以期末閉卷理論考核為主。高職教育在保證新知識傳授和理論系統性的同時(shí)，特別強調職業(yè)技能的訓練，考核的內容和方式要“以能力的考核為中心”作相應改革。這就是能力與知識、操作與理論并重的考核模式。因此，在傳統的期末閉卷筆試考核基礎上，我們增加了“操作考核”的項目,并且將學(xué)生的課外小制作也納入平時(shí)成績(jì)。

　　三、開(kāi)設大型綜合設計實(shí)驗，培養學(xué)生的創(chuàng )新能力

　　大型綜合的設計實(shí)驗需要在學(xué)生完成基礎實(shí)驗之后視學(xué)生掌握程度而開(kāi)設，這個(gè)環(huán)節在整個(gè)單片機教學(xué)中非常重要，只有經(jīng)過(guò)完整的項目訓練，學(xué)生才會(huì )建立起完整的系統的概念。學(xué)生需要根據設計任務(wù)書(shū)上的要求（包括軟硬件的資源配置、實(shí)驗要求達到的效果）進(jìn)行設計實(shí)驗。這樣的訓練可以將科技方法的訓練、機電綜合設計、創(chuàng )新設計及畢業(yè)設計等實(shí)踐內容融合到大型綜合設計實(shí)驗項目中，使原來(lái)分散的小規模設計和訓練集成為一個(gè)大型的系統設計項目，從而培養學(xué)生的創(chuàng )新能力。此外，在單片機實(shí)驗開(kāi)發(fā)的基礎上，在學(xué)生參與下開(kāi)發(fā)一些應用板，組成機電一體化的實(shí)驗平臺，如我院已經(jīng)開(kāi)發(fā)出的步進(jìn)電機的單片機控制實(shí)驗平臺。這些訓練可以使學(xué)生更加熟悉單片機的組成、工作原理、程序開(kāi)發(fā)、系統的擴展。更重要的是，學(xué)生可以積累自己實(shí)踐的經(jīng)驗，增強工程意識，為將來(lái)順利進(jìn)入實(shí)際的工程環(huán)境打下堅實(shí)的基礎。
　　用戶(hù)還可以建立新的元器件模型。對于MCS-51系列單片機而言，Proteus還能夠與Keilc51集成環(huán)境實(shí)現聯(lián)機同步調試。而Keil是德國開(kāi)發(fā)的一個(gè)51單片機開(kāi)發(fā)軟件平臺，是目前應用最廣泛的、最重要的單片機開(kāi)發(fā)平臺。它的界面簡(jiǎn)單，操作容易。Keil的uVision2可以進(jìn)行純粹的軟件仿真，也可以利用硬件仿真器，搭接上單片機硬件電路，在仿真器中載入項目程序后進(jìn)行實(shí)時(shí)仿真。此外，還可以使用KeilMonitor-51在不需要額外硬件仿真器的條件下，搭接單片機硬件系統對項目程序進(jìn)行實(shí)時(shí)仿真。uVision調試器的調試功能也很豐富，具有常規源極調試、符號特性調試、歷史跟蹤，代碼覆蓋，復雜斷點(diǎn)等功能。構建虛擬實(shí)驗室主要是利用Proteus進(jìn)行硬件電路的設計，用Keil進(jìn)行軟件設計。硬件電路的設計主要有兩個(gè)方面：系統擴展（包括ROM、RAM、I/O口、定時(shí)器等功能單元的擴展）和系統的配置（即根據系統的要求進(jìn)行外圍設備的配置，如鍵盤(pán)、顯示器、A/D轉換器、D/A轉換器、打印機等的接口電路的設計），通過(guò)該軟件的使用，可以使學(xué)生掌握硬件電路的設計方法。軟件設計主要是應用程序的編制、調試，使學(xué)生掌握軟件開(kāi)發(fā)的步驟、方法和技巧。而軟硬件的設計完成之后，還需要進(jìn)行系統的總調，將這兩大執行環(huán)境組合起來(lái)構成聯(lián)合的仿真系統，其中，KEIL作為軟件的調試界面，而Proteus作為硬件的仿真和調試界面。這樣，就可以像仿真器一樣調試程序了。

　　四、結束語(yǔ)

　　作為一門(mén)硬件設計的專(zhuān)業(yè)課程，就必須突出“三重”原則：重基礎、重能力、重應用。以培養單片機技術(shù)綜合應用能力為目標，選擇能代表專(zhuān)業(yè)特色的單片機綜合應用訓練項目，將需要具備的綜合能力分解成各項基本能力，圍繞基本能力訓練項目，依照認知規律構建訓練模塊。

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