王冠凌 陳孟元

安徽工程科技學(xué)院 安徽蕪湖 241000

單片機(jī)系列課程教學(xué)改革在大學(xué)生課外科技活動中的探索*

王冠凌 陳孟元

安徽工程科技學(xué)院 安徽蕪湖 241000

單片機(jī)原理及應(yīng)用課程是一門與實踐結(jié)合緊密的課程,在教學(xué)中存在一些教學(xué)難點(diǎn)。本文針對當(dāng)前單片機(jī)教學(xué)過程中的現(xiàn)狀和存在的問題,結(jié)合教學(xué)實踐,提出了單片機(jī)理論教學(xué)改革和實驗教學(xué)改革的方案和措施,以更好地培養(yǎng)學(xué)生的硬件、軟件設(shè)計能力,適應(yīng)創(chuàng)新型人才體系教育的需要。

單片機(jī)；教學(xué)改革；實踐

單片機(jī)原理及應(yīng)用是自動化、電子信息、計算機(jī)、測控等專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課, 也是一門實踐性很強(qiáng)的課程，許多學(xué)校及教師都在探索提高該課程教學(xué)效果的方法。由于該課程的實踐性很強(qiáng)，安徽工程科技學(xué)院電氣工程系單片機(jī)系列課程教學(xué)團(tuán)隊在教學(xué)當(dāng)中始終堅持與實踐緊密結(jié)合，即理論教學(xué)與實驗、各類課外科技競賽以及與學(xué)生實際能力相適應(yīng)的科研相結(jié)合，運(yùn)用多媒體、網(wǎng)絡(luò)和雙語等多種教學(xué)手段，及時地將單片機(jī)發(fā)展的最新技術(shù)和教師的科研成果融于教學(xué)內(nèi)容中去。經(jīng)過多年來的培養(yǎng)，單片機(jī)系列課程教學(xué)團(tuán)隊中一批業(yè)務(wù)能力強(qiáng)、敬業(yè)愛崗的教師積極投入教學(xué)研究和教學(xué)改革中，指導(dǎo)多名學(xué)生參加多屆全國“挑戰(zhàn)杯”大學(xué)生課外科技作品競賽和全國電子設(shè)計競賽，獲得了較好的成績。

一、單片機(jī)系列課程的結(jié)構(gòu)、內(nèi)容的優(yōu)化整合

通過多年來的努力，該課程系列已構(gòu)成從授課、答疑、實踐環(huán)節(jié)(包括：實驗、課程設(shè)計、綜合實驗)等完整的教學(xué)體系，保證該課程的教學(xué)質(zhì)量。完成了單片機(jī)系列課程(單片機(jī)原理及應(yīng)用、智能儀器及接口技術(shù)、計算機(jī)接口技術(shù)、計算機(jī)控制技術(shù))的建設(shè),根據(jù)專業(yè)不同制定了專業(yè)發(fā)展規(guī)劃和課程教學(xué)大綱。單片機(jī)實驗內(nèi)容修改多次，重新編寫了單片機(jī)原理及應(yīng)用實驗指導(dǎo)書,制定并已實施了：單片機(jī)原理考核方法、單片機(jī)實驗考試制度細(xì)則、實驗考核卡、實驗預(yù)習(xí)報告的要求及實驗報告的要求等實驗教學(xué)管理文件及制度。為出色完成畢業(yè)設(shè)計奠定了較好的基礎(chǔ)，通過對學(xué)生綜合能力的培養(yǎng),為學(xué)生就業(yè)直至學(xué)生能很快適應(yīng)工作崗位起到了至關(guān)重要的作用。通過課程建設(shè),單片機(jī)原理及應(yīng)用已于2007年批準(zhǔn)為安徽省省級精品課程。

二、教學(xué)方法與教學(xué)手段的改革

1.嘗試教學(xué)實踐與創(chuàng)新實踐的緊密結(jié)合

在教學(xué)當(dāng)中始終堅持與實踐緊密結(jié)合：即把實驗、大學(xué)生課外科技活動、各類競賽和培養(yǎng)學(xué)生實際能力相結(jié)合，將單片機(jī)最新的技術(shù)、發(fā)展和教師的科研成果溶于教學(xué)內(nèi)容中去。

采取部分開放的實踐教學(xué)模式的試點(diǎn)，在時間、內(nèi)容、儀器設(shè)備、教學(xué)形式等方面給學(xué)生空間。在學(xué)習(xí)的過程中，學(xué)生在開放實驗室中進(jìn)行了指令學(xué)習(xí)和鞏固。也逐步學(xué)會單步、斷點(diǎn)、全速運(yùn)行的調(diào)試方法和排除故障能力，并能使用寄存器窗口、存儲器窗口等仿真器的功能，分析各種實驗現(xiàn)象。在教學(xué)實踐的基礎(chǔ)上，開展形式靈活、面向不同年級學(xué)生、連續(xù)不間斷地創(chuàng)新實踐，如組織電子協(xié)會進(jìn)行課外科技創(chuàng)新活動，以多層面學(xué)生為對象與專業(yè)技術(shù)相結(jié)合的創(chuàng)新項目活動、組織培訓(xùn)學(xué)生參加全國、省大學(xué)生電子設(shè)計競賽等。已舉辦五屆“瑞德杯”單片機(jī)競賽、參加多屆以單片機(jī)技術(shù)為主的全國、全省大學(xué)生電子設(shè)計競賽、全國大學(xué)生“挑戰(zhàn)杯”競賽，取得了良好成績。

2.多媒體教學(xué)和網(wǎng)絡(luò)教學(xué)

課堂教學(xué)使用多媒體教室,傳統(tǒng)教學(xué)手段和網(wǎng)絡(luò)化輔助教學(xué)手段相結(jié)和,采用多媒體電子教案、程序案例和網(wǎng)上教學(xué)資源。多媒體教學(xué)方法的使用,豐富了講述的方法。使復(fù)雜枯燥的原理內(nèi)容，變得生動，從多角度多側(cè)面分析問題，效果顯著。多媒體教學(xué)的充分使用,加大了課堂教學(xué)的信息量,溝通了教師和學(xué)生的交流,使得資源共享，效率大大提高，并有效地調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，學(xué)生的自學(xué)能力得到提高。

為了使學(xué)生了解、熟悉、掌握單片機(jī)技術(shù)的現(xiàn)狀、發(fā)展方向，通過布置大作業(yè)的方式，鼓勵學(xué)生在已掌握知識的基礎(chǔ)上，通過查閱參考資料和網(wǎng)絡(luò)資源，盡可能的使用新技術(shù)、新型的芯片。

3.雙語教學(xué)

近些年來，科技發(fā)展日新月異，知識更新速度加快，互聯(lián)網(wǎng)提供了更為自由與寬廣的知識獲取途徑，可以直接為學(xué)生提供與單片機(jī)課程相關(guān)的外文資料，學(xué)生利用互聯(lián)網(wǎng)去搜索外文信息，作為課程知識的補(bǔ)充材料，這樣學(xué)生不僅可以直接了解國外單片機(jī)技術(shù)的最新動態(tài)，更主要地是教給學(xué)生一種自主學(xué)習(xí)的態(tài)度與查閱外文技能。我們已在電子信息工程、電子信息科學(xué)與技術(shù)和通信工程專業(yè)進(jìn)行單片機(jī)課程的雙語教學(xué)試點(diǎn),雙語教學(xué)的方法是使用英文自編教材,教師板書以英語為主,講授以漢語為主,內(nèi)容以英語講解。

三、重視實踐性教學(xué)環(huán)節(jié),改善實驗條件

學(xué)校加大對實驗設(shè)備的投入,大大改善了實踐性教學(xué)環(huán)境,為單片機(jī)原理及應(yīng)用及相關(guān)課程的教學(xué)改革打下了良好的基礎(chǔ),設(shè)備在原來22臺(DP51)的基礎(chǔ)上增加了24臺(DP51-PRO),由原來的兩人1組增加為1人1組；學(xué)生利用生產(chǎn)實習(xí)制作的幾十套信號源、多種實驗板還可以完成多個開放性實驗和單片機(jī)相關(guān)的課程設(shè)計,隨著新的培養(yǎng)計劃的實施,電氣系各專業(yè)學(xué)生在大四開展了綜合性大實驗,在這個過程中制作不同的實驗板,學(xué)生一方面得到工程實踐的實際鍛煉，另一方面制作的實驗板為下一屆正在學(xué)單片機(jī)的學(xué)生做開放性實驗提供了一些條件。具體方法是：

1.加強(qiáng)課程設(shè)計環(huán)節(jié)

課程設(shè)計是一個提高綜合應(yīng)用能力的重要環(huán)節(jié)。它注重鍛煉學(xué)生分析問題和解決問題的能力，課程設(shè)計的過程就是系統(tǒng)地完成一個小系統(tǒng)從硬件設(shè)計、軟件設(shè)計、匯編、模擬仿真調(diào)試、直至脫機(jī)運(yùn)行等開發(fā)全過程。讓學(xué)生掌握單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計的方法和過程，能初步掌握單片機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計方法。在DP-51實驗儀上仿真調(diào)試，并與下載軟件DPFLASH配合，學(xué)習(xí)編程器的基本用法，如類型選擇、廠家選擇、器件選擇、讀入、編程、擦除等操作。這種建立在應(yīng)用系統(tǒng)上的逐步擴(kuò)展、循環(huán)上升的教學(xué)方法目的非常明確，就是利用單片機(jī)完成相應(yīng)的控制要求。這有助于學(xué)生建立系統(tǒng)概念，形成獨(dú)立開發(fā)與應(yīng)用能力。

2.多種教學(xué)手段的應(yīng)用(注重第二課堂的訓(xùn)練)

在注重課堂教學(xué)的同時，課外組織學(xué)生成立單片機(jī)興趣小組。運(yùn)用DP-51的更高級資源:如Flash器件AT29C040A,CAN控制器SJA1000,CAN收發(fā)器TJA1050T,USB器件PDIUSBD12,CPLD器件XC9572等,在創(chuàng)新實驗室指導(dǎo)學(xué)生開發(fā)、研制一些感興趣或?qū)嵱玫男‘a(chǎn)品，積極參加電子競賽和挑戰(zhàn)杯大賽。這樣做一方面有利于鞏固理論知識，縮短從理論到實際應(yīng)用的過程；另一方面可使學(xué)生產(chǎn)生一種創(chuàng)業(yè)成就感，有利于培養(yǎng)他們的學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)其創(chuàng)新意識，提高實際應(yīng)用能力。

3.綜合性實驗

根據(jù)新的培養(yǎng)方案，為了提高學(xué)生科研動手能力，在第8學(xué)期開設(shè)專業(yè)綜合大實驗，時間為4周，內(nèi)容是學(xué)生選定一個科研小課題，首先進(jìn)行電路設(shè)計，再焊接元器件，最后，調(diào)試程序，完成小課題。具體步驟為：

(1)向?qū)W生提出具體的控制要求，讓學(xué)生自己完成硬件設(shè)計和軟件編程。

(2)采用PROTEL畫圖。

(3)采用印刷電路制板機(jī)制作硬件電路。

(4)實驗板的焊接。

(5)對實驗板仿真調(diào)試，學(xué)習(xí)編程器的基本用法，如類型選擇、廠家選擇、器件選擇、讀入、編程、擦除等操作。

(6)軟、硬件調(diào)試結(jié)束后，脫機(jī)運(yùn)行。

通過這些教改項目及措施,改善了學(xué)生實驗條件、提高了實驗的質(zhì)量、大大提高了學(xué)生動手能力的培養(yǎng),增強(qiáng)了學(xué)生對實驗的興趣和自信心；完善了實驗管理制度,從制度上對實驗質(zhì)量進(jìn)行科學(xué)評價；針對現(xiàn)有設(shè)備的技術(shù)改造,利用有限的資金,改善了學(xué)生的實驗條件、提高了設(shè)備的利用率,更新了實驗內(nèi)容,完成從驗證性實驗到設(shè)計性和探索性實驗的過渡。

四、探索中形成的特色成果

第一，基于本校“深度融合地方經(jīng)濟(jì)，著力打造安徽省工程技術(shù)人才培養(yǎng)基地，積極主動為地方經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會發(fā)展服務(wù)”的辦學(xué)定位，在教學(xué)中特別注重學(xué)生動手實踐能力的培養(yǎng)。單片機(jī)原理及應(yīng)用是電類及相近專業(yè)基礎(chǔ)課程，具有鮮明的實踐性和技術(shù)性的特點(diǎn)。老師結(jié)合科研進(jìn)行理論教學(xué)，將科研成果及工程實際適當(dāng)引入課堂，使理論緊密聯(lián)系生產(chǎn)實際，學(xué)生反映普遍較好。課程設(shè)置相應(yīng)的實驗和課程設(shè)計，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和動手實踐能力，使學(xué)生受到用人單位的普遍歡迎。

第二，將傳統(tǒng)的“課程設(shè)計”變?yōu)椤靶】蒲许椖俊?。增?qiáng)動手能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，突出了課程實踐性和技術(shù)性的特點(diǎn)，采取項目教學(xué)法授課。編寫了單片機(jī)原理與應(yīng)用系列課程、“綜合性大實驗”等項目研究大綱、單片機(jī)原理與應(yīng)用系列課程及“綜合性大實驗”的指導(dǎo)書。在項目大綱和指導(dǎo)書中，搜集了一些既能緊密結(jié)合單片機(jī)理論知識，又能貼近生活實際、學(xué)生感興趣的素材作為項目研究內(nèi)容，并將這些素材編排成一個個科研小課題，合理選題，精心安排。在制作工藝、技術(shù)指標(biāo)等方面都提出了具體考核要求。學(xué)生們已在部分課程設(shè)計題目和綜合大實驗中成功地制作出了電子作品，收到了良好的教學(xué)效果。

第三，將傳統(tǒng)的“先理論講授，后實驗驗證”的教學(xué)方式變?yōu)椤斑呏v理論,邊實驗”的教學(xué)方式,解決了理論與實驗不同步、學(xué)生學(xué)習(xí)效率低的問題。把世界上流行的“行為教學(xué)法”引入到單片機(jī)教學(xué)中來,采取“干中學(xué)”的教學(xué)方法,具有鮮明的教育特色。

第四，教學(xué)與大學(xué)生課外科技活動、各類競賽以及與學(xué)生實際能力相適應(yīng)的科研相結(jié)合，在教學(xué)實踐的基礎(chǔ)上，開展形式靈活、面向不同年級學(xué)生、連續(xù)不間斷地創(chuàng)新實踐，如組織電子協(xié)會進(jìn)行課外科技創(chuàng)新活動，以多層面學(xué)生為對象的創(chuàng)意競賽、與專業(yè)技術(shù)相結(jié)合的創(chuàng)新項目活動、組織培訓(xùn)學(xué)生參加全國、省大學(xué)生電子設(shè)計競賽等。讓學(xué)生通過制作電子作品，加深對理論的理解；通過制作找到自己學(xué)習(xí)的目標(biāo)；通過制作把被動的學(xué)習(xí)變成積極主動的學(xué)習(xí)，取得了很好的教學(xué)效果。兩年來，學(xué)生制作了大量的基于單片機(jī)控制的電子作品，作品的數(shù)量之多，學(xué)生感興趣的程度之大，參與人數(shù)之多，大大超過了以往。已成功舉辦了5屆“瑞德杯”單片機(jī)競賽、參加多屆以單片機(jī)技術(shù)為主的全國、全省大學(xué)生電子設(shè)計競賽，全國大學(xué)生“挑戰(zhàn)杯”競賽，都取得良好成績。

五、結(jié)束語

隨著計算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)的發(fā)展，單片機(jī)技術(shù)在智能儀器儀表、智能傳感器、數(shù)據(jù)采集與處理、家電、計算機(jī)控制系統(tǒng)等領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。特別是近幾年單片機(jī)從概念到技術(shù)、結(jié)構(gòu)發(fā)生了很大的變化，其性能與功能跟過去無法相比，使其應(yīng)用越來越廣、技術(shù)也越來越成熟。同時國家為了鼓勵、提倡大學(xué)生動手能力的鍛煉與培養(yǎng)，適應(yīng)社會發(fā)展的需要，設(shè)立了各種國家級的競賽活動，在這些競賽中單片機(jī)技術(shù)的應(yīng)用占有重要的地位。因此，在教學(xué)中注重學(xué)生動手和實踐能力的培養(yǎng)顯得尤為重要，通過畢業(yè)生反饋回的信息，近年來我校很多畢業(yè)的學(xué)生都從事有關(guān)單片機(jī)技術(shù)的開發(fā)與研究工作，學(xué)生進(jìn)入工作崗位后上手較快，受到用人單位的普遍歡迎。

[1]郎朗,江明,王冠凌，等.單片機(jī)課程實驗教學(xué)的研究與探討[J].中國現(xiàn)代教育裝備, 2006，6:28～30

[2]孫新柱,陳躍東.電力拖動控制系統(tǒng)課程教學(xué)改革探索[J].信息科技,2009，25:7

[3]王超,遲耀丹,王蓉暉，等.從大學(xué)生電子設(shè)計競賽談高校青年教師實踐能力的培養(yǎng)[J].吉林師范大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2008，2:117～119

MCU series teaching reform to explore college students scientif c and technological activities

Wang Guanling,Chen Mengyuan
Anhui university of science & technology,Wuhu,241000,China

The principle and application of MCU is acour se which is combined with practice closely and there are some difficulties in both teaching and learning. According to the current situation on the teaching and experiment of single-chip microcomputer, this paper analyzed some problem existed in the process of teaching and experiment, then, binding with some practice, some program about the reform in the teaching and experiment were brought forward for the sake of cultivating students’s innovative spirit and ability on system design.

MCU；teaching；practice

2009-10-27

王冠凌，在讀研究生，工程師。

*本文獲安徽省教育廳重點(diǎn)教學(xué)研究項目2008jyxm071資助。安徽省教育廳教學(xué)研究項目2008jyxm284資助。2009年安徽省《電力拖動控制系統(tǒng)》精品課程資助。