楊俊起

河南理工大學(xué) 河南焦作 454003

單片機(jī)課程實(shí)踐能力培養(yǎng)研究與探索*

楊俊起

河南理工大學(xué) 河南焦作 454003

本文通過(guò)分析單片機(jī)教學(xué)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的常見(jiàn)問(wèn)題，包括學(xué)生動(dòng)手能力不強(qiáng)，學(xué)習(xí)興趣不濃，對(duì)實(shí)際問(wèn)題不求甚解等，發(fā)掘出產(chǎn)生這些常見(jiàn)問(wèn)題的原因，并提出了建議性的解決方法，包括對(duì)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ?、課程實(shí)踐環(huán)節(jié)等方面進(jìn)行改革。通過(guò)教學(xué)實(shí)踐，證明了這些解決方法能達(dá)到良好的教學(xué)效果，較好地提高了學(xué)生的單片機(jī)實(shí)踐能力。

單片機(jī)；實(shí)踐能力；教學(xué)改革；Proteus

單片機(jī)原理及其應(yīng)用是高等學(xué)校電氣電子，信息及自動(dòng)化專業(yè)的一門(mén)核心課程，其應(yīng)用范圍涉及工業(yè)測(cè)控、智能儀器儀表、日用家電、個(gè)人信息終端及通信產(chǎn)品等領(lǐng)域。已經(jīng)成為現(xiàn)代電子系統(tǒng)中重要的智能化核心部件之一，在全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽等一系列電子設(shè)計(jì)賽事中被廣泛應(yīng)用。因此，單片機(jī)課程的教學(xué)就顯得極為重要。但由于單片機(jī)與實(shí)際生活聯(lián)系緊密，使用頻率極高，所以要求學(xué)生學(xué)習(xí)單片機(jī)課程后，能有較強(qiáng)的動(dòng)手能力和實(shí)踐應(yīng)用能力。

一、單片機(jī)教學(xué)過(guò)程中存在的問(wèn)題

在長(zhǎng)期的單片機(jī)課堂教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)學(xué)生在學(xué)習(xí)的過(guò)程中大都存在以下方面的問(wèn)題：

1.絕大多數(shù)學(xué)生動(dòng)手能力不強(qiáng)

動(dòng)手能力好一點(diǎn)的只是極少一部分，通過(guò)對(duì)單片機(jī)的學(xué)習(xí)，他們可以構(gòu)建簡(jiǎn)單的單片機(jī)外圍電路，形成具有一定功能的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)，而這些學(xué)生在課下都傾注了大量的時(shí)間和精力才得到現(xiàn)在的效果，大多是在大一、大二時(shí)自學(xué)過(guò)電路、電子和微型計(jì)算機(jī)原理,并在隨后開(kāi)課時(shí)認(rèn)真學(xué)習(xí)過(guò)的。而大多數(shù)學(xué)生只是為了考試通過(guò)，死記知識(shí)或者是對(duì)知識(shí)有了一定的理解,但是從沒(méi)有動(dòng)手實(shí)踐過(guò),哪怕是最簡(jiǎn)單的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng),沒(méi)有達(dá)到學(xué)習(xí)單片機(jī)的實(shí)際應(yīng)用效果。

2.一部分學(xué)生對(duì)單片機(jī)的學(xué)習(xí)缺乏興趣

單片機(jī)課程從了解器件內(nèi)部結(jié)構(gòu)和指令開(kāi)始，而對(duì)器件內(nèi)部結(jié)構(gòu)和指令的學(xué)習(xí)過(guò)程，需要記憶大量的引腳信息和功能，引腳位置和應(yīng)用的場(chǎng)合。MCS-51單片機(jī)經(jīng)常使用的指令條數(shù)有111條，記住其中常用指令的應(yīng)用特點(diǎn)，各條指令之間的關(guān)系和區(qū)別，而這個(gè)學(xué)習(xí)記憶的過(guò)程是十分枯燥的。盡管在課堂上教師通過(guò)Proteus和Wave等單片機(jī)仿真軟件，從器件的選擇到對(duì)一些實(shí)際小系統(tǒng)的分析，再到程序的編制與實(shí)現(xiàn)，進(jìn)行了詳細(xì)的演示，多數(shù)學(xué)生當(dāng)時(shí)覺(jué)得很有趣，也很簡(jiǎn)單，但這些也只是教師在講的時(shí)候，從他們的大腦中短暫溜過(guò)，一旦到了課下，真到了自己動(dòng)手去做的時(shí)候就覺(jué)得很難，并且在做的過(guò)程中很可能會(huì)遇到很多這樣那樣的意想不到的問(wèn)題，所以真到做的時(shí)候就又不想做了，從而對(duì)理論的學(xué)習(xí)缺乏實(shí)踐驗(yàn)證，慢慢就喪失了對(duì)單片機(jī)的學(xué)習(xí)興趣。

3.對(duì)實(shí)際應(yīng)用方面的問(wèn)題不求甚解

單片機(jī)的實(shí)際應(yīng)用范圍很廣，牽涉到生活的方方面面，學(xué)生在生活中可以很容易遇到與單片機(jī)應(yīng)用相關(guān)的實(shí)際問(wèn)題。通過(guò)單片機(jī)仿真訓(xùn)練等實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)，給定一個(gè)訓(xùn)練題目，學(xué)生也知道從參考書(shū)、網(wǎng)絡(luò)等資源查找相應(yīng)的實(shí)現(xiàn)方案和現(xiàn)成的源程序，但大多情況下查到的是不能夠直接用的，需要進(jìn)行修改，由于對(duì)理論知識(shí)掌握的不好或缺乏單片機(jī)學(xué)習(xí)興趣，當(dāng)學(xué)生遇到實(shí)際問(wèn)題的時(shí)候，很少會(huì)自己想辦法或與別人討論后自己解決，一部分同學(xué)就交給單片機(jī)掌握較好的同學(xué)或直接讓教師而自己不去思考、動(dòng)手。這就造成了實(shí)際應(yīng)用方面和學(xué)習(xí)的理論知識(shí)嚴(yán)重脫離，導(dǎo)致學(xué)生覺(jué)得單片機(jī)學(xué)習(xí)枯燥、無(wú)味，對(duì)問(wèn)題不求甚解，所以就只求最后到期終考試的時(shí)候能通過(guò)就行。

二、產(chǎn)生這些問(wèn)題的潛在因素

學(xué)生在單片機(jī)課程和實(shí)踐環(huán)節(jié)的學(xué)習(xí)過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)上述問(wèn)題，總的來(lái)說(shuō)，其原因有以下幾個(gè)：

1.單片機(jī)課堂教學(xué)重在理論學(xué)習(xí)，對(duì)實(shí)踐能力的提高幫助不大

由于大學(xué)課程體系的調(diào)整，很多課程的課堂教學(xué)學(xué)時(shí)都被大大壓縮了。單片機(jī)的課堂教學(xué)學(xué)時(shí)設(shè)置在40學(xué)時(shí)左右，在較短的時(shí)間內(nèi)是很難做到理論學(xué)習(xí)和實(shí)際動(dòng)手能力兼顧的。除了理論的學(xué)習(xí)之外，在課堂上提高學(xué)生動(dòng)手能力的機(jī)會(huì)較少，即使教師花很大的時(shí)間和精力精心組織教學(xué)內(nèi)容，但是很多情況下，只靠教師在課堂上講的一些應(yīng)用實(shí)例不能夠徹底解決學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手能力。

2.實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的問(wèn)題

單片機(jī)課程有其配套的實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)過(guò)程是對(duì)理論課的合理補(bǔ)充，也是提高學(xué)生動(dòng)手能力的有效方法。實(shí)驗(yàn)箱是一整套裝置，大多采用總線式結(jié)構(gòu)，不能夠直觀了解單片機(jī)及其他芯片的連接結(jié)構(gòu)，做實(shí)驗(yàn)時(shí)只需要按照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)的要求在實(shí)驗(yàn)裝置上按要求連線即可，使得實(shí)驗(yàn)過(guò)程變成了對(duì)硬件的機(jī)械式操作，從而使學(xué)生失去了對(duì)單片機(jī)系統(tǒng)外圍電路設(shè)計(jì)的理解。另一方面學(xué)生到實(shí)驗(yàn)室做實(shí)驗(yàn)時(shí),有實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū),有具體的實(shí)驗(yàn)操作步驟和部分源程序以及思考題,要求學(xué)生認(rèn)真分析程序并完成每個(gè)實(shí)驗(yàn)后的思考題,對(duì)部分學(xué)生來(lái)說(shuō),不能夠自己獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn),不能對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行深入分析、思考和實(shí)踐,以致使實(shí)驗(yàn)收效甚微。

3.課程實(shí)踐環(huán)節(jié)的問(wèn)題

由于單片機(jī)課程的應(yīng)用性很強(qiáng)，每個(gè)專業(yè)都有單片機(jī)課程的實(shí)踐環(huán)節(jié)。個(gè)別專業(yè)由于實(shí)踐環(huán)節(jié)學(xué)時(shí)的要求，不需要做出成品，只需要交設(shè)計(jì)的論文和仿真效果即可，這就導(dǎo)致一些學(xué)生對(duì)問(wèn)題不求甚解，只交論文完成設(shè)計(jì)任務(wù)。

三、問(wèn)題解決措施

由于上述問(wèn)題的存在，直接導(dǎo)致了學(xué)生動(dòng)手能力差，實(shí)踐活動(dòng)能力也不強(qiáng)的現(xiàn)狀。針對(duì)上述問(wèn)題，通過(guò)幾年的教學(xué)實(shí)踐，在一定程度上可以通過(guò)以下幾種措施進(jìn)行改善：

1.在課堂教學(xué)過(guò)程中，需找典型的教學(xué)實(shí)例，從實(shí)例提出的問(wèn)題需求、解決方案和實(shí)現(xiàn)過(guò)程貫穿到整個(gè)教學(xué)過(guò)程中。首先將實(shí)例功能進(jìn)行分解，得到設(shè)計(jì)中用到的單片機(jī)的知識(shí)點(diǎn)，把這些知識(shí)點(diǎn)帶到具體的章節(jié)學(xué)習(xí)中，利用Poteus、Keil C和Wave等單片機(jī)仿真軟件進(jìn)行課堂實(shí)現(xiàn)。這樣，可以讓學(xué)生明白每個(gè)章節(jié)的教學(xué)意義，使學(xué)生對(duì)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)的整體要求比較清楚，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。例如，用單片機(jī)制作的交通燈系統(tǒng)實(shí)例，根據(jù)每個(gè)章節(jié)要講授的內(nèi)容確定交通燈系統(tǒng)在本章內(nèi)容中的設(shè)計(jì)需求，比如用定時(shí)/計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)紅、黃、綠燈亮滅時(shí)間的設(shè)定；用中斷系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)正常工作狀態(tài)和緊急通道時(shí)的切換；人機(jī)接口設(shè)計(jì)中解決時(shí)間的LED現(xiàn)實(shí)和有關(guān)按鍵的設(shè)計(jì)等。

2.實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，嚴(yán)格要求實(shí)驗(yàn)質(zhì)量，要求學(xué)生獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。同時(shí)在課程教學(xué)一開(kāi)始就布置設(shè)計(jì)任務(wù)，要求學(xué)生在課程結(jié)束時(shí)，課外獨(dú)立完成一個(gè)較完整單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，利用萬(wàn)用板自己設(shè)計(jì)硬件電路，分析實(shí)現(xiàn)方案，獨(dú)立編制實(shí)現(xiàn)軟件，在實(shí)際完成過(guò)程中，出了什么問(wèn)題，再和老師一起討論來(lái)解決，這樣的話，即使做一個(gè)小系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)要比做幾個(gè)固定模式的實(shí)驗(yàn)效果好得多，并且學(xué)生的收獲更大，對(duì)學(xué)生動(dòng)手能力的提高也更有利。其課外設(shè)計(jì)成績(jī)作為課程總評(píng)成績(jī)的一部分。

3.學(xué)校建立一個(gè)比較完備的元器件庫(kù)提供給學(xué)生，解決學(xué)生不易買(mǎi)到元器件的問(wèn)題，讓有興趣的同學(xué)多做一些小的實(shí)例。然后以此為基礎(chǔ)，再學(xué)習(xí)做一些比較復(fù)雜的系統(tǒng)，從而有簡(jiǎn)單到復(fù)雜，一步一個(gè)腳印的學(xué)習(xí)，學(xué)生掌握起來(lái)也比較容易，也更扎實(shí)。

4.鼓勵(lì)學(xué)生參加全國(guó)電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽、“飛思卡爾”全國(guó)大學(xué)生智能車大賽、“天華杯”全國(guó)電子專業(yè)人才設(shè)計(jì)與技能大賽和學(xué)校組織的電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽以及大學(xué)生科研訓(xùn)練計(jì)劃SRTP等創(chuàng)新設(shè)計(jì)中去。同時(shí)任課教師對(duì)學(xué)生進(jìn)行指導(dǎo)，解決設(shè)計(jì)中的實(shí)際問(wèn)題，提高學(xué)生學(xué)習(xí)單片機(jī)的興趣和科研能力。

5.建立網(wǎng)絡(luò)交流平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)與愛(ài)好單片機(jī)的學(xué)生進(jìn)行長(zhǎng)期交流。剛開(kāi)始授課時(shí)，建立公共信箱，把和課程相關(guān)的教學(xué)課件、課程學(xué)習(xí)資料、實(shí)驗(yàn)和作業(yè)實(shí)例等上傳，讓所有學(xué)生可以進(jìn)行下載，查閱和自學(xué)；同時(shí)，把自己固定的電子信箱給學(xué)生，使他們無(wú)論是上課期間，還是以后走上工作崗位，都可以進(jìn)行交流，為學(xué)生參與和自主開(kāi)展課題研究創(chuàng)造條件。

四、結(jié)束語(yǔ)

如何協(xié)調(diào)好單片機(jī)課程的課堂教學(xué)和實(shí)踐動(dòng)手能力之間的關(guān)系，一直是單片機(jī)教學(xué)工作者長(zhǎng)期討論的課題。如何在學(xué)好單片機(jī)課堂知識(shí)的同時(shí)，提高學(xué)生的動(dòng)手能力，需要我們采取不同的教學(xué)方法。現(xiàn)有的教學(xué)模式對(duì)學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)具有一定的局限性，經(jīng)過(guò)以上對(duì)單片機(jī)教學(xué)過(guò)程和實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的改革實(shí)踐，可以達(dá)到較好的實(shí)現(xiàn)提高學(xué)生實(shí)踐能力的目的。

[1]楊俊起，陳滟濤.Protus在單片機(jī)教學(xué)中的應(yīng)用[J].職業(yè)教育研究,2008，2

[2]李桂平,黃有全.高職單片機(jī)技術(shù)應(yīng)用開(kāi)放式實(shí)訓(xùn)模式探索[J].現(xiàn)代企業(yè)教育,2008，3

[3]遲耀單,王蓉暉,等.單片機(jī)原理及應(yīng)用課程教學(xué)改革探討[J].吉林師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2007，3

[4]唐鴻儒,夏揚(yáng),等.單片機(jī)課程的實(shí)踐教學(xué)探索[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào),2009，1

[5]朱向慶.單片機(jī)原理及應(yīng)用教學(xué)改革探索[J].高教論壇，2009，5

Abstract: This paper analyses the ordinary problems during the teaching in SCM course, including weak practical ability, losting learning interest,and not seeking to understand things thoroughly to existent problems and so on. This paper founds the causes of those ordinary problems and offers some propositional resolvent, which includes the reformations to experimentation mode and the practical training course.Though teaching practise, it has proved that those resolvents can obtain favorable teaching effects,and improve the students’practical ability of SCM.

Key words: single-chip microcomputer; practice abilities; teaching reform; proteus

The research and exploring of the cultivation about practice ability in Single-chip microcomputer course

Yang Junqi
Henan polytechnic university, Jiaozuo,454000, China

2009-12-21

楊俊起，碩士，講師。

*本文系河南理工大學(xué)2007年教育教學(xué)改革項(xiàng)目(2007JG025)。