吳必瑞

寧德師范學(xué)院 福建寧德 352100

從大學(xué)生電子設(shè)計競賽談單片機(jī)課程教學(xué)改革

吳必瑞

寧德師范學(xué)院 福建寧德 352100

針對大學(xué)生電子設(shè)計競賽的命題趨勢和特點，提出了單片機(jī)課程理論教學(xué)內(nèi)容、模式和考核方法的改革措施。它有利于激發(fā)學(xué)生專業(yè)課學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力，促進(jìn)課程教學(xué)改革，對高等學(xué)校如何培養(yǎng)創(chuàng)新型人才方面做出了積極的探索。

電子設(shè)計競賽；單片機(jī)；教學(xué)改革

單片機(jī)原理及應(yīng)用是電子信息、自動化及計算機(jī)應(yīng)用等專業(yè)的一門實用技術(shù)骨干課程，它對培養(yǎng)學(xué)生的工程思維能力和解決問題的能力具有重要作用。通過本課程的學(xué)習(xí)，可以使學(xué)生較系統(tǒng)地掌握匯編語言的編程方法，掌握單片機(jī)的基本原理、接口和應(yīng)用技術(shù)。熟悉單片機(jī)技術(shù)在工業(yè)控制中的應(yīng)用, 可以培養(yǎng)和鍛煉學(xué)生動手操作和技術(shù)創(chuàng)新的能力，使得學(xué)生能緊跟計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展腳步，為將來從事工業(yè)領(lǐng)域相關(guān)工作，尤其是自動控制以及應(yīng)用電子產(chǎn)品的檢測和維修奠定堅實的基礎(chǔ)，為將來進(jìn)行各種智能化產(chǎn)品的設(shè)計開發(fā)提供技術(shù)準(zhǔn)備。大學(xué)生電子設(shè)計競賽有利于推動電子、信息類專業(yè)課程內(nèi)容更新和教學(xué)方法的改革；有利于激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維；培養(yǎng)學(xué)生的實際動手能力和團(tuán)結(jié)協(xié)作精神；有利于造就高素質(zhì)創(chuàng)新人才。對歷屆競賽題目進(jìn)行分析和研究，可以看出，能夠用單片機(jī)作為控制器來完成設(shè)計任務(wù)的競賽題目占到50%以上。文中就電子設(shè)計競賽對單片機(jī)課程教學(xué)改革與創(chuàng)新的啟發(fā)，對這門課程的教學(xué)內(nèi)容和考核方法的改革思路作一些探討。

1 理論課教學(xué)改革

以往的教學(xué)通常是預(yù)先由教師按教學(xué)大綱設(shè)計好相應(yīng)的教學(xué)內(nèi)容，然后通過講解，讓學(xué)生在一定程度熟悉和掌握基本理論知識。在電子設(shè)計競賽過程中，發(fā)現(xiàn)這種教學(xué)方法不利于培養(yǎng)學(xué)生動手能力、創(chuàng)新能力和綜合運(yùn)用知識能力，不能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和主觀能動性，同時學(xué)生也難以將理論知識學(xué)以致辭用。

通過以下幾點理論教學(xué)方式的改革，使學(xué)生擺脫“填鴨式”的理論學(xué)習(xí)，提高學(xué)習(xí)興趣。

(1)加強(qiáng)理論與實踐的結(jié)合，一邊學(xué)一邊做。采用比較通俗易懂的方法講解比較抽象的理論，在講述部分重點內(nèi)容時通過現(xiàn)場實驗演示，讓學(xué)生更加直觀的了解重點和難點。

(2)充分發(fā)揮現(xiàn)代教育技術(shù)的輔助教學(xué)作用。高質(zhì)量CAI課件有容量大、圖文并茂的優(yōu)點。通過豐富的動畫演示，生動地描述課本中的抽象概念，將枯燥的理論具體化，使學(xué)生的聽覺、視覺等方面同時接收信息刺激，感官和想象力互相配合，增強(qiáng)他們的學(xué)習(xí)興趣與記憶能力。使用軟硬件模擬仿真技術(shù)，變抽象為具體，將單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和程序運(yùn)行過程，直觀地展示在學(xué)生面前。

(3)教學(xué)方法上采用擬人法、分類法、歸類法、對比法以及項目教學(xué)法。課外加強(qiáng)答疑輔導(dǎo)，解決難點，開展課外科研活動等措施提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

(4)理論教學(xué)中采用計算機(jī)仿真技術(shù)(如Proteus軟件)進(jìn)行教學(xué)，將單片機(jī)原理、工作過程等，看不見，摸不著的抽象概念和過程形象化、具體化。

(5)共享網(wǎng)絡(luò)資源。介紹一些著名的電子網(wǎng)站，如All datasheet網(wǎng)、21IC網(wǎng)、電子工程師網(wǎng)等。通過這些網(wǎng)絡(luò)資源，學(xué)生不僅能夠?qū)W會查閱芯片資料，還可與電子工程師進(jìn)行學(xué)術(shù)交流，了解到電子行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀。拓展學(xué)生的視野，同時也培養(yǎng)學(xué)生查閱相應(yīng)理論知識和相關(guān)資料的能力。

(6)提高學(xué)生學(xué)習(xí)單片機(jī)的興趣。為了提高學(xué)生對單片機(jī)原理及應(yīng)用這門課程的學(xué)習(xí)興趣，充分調(diào)動學(xué)生的主觀能動性，可以邀請一些著名的單片機(jī)開發(fā)公司技術(shù)人員來校做“單片機(jī)與就業(yè)”“單片機(jī)的應(yīng)用”等方面的專題講座，使學(xué)生們充分了解單片微機(jī)在工業(yè)控制、智能儀器儀表、計算機(jī)外部設(shè)備、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與通訊技術(shù)和家用電器等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用前景及作為一個電子工程師學(xué)好單片機(jī)的重要性和必要性。

2 實驗課教學(xué)改革

孤立地學(xué)習(xí)理論，不把它們與要應(yīng)用的領(lǐng)域結(jié)合在一起，就失去了學(xué)習(xí)它的意義。實踐教學(xué)是培養(yǎng)創(chuàng)新人才的重要環(huán)節(jié)，應(yīng)以培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力為目標(biāo)，真正建立起“理論、實踐、應(yīng)用”三位一體的新的教學(xué)模式。在學(xué)習(xí)理論課程時，學(xué)生要么只注意到了局部的硬件知識或者簡單的匯編指令等內(nèi)容，要么只注意到單片機(jī)系統(tǒng)具有很強(qiáng)大的功能，而不知自己如何應(yīng)用單片機(jī)資源開發(fā)設(shè)計自己的產(chǎn)品。原有單片機(jī)實驗課程體系存在弊端如：驗證性實驗過多，綜合性、設(shè)計實驗不夠；基本沒有進(jìn)行過綜合性的小課題動手能力訓(xùn)練。設(shè)計一個系統(tǒng)要用到鍵盤、顯示、AD/DA等，各部分的試驗在基礎(chǔ)實驗中都已做過，但在電子設(shè)計競賽中看到的現(xiàn)象是，學(xué)生沒有對一個產(chǎn)品設(shè)計的整體意識，所以要開設(shè)綜合試驗和設(shè)計性試驗(如濕度控制、恒流源、小車控制、時鐘顯示等)進(jìn)行彌補(bǔ)。除了完成正常的實驗課外，還需要做到以下3點。

(1)增加C51應(yīng)用編程方面的訓(xùn)練

現(xiàn)在社會上的單片機(jī)系統(tǒng)已經(jīng)普遍采用基于C51高級語言的軟件系統(tǒng)。C51高級語言具有程序結(jié)構(gòu)清晰、可讀性好、易于維護(hù)等優(yōu)點，一條C語句相當(dāng)于幾條匯編指令，完成同樣功能程序的指令語言行數(shù)也大大縮小，更便于復(fù)雜算法的實現(xiàn)和調(diào)試。

(2)應(yīng)用Keil C編譯和ISP下載編程軟件

現(xiàn)在社會上的單片機(jī)系統(tǒng)已經(jīng)普遍采用基于C51高級語言。C51高級語言具有程序結(jié)構(gòu)清晰、可讀性好、易于維護(hù)等優(yōu)點。為了提高學(xué)生的軟件開發(fā)能力和實驗效率，在實驗中給學(xué)生增加了相應(yīng)C51的編程訓(xùn)練。在單片機(jī)教學(xué)過程中，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)使用單片機(jī)應(yīng)用開發(fā)的交叉開發(fā)平臺Keil，加強(qiáng)學(xué)生對C語言的應(yīng)用。

(3)應(yīng)用仿真軟件

目前，電子電路的仿真軟件有很多，如Proteus、Multisim、Matlab等。這些仿真軟件帶有國際通用的虛擬儀器及電子元器件庫。引入了Proteus仿真軟件，使學(xué)生建立直觀的仿真思想。Proteus上學(xué)生可以方便地進(jìn)行電路原理圖的設(shè)計和仿真測試，觀察電路的工作狀態(tài)及軟件運(yùn)行后的變化情況，這對于學(xué)生的深入學(xué)習(xí)有巨大的幫助。Keil完成單片機(jī)軟件設(shè)計調(diào)試，Proteus完成硬件設(shè)計及系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)果查看。極大地開拓了單片機(jī)學(xué)習(xí)的空間，降低了單片機(jī)的學(xué)習(xí)成本，提高了學(xué)習(xí)效果。通過Multisim、Matlab可以方便地進(jìn)行電路原理圖的設(shè)計和仿真測試，觀察電路的工作狀態(tài)及變化情況。鼓勵學(xué)生利用課余時間進(jìn)行單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)。在課余時間開放實驗室，創(chuàng)造一個寬松的學(xué)習(xí)環(huán)境，為學(xué)生提供課余時間進(jìn)行單片機(jī)綜合性、設(shè)計性實驗的條件，充分發(fā)揮實驗室現(xiàn)有實驗設(shè)備的效能。

3 課程考核方式的改革

單片機(jī)課程主要是培養(yǎng)學(xué)生實踐能力和應(yīng)用能力，在傳統(tǒng)的考核中，主要是依據(jù)一份卷紙達(dá)到考核的目的?？碱}側(cè)重于基礎(chǔ)知識，例如考幾條指令應(yīng)用、編一段簡單的程序等，有的學(xué)生單片機(jī)考試成績很高，卻不會實際運(yùn)用?？荚囎鳛檎n程教學(xué)的最后環(huán)節(jié)，直接檢驗教和學(xué)的效果，主導(dǎo)著大部分學(xué)生的學(xué)習(xí)。但對于實踐性很強(qiáng)的單片機(jī)這樣的課程來說很容易出現(xiàn)高分低能現(xiàn)象。因此，考核采用了實踐與筆試相結(jié)合的方式，教師選擇幾個綜合性或有代表性的設(shè)計題目，讓學(xué)生分組限時完成。每組3～4名學(xué)生，每名學(xué)生承擔(dān)不同的設(shè)計任務(wù)，實現(xiàn)1個小項目，如溫度檢測、時鐘顯示、電機(jī)驅(qū)動的控制、恒流源等。在項目進(jìn)行的過程中鼓勵學(xué)生運(yùn)用不同的方法來實現(xiàn)目標(biāo)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識，提高學(xué)生的技術(shù)能力。設(shè)計完成后，由學(xué)生演示設(shè)計結(jié)果，隨后該組學(xué)生輪流進(jìn)行答辯。閉卷筆試成績占總成績的60%左右，實踐考核部分占40%左右。

4 結(jié)束語

全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽已對我國高校大學(xué)教育改革產(chǎn)生了良好的影響,特別是在學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)方面起到了積極引導(dǎo)和推進(jìn)的作用。經(jīng)教改實踐,我系2007級電力專業(yè)和2008級物理專業(yè)學(xué)生在“單片機(jī)原理及應(yīng)用”課程學(xué)習(xí)過程中,學(xué)習(xí)的興趣明顯提高,基礎(chǔ)理論和實踐等方面都取得了較大的進(jìn)步。

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Discussion on teaching reform of microcontroller from college student electronic design competition

Wu Birui
Ningde normal university,Ningde,352100,China

According to the feature and test’s trend of electronic design competition, this paper puts forward to reform teaching content,teaching method,teaching form and examination mode of single chip microcomputer course. So thus it can facilitate stimulate students'interest of specialized course, cultivate students’creative ability,promote the reform of teaching contents, and teaching methods.It is positive for university to train out the innovative students.

electronic design competition; microcontroller; teaching reform

2010-11-26 稿件編號：1011136

吳必瑞,碩士,講師。

寧德師院引進(jìn)人才資助項目(編號:2009Y007)。