劉志遠

摘要：《單片機技術(shù)》是電子通信專業(yè)的重要課程，但學(xué)生在學(xué)習(xí)《單片機技術(shù)》課程的過程中，普遍反映學(xué)習(xí)起來很難理解、比較枯燥，從而打消了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。本文針對目前單片機課程的特點與教學(xué)上存在的問題進行分析提出了以機器人工程的項目式的教學(xué)改革，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，在幫助學(xué)生掌握單片機技術(shù)上起到了很好的作用。

關(guān)鍵詞：單片機教學(xué)改革；機器人；項目式教學(xué)

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）29-0051-02

一、引言

《單片機技術(shù)》是高等學(xué)校電子通信專業(yè)的一門重要的專業(yè)課。單片機具有結(jié)構(gòu)簡單、抗干擾能力強、功耗低等特點，被廣泛應(yīng)用于數(shù)字控制、智能傳感器、遙感技術(shù)等領(lǐng)域，是現(xiàn)代科技不可缺少的關(guān)鍵技術(shù)。在家電、通信行業(yè)中，尤其需要單片機方面的人才，調(diào)查表明，掌握單片機技術(shù)的高等學(xué)校學(xué)生在畢業(yè)后，不管是在就業(yè)率方面還是滿意度方面都是相當(dāng)高的。

然而，要學(xué)習(xí)好單片機這一技術(shù)需要較好的模電與數(shù)電的基礎(chǔ)，還需要一定的編程能力，傳統(tǒng)的教學(xué)模式在組織內(nèi)容上讓學(xué)生感覺到非常難學(xué)，學(xué)生通常是一開始抱著極高的興趣，但覺得無從入手，到后來漸漸地失去興趣這樣的惡性循環(huán)。因此，單片機課程的改革成為各個高校重點改革的課程之一。

二、單片機技術(shù)教學(xué)存在的問題

目前幾乎每個工科院校都設(shè)有《單片機技術(shù)》課程，按照用傳統(tǒng)的教學(xué)模式是：先基礎(chǔ)后應(yīng)用。從單片機硬件結(jié)構(gòu)開始到匯編指令系統(tǒng)，接著是系統(tǒng)擴展與接口技術(shù)，還有的高校會增加課程設(shè)計。學(xué)生一開始接觸單片機就從最抽象、最枯燥的硬件結(jié)構(gòu)與匯編語言，如果學(xué)生的基礎(chǔ)與理解能力不夠的話，學(xué)習(xí)起來就會非常吃力，這也是很多學(xué)生對《單片機技術(shù)》這門課程不感興趣的原因之一。

另外，在傳統(tǒng)的教學(xué)中，理論教學(xué)部分遠遠多于實踐教學(xué)，而實踐部分往往也是教材規(guī)定的幾個實驗項目，學(xué)生照著接線輸入程序就完成了，學(xué)生完成的更多是一種驗證性的工作，導(dǎo)致學(xué)生缺少主觀能動性，在學(xué)習(xí)的積極性與自主創(chuàng)新上大打折扣。

以上單片機課程在教學(xué)過程中存在的問題必須得以改革才能更好地讓我們的學(xué)生學(xué)習(xí)和掌握單片機技術(shù)。

三、基于機器人工程對象的單片機教學(xué)改革

1.利用輪式機器人平臺項目式教學(xué)。機器人的控制核心是單片機，控制對象直觀，也極具趣味性，因此很適合作為單片機的學(xué)習(xí)載體。在各種機器人中，輪式機器人結(jié)構(gòu)簡單清晰，控制難度不高，可搭載多種傳感器實現(xiàn)多種智能控制，擴展性很強，充滿了趣味性，非常適合單片機初學(xué)者學(xué)習(xí)使用。

輪式機器人可根據(jù)控制輪子的數(shù)量分為四輪、六輪等輪式機器人，輪子數(shù)量直接關(guān)系到機器人的復(fù)雜程度，比如六輪的玉兔月球探測車相當(dāng)復(fù)雜。作為學(xué)生學(xué)習(xí)的輪式機器人，力求結(jié)構(gòu)簡單、容易理解，因此底盤可采用三輪結(jié)構(gòu)，其中兩輪作為驅(qū)動輪和一個隨動輪作為支撐。驅(qū)動電機采用舵機控制，控制方式是脈沖寬度控制正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)與靜止，主控制板采用PCBA形式組裝好單片機、通信模塊燒錄接口等，擴展使用排針與面包板外接傳感器或擴展模塊。

輪式機器人的硬件上，除了底盤舵機的接線已經(jīng)固定外，各種類型的傳感器需要學(xué)生使用面包板，自己進行設(shè)計安裝，也可以通過擴展模塊進行傳感器的拓展。擴展內(nèi)容包括有簡單的開關(guān)信號、光電管的使用到復(fù)雜的顏色傳感器等，改變了傳統(tǒng)教學(xué)的純理論學(xué)習(xí)+實驗的模式，學(xué)生在動手調(diào)試程序與硬件的過程中，即做即得，這樣不僅加強了學(xué)生的動手能力，也大大提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。

2.C語言代替匯編語言。傳統(tǒng)的單片機教學(xué)通常以匯編語言進行講解，使用匯編語言的優(yōu)點是結(jié)合硬件，使得學(xué)習(xí)者能徹底地掌握單片機的運行原理，打好良好的基礎(chǔ)。正因為匯編語言有這樣的顯著優(yōu)點，現(xiàn)在仍有不少高校以匯編語言進行單片機教學(xué)，但是匯編語言抽象難懂，要求學(xué)習(xí)者有較強的硬件基礎(chǔ)與邏輯思維，不少初學(xué)者在接觸單片機就遇到如此難懂的匯編語言使得他們的學(xué)習(xí)積極性大打折扣，從而影響后續(xù)的學(xué)習(xí)。

C語言是高級編程語言，是最普遍的編程語言之一，它具有良好的移植性，可以在不同平臺上實現(xiàn)移植，例如51單片機可以使用Keil C進行單片機的程序編寫，C語言的程序易讀易懂，極具結(jié)構(gòu)化，在程序的編寫上比匯編語言要簡易很多。目前，絕大部分的電子工程師在使用單片機時都采用C語言編程，而且單片機廠家也提倡工程師使用C語言編程，也提供了大量的源代碼，使得開發(fā)速度大大地提高。正因為如此，不少高校開始采用C語言進行單片機教學(xué)。

由于C語言移植性非常強，即平臺的依賴性不高，使得程序員不需要十分熟悉單片機的硬件結(jié)構(gòu)就能進行程序的編寫，但作為學(xué)生的單片機學(xué)習(xí)，對硬件結(jié)構(gòu)的掌握是十分必要的，因此，通過輪式機器人平臺的使用，加強了對單片機結(jié)構(gòu)的認識，可以彌補學(xué)生在硬件結(jié)構(gòu)學(xué)習(xí)上的不足。

在輪式機器人的使用過程中，除了與匯編語言相近的I/O使用、延時、條件判斷、循環(huán)、中斷等內(nèi)容，還有C語言的函數(shù)、數(shù)組、指針等內(nèi)容，通過機器人的控制結(jié)合單片機CPU的結(jié)構(gòu)特點進行學(xué)習(xí)與設(shè)計。例如：使用數(shù)組對輪式機器人的行走進行控制，在數(shù)組數(shù)據(jù)類型的選擇、數(shù)組成員的多少等，都與單片機的RAM結(jié)構(gòu)有直接的關(guān)系，學(xué)生通過修改這些參數(shù)查看程序狀態(tài)來認識單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

相比匯編語言，C語言在編程效率上有明顯的優(yōu)勢，可以快速的完成程序的編寫，在教學(xué)實踐中，不少學(xué)生積極發(fā)揮主觀能動性，自己編寫函數(shù)、修改例程、完成不同的任務(wù)，而在以往的匯編語言的教學(xué)中，只有少部分學(xué)生能完成類似的任務(wù)，由此可見單片機C語言是現(xiàn)代單片機教學(xué)改革的一個重要部分。

3.過程考核。在傳統(tǒng)的單片機教學(xué)上基本都采用試卷考核的方式，或者采用課程設(shè)計的方式，在考核方式上比較單一、片面，也很難對學(xué)生階段性的學(xué)習(xí)進行總結(jié)評價，考核方式務(wù)必進行改革。

在輪式機器人的單片機教學(xué)中采用過程考核與期末考核相結(jié)合的方式，過程考核中以具體項目的完成情況進行考核?？己诉^程包括：（1）學(xué)生自評，根據(jù)設(shè)計的項目，學(xué)生對自己的表現(xiàn)做一個總結(jié)；（2）小組互評，學(xué)生以評委的角度對其他學(xué)生評分，可以使得學(xué)生培養(yǎng)團隊合作精神并且可以取長補短；（3）教師評價，教師進行總結(jié)評價，對個別表現(xiàn)突出，有創(chuàng)新性設(shè)計的同學(xué)進行點評，帶動其他同學(xué)的積極性。

期末考核從課程中的項目選取具有代表性的任務(wù)作為考核內(nèi)容，采用抽簽的方式，學(xué)生抽到隨機的任務(wù)后，選取相應(yīng)的傳感器在面包板搭建電路，編寫程序，最終實現(xiàn)任務(wù)的要求，完成工程文件（畫電路圖、元件清單、程序流程圖）。教師對學(xué)生考核的過程打分，實現(xiàn)考核。

在教學(xué)過程中采用過程考核與期末考核結(jié)合的方式，使得學(xué)生的積極性大大地提高了，無論從學(xué)生的理論和實踐上都能取得良好的效果。

四、總結(jié)

傳統(tǒng)的單片機教學(xué)模式存在不少缺點，本文使用輪式機器人與C語言作為單片機的學(xué)習(xí)平臺，采用項目式教學(xué)，考核上采取過程考核與期末考核相結(jié)合的方式對單片機課程進行改革，在進行了一年的單片機教學(xué)改革后，明顯發(fā)現(xiàn)了學(xué)生在學(xué)習(xí)積極性上得以明顯的改善，學(xué)生的創(chuàng)新能力與實踐動手能力都得以提高。實踐證明，基于機器人工程對象的單片機教學(xué)模式是單片機教學(xué)改革的一種嘗試，而且有一定的效果。

參考文獻：

[1]宋錦.單片機教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力探討[J].中國成人教育，2006，（05）.

[2]葉愛芬，王旺迪.論工學(xué)結(jié)合模式下的單片機教學(xué)改革[J].科技信息，2011，（11）.

[3]史成芳，程榮龍.基于“案例驅(qū)動”的單片機教學(xué)方法研究[J].實驗科學(xué)與技術(shù)，2010，（06）.

[4]呂群，周紹平.開放教育中單片機課程教學(xué)改革的探討[J].南京廣播電視大學(xué)學(xué)報，2008，（01）.endprint