張?zhí)m紅，陸廣平

(鹽城工學(xué)院電氣工程學(xué)院，江蘇鹽城 224051)

“單片機(jī)”課程已成為高校電氣類、電子信息類、計(jì)算機(jī)類和機(jī)電一體化類等專業(yè)的重要基礎(chǔ)課程，該課程的教學(xué)應(yīng)為培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐和創(chuàng)新能力提供一個(gè)良好的載體。探索該課程的教學(xué)改革，是一個(gè)非常必要且十分有意義的教學(xué)研究課題［1-3］。

1 理論教學(xué)改革

1)教材建設(shè)

為了有一本起良好引導(dǎo)作用的教科書，我們編寫了普通高等教育電氣工程與自動(dòng)化(應(yīng)用型)“十二五”規(guī)劃教材［4］，該教材特點(diǎn)是加強(qiáng)了實(shí)例教學(xué)。教材里每學(xué)完一個(gè)結(jié)構(gòu)單元，均給出一個(gè)便于學(xué)生實(shí)踐的應(yīng)用實(shí)例，每個(gè)實(shí)例都是一個(gè)獨(dú)立完整的單片機(jī)控制系統(tǒng)。通過對多個(gè)實(shí)例的仿真與實(shí)踐操作，學(xué)生就可做出自己的單片機(jī)控制系統(tǒng)。

2)授課方法改革

我們在緒論課中通過精心制作圖片、錄像和實(shí)物，介紹單片機(jī)的先進(jìn)技術(shù)，介紹教師相關(guān)單片機(jī)科研成果，特別介紹本校高年級(jí)學(xué)長利用單片機(jī)行的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項(xiàng)目及參加各種競賽的獲獎(jiǎng)作品，讓學(xué)生消除對單片機(jī)的神秘感，增強(qiáng)自信心。

我們在隨后的課堂教學(xué)中運(yùn)用仿真軟件(Keil和Proteus等)開發(fā)了單片機(jī)虛擬實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，用于現(xiàn)場演示。我們要求學(xué)生將筆記本電腦帶進(jìn)課堂，在課堂上同步觀察程序運(yùn)行時(shí)寄存器、存儲(chǔ)器和變量的變化，現(xiàn)場調(diào)試運(yùn)行程序，觀察電路的工作狀況。

我們以中斷及其嵌套的講解為例，設(shè)計(jì)了圖1所示的Proteus仿真電路實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場教學(xué)。圖1中要求單片機(jī)在主程序中控制P1口流水燈循環(huán)顯示，當(dāng)外部中斷引腳出現(xiàn)負(fù)跳變時(shí)，P1口全部發(fā)光二極管亮5秒，當(dāng)外部中斷 引腳出現(xiàn)負(fù)跳變時(shí)，P2口所接的共陰極數(shù)碼管顯示數(shù)字“1”，保持時(shí)間為5秒。其中為高優(yōu)先級(jí)，為低優(yōu)先級(jí)。課堂上現(xiàn)場指導(dǎo)學(xué)生設(shè)置中斷控制寄存器，編程并下載到單片機(jī)，觀察形象生動(dòng)的仿真結(jié)果，使學(xué)生深刻領(lǐng)會(huì)中斷與中斷優(yōu)先級(jí)嵌套等抽象概念的含義。

圖1 單片機(jī)中斷及其嵌套仿真電路

3)課后練習(xí)方式改革

對C51語言、單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)/計(jì)數(shù)器、中斷系統(tǒng)、并口、串口及可編程外設(shè)的課后練習(xí)，我們都布置了對應(yīng)的小實(shí)驗(yàn)型作業(yè)，學(xué)生須利用電腦完成硬件電路的連接與軟件程序的調(diào)試。

2 實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革

1)實(shí)驗(yàn)設(shè)備改革

2012年我?！皢纹瑱C(jī)”課程組教師與啟東計(jì)算機(jī)廠技術(shù)人員聯(lián)合開發(fā)了接口開放程度較高的單片機(jī)綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)。實(shí)驗(yàn)臺(tái)將單片機(jī)最小系統(tǒng)、內(nèi)部功能部件和外部擴(kuò)展部件等都采用模塊化的設(shè)計(jì)方法，學(xué)生通過選擇不同類型的模塊，便可以進(jìn)行各種綜合性實(shí)驗(yàn)。

2)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容改革

每次實(shí)驗(yàn)均采用驗(yàn)證性、設(shè)計(jì)性與綜合性實(shí)驗(yàn)三者相結(jié)合的方式。例如用并口實(shí)現(xiàn)流水燈的實(shí)驗(yàn)，還將生活中常用的時(shí)鐘、溫度測試儀和LED顯示屏等產(chǎn)品與實(shí)驗(yàn)結(jié)合起來，要求學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中實(shí)現(xiàn)這些產(chǎn)品的功能。

3)實(shí)驗(yàn)組織方式改革

實(shí)驗(yàn)前要求學(xué)生用Proteus進(jìn)行仿真，保證程序調(diào)試工作基本是在實(shí)驗(yàn)前進(jìn)行預(yù)演，學(xué)生有充分的時(shí)間思考與修改。

實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求書寫實(shí)驗(yàn)過程中遇到的問題及解決方法，特別強(qiáng)調(diào)對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析與討論。

4)課堂實(shí)驗(yàn)教學(xué)的拓展

我們邀請單片機(jī)科技公司的技術(shù)人員來校作單片機(jī)知識(shí)專題講座，進(jìn)行現(xiàn)場指導(dǎo)，使學(xué)生了解學(xué)好單片機(jī)實(shí)際應(yīng)用的必要性和重要性。

我們鼓勵(lì)學(xué)生購買市場上高性價(jià)比的小型單片機(jī)學(xué)習(xí)板。這些學(xué)習(xí)板可對單片機(jī)的大部分知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，還可進(jìn)行綜合設(shè)計(jì)，且不受實(shí)驗(yàn)時(shí)間、地點(diǎn)與場地的限制。

3 課程設(shè)計(jì)改革與課程考核

課程設(shè)計(jì)安排在理論課結(jié)束后集中兩周時(shí)間進(jìn)行，每班20個(gè)以上題目，同時(shí)鼓勵(lì)學(xué)生自擬題目。整個(gè)課程設(shè)計(jì)過程具體安排如下:①題目布置后要求學(xué)生收集資料，進(jìn)行方案論證，購買元器件;②每位學(xué)生都完成單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)的焊接與調(diào)試;③要求學(xué)生完成電路設(shè)計(jì)軟件Altium Design、繪圖軟件Microsoft Visio、辦公軟件Microsoft office和視頻制作軟件的自學(xué);④理論課結(jié)束時(shí)，要求每位學(xué)生完成相關(guān)課題的Proteus仿真調(diào)試，完成硬件電路原理圖的設(shè)計(jì)與PCB圖的設(shè)計(jì)，在多孔電路板上調(diào)試出實(shí)物作品;⑤集中課程設(shè)計(jì)時(shí)間段內(nèi)完成PCB板加工、電路焊接與調(diào)試等設(shè)計(jì)全過程，完成設(shè)計(jì)報(bào)告書寫。

期末考試采用筆試與機(jī)考相結(jié)合的方法。筆試部分考核課程知識(shí)體系中的核心理論知識(shí)。機(jī)考則是在實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)場考試，考核學(xué)生的實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力和程序調(diào)試能力。

4 結(jié)語

通過近幾年的教學(xué)改革，我?！皢纹瑱C(jī)”課程取得了較好的教學(xué)效果。學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度發(fā)生了根本性的轉(zhuǎn)變，許多學(xué)生主動(dòng)與教師共同探討課程中所學(xué)知識(shí)的應(yīng)用。教改措施大大提高了學(xué)生的實(shí)踐和創(chuàng)新能力，有許多學(xué)生通過“單片機(jī)”課程的學(xué)習(xí)與實(shí)踐，在各級(jí)各類電子競賽中取得了優(yōu)秀的成績，從2004年至今，在全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽和“挑戰(zhàn)杯”全國大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽等高級(jí)別賽事中我校學(xué)生多次獲獎(jiǎng)。

［1］ 樓然苗，王世來.單片機(jī)實(shí)踐教學(xué)改革與應(yīng)用型人才培養(yǎng)［J］，北京:中國大學(xué)教學(xué)，2009(3):80-81

［2］ 曲貴波等.單片機(jī)課程實(shí)踐教學(xué)的研究與探索［J］，哈爾濱:黑龍江教育學(xué)院學(xué)報(bào)，2013，32(2):55-56

［3］ 金紅，蔣存波.單片機(jī)課程教學(xué)的探索與實(shí)踐［J］，南京:電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，2013(4):44-46

［4］ 張?zhí)m紅，鄒華，劉純利.單片機(jī)原理及應(yīng)用［M］，北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2012.7