阜陽師范學(xué)院計算機與信息工程學(xué)院 王中心 張 文 孫 剛

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以興趣培養(yǎng)為先導(dǎo)的單片機課程學(xué)生競賽實訓(xùn)教學(xué)模式

阜陽師范學(xué)院計算機與信息工程學(xué)院 王中心 張 文 孫 剛

【摘要】單片機原理及應(yīng)用是一門重要的專業(yè)課程，有很強的工程實踐性，在課程體系中有很重要地位；本文就該課程為什么要對學(xué)生進行早期興趣培養(yǎng)及具體的興趣培養(yǎng)流程，實施方法進行了詳細闡述。 實踐證明，以興趣培養(yǎng)為先導(dǎo)的單片機課程學(xué)生競賽實訓(xùn)教學(xué)模式效果良好。

【關(guān)鍵詞】興趣；單片機教學(xué)；實訓(xùn)

《單片機原理及應(yīng)用》做為計算機、嵌入式、物聯(lián)網(wǎng)及自動控制等專業(yè)的專業(yè)課程，其在這類專業(yè)的課程體系中有著非常重要的作用；單片機做為控制系統(tǒng)的核心，它在這類專業(yè)的課程設(shè)計、專業(yè)實踐技能競賽、學(xué)生創(chuàng)新項目活動中起著無比重要的作用。然而單片機原理及應(yīng)用課程，通常在我們的本科課程開設(shè)計劃中都是安排在大三才開設(shè)這門課程，這樣的后果就是到了大三階段，很多學(xué)生特別是電類應(yīng)用型專業(yè)的學(xué)生，很多人已經(jīng)喪失了對單片機的學(xué)習(xí)興趣，錯過了大一大二這兩年實踐動手能力培養(yǎng)，專業(yè)知識綜合應(yīng)用能力培養(yǎng)、系統(tǒng)設(shè)計能力培養(yǎng)的黃金階段。

但是單片機的學(xué)習(xí)也并非容易，因為它涉及到很多的計算機專業(yè)的概念。因此如何引導(dǎo)學(xué)生克服困難，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和熱情，讓學(xué)生以“玩單片機”的形式運用基本的c語言對單片機進行控制、對基本外設(shè)進行控制，很有必要！

以興趣培養(yǎng)為先導(dǎo)，在興趣培養(yǎng)的過程中讓學(xué)生無形中了解單片機的原理及結(jié)構(gòu)，掌握單片機的基本知識及應(yīng)用，讓學(xué)生提前參與到學(xué)科技能競賽及項目設(shè)計，筆者在對大一學(xué)生學(xué)科競賽招新指導(dǎo)培訓(xùn)過程采用如此方式，取得很好效果。

1　必須改變傳統(tǒng)的單片機教學(xué)模式

如今單片機做為控制系統(tǒng)的核心，在各類系統(tǒng)、項目設(shè)計中無所不在：從大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)計劃項目參與到全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽、NXP智能車競賽、各類物聯(lián)網(wǎng)競賽及單片機競賽等均要用到各種類型的單片機；做為電類應(yīng)用型專業(yè)的學(xué)生倘若等到大三開設(shè)了單片機原理及應(yīng)用課程、學(xué)習(xí)了單片機知識才參與系統(tǒng)設(shè)計項目設(shè)計肯定太晚太遲，不利于學(xué)生專業(yè)技能的培養(yǎng)及發(fā)展；隨著很多高校人才培養(yǎng)模式向應(yīng)用型專業(yè)建設(shè)及發(fā)展，更需要對應(yīng)用型課程進行加大改革力度，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣及熱情，讓越多的學(xué)生有興趣有能力參與到項目設(shè)計中，鍛煉提高學(xué)生專業(yè)技能水平，提高學(xué)生人才培養(yǎng)質(zhì)量。

2　興趣培養(yǎng)的過程

興趣是人們傾向于了解、認識、熟悉研究某種事物的心理特征；學(xué)習(xí)的興趣對于學(xué)生至關(guān)重要。有了興趣，學(xué)生才能積極主動的去參與到學(xué)習(xí)過程中，并樂此不疲。學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與學(xué)生年齡、所在年級，專業(yè)引導(dǎo)及當時的知識水平密切相關(guān)；及時合理的對學(xué)生進行單片機學(xué)習(xí)的興趣引導(dǎo)，激發(fā)學(xué)生進行單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計的熱情，有助于學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

2.1搭建簡單易用的開發(fā)環(huán)境

單片機課程的學(xué)習(xí)離不開實驗。對于初學(xué)者最好的開發(fā)環(huán)境就是先借助PROTEUS仿真實驗平臺及KEIL C軟件開發(fā)平臺采用仿真的方式進行入門學(xué)習(xí)。我院選拔學(xué)生進行各類競賽的招新培訓(xùn)，通常是從大一下學(xué)期開始，此時學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了C語言或者正在開設(shè)C語言課程，有了一定的C語言基礎(chǔ)，電路課程也已經(jīng)開設(shè)中；加上此階段的學(xué)生已經(jīng)基本掌握一些常用軟件的使用，通過簡單的講解及演示，很快學(xué)生就懂得如何在PROTES中進行元器件的選取、原理圖的搭建以及在KEIL C中進行一個簡單Project的建立、編輯編譯等操作。采用仿真平臺，學(xué)習(xí)地點不局限于實驗室機房，學(xué)生可以隨時隨地利用宿舍個人電腦進行仿真學(xué)習(xí)，使用安全且沒有耗材損失。學(xué)生單片機學(xué)習(xí)興趣的培養(yǎng)就從圖1、圖2開始。

圖1　PROREUS仿真平臺

圖2　KEIL C軟件開發(fā)環(huán)境

2.2單片機學(xué)習(xí)興趣培養(yǎng)的具體實施過程

本次課程改革的重點就是把原有的教學(xué)內(nèi)容以趣味化的形式借助聲、光、電生動形象的表達出來，從而激發(fā)學(xué)生的興趣及學(xué)習(xí)的自主性能動性；讓學(xué)生體驗到單片機結(jié)合原來不知何用的幾行C語言程序，竟能起到如此大的控制作用。

單片機學(xué)習(xí)興趣的培養(yǎng)，從閃燈項目開始，原理圖及項目文件如圖1、圖2所示，其中代碼和原理圖簡單易懂。二者關(guān)聯(lián)好之后，點擊運行按鈕，學(xué)生就可以觀察到LED燈再不斷閃爍；只要修改延時函數(shù)實參，燈閃的頻率就會變化；如果把圖2中P1.0口連接到蜂鳴器的SPK節(jié)點，再次運行，學(xué)生就可以聽到蜂鳴器發(fā)出的聲音；此時我們可以告訴學(xué)生，單片機的四個P口的32個口線，都具有如此的功能，學(xué)生就是進一步的體驗到單片機如此大的控制能力。

如果再程序中再加入對圖1中Button的獨立按鍵掃描，當只有Button被按下的時候才反復(fù)執(zhí)行LED=！LED和delay（250），此時就相當于給蜂鳴器加上了一個控制開關(guān)；再此例的基礎(chǔ)上簡單修改，就可以進一步設(shè)計出一個門鈴。簡單的2節(jié)課，短短的90分鐘，學(xué)生學(xué)習(xí)單片機的興趣自然而然的就產(chǎn)生了。之后可以讓學(xué)生自行通過虛擬儀器觀察P1.0口的輸出波形，或者P1.0接直流電機模型，進行電機的轉(zhuǎn)速控制，告訴學(xué)生什么是PWM。也可以通過延時函數(shù)，告訴學(xué)生如何進行獨立按鍵的消抖等知識的學(xué)習(xí)。

在此后的學(xué)習(xí)過程，我們可以教學(xué)生如何使用循環(huán)方式或者查表的方式進行流水燈的控制以及單個數(shù)碼管的循環(huán)顯示控制；有了單個數(shù)碼管的知識儲備，進一步可以學(xué)習(xí)多位數(shù)碼管的動態(tài)掃描以及簡單液晶1602的使用、矩陣鍵盤的掃描識別等。到此階段，系統(tǒng)設(shè)計所需的輸入、輸出都解決了。

以上的學(xué)習(xí)過程幾乎沒有涉及到單片機的工作原理及內(nèi)部結(jié)構(gòu)，這對于學(xué)習(xí)者遠遠不夠，但是學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣肯定早已激發(fā)出來，此時可以安排學(xué)生課余自行閱讀單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、工作原理等章節(jié)內(nèi)容，學(xué)生帶著興趣去閱讀學(xué)習(xí)，就能事半功倍。學(xué)生閱讀完畢就可以進一步講解定時器、中斷、串行通信以及模數(shù)數(shù)模轉(zhuǎn)換等專業(yè)知識。同樣采用閃燈的項目，以定時方式實現(xiàn)還是以外部中斷的方式實現(xiàn)，讓學(xué)生理解實現(xiàn)原理的不同之處。此階段可以安排專題進行中斷、AD、DA及雙機通訊的專題講座。

2.3需要注意的問題

需要注意的是，在學(xué)生興趣培養(yǎng)過程中一定要理順教學(xué)過程所涉及的知識點，興趣培養(yǎng)案例要由淺入深，循序漸進；每個案例之后及時進行總結(jié)，留出時間讓學(xué)生進行拓展實訓(xùn)教學(xué)案例并進行思考；另外開始階段不要強調(diào)細節(jié)，不要什么都要解釋清楚，力求簡單話語告訴學(xué)生如何編程應(yīng)用單片機就行。最重要的要通過簡單示例激發(fā)興趣，活躍教學(xué)氛圍，讓學(xué)生親身體驗學(xué)習(xí)的快樂，收獲成功喜悅。

師父領(lǐng)進門，修行在個人。單片機應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計，涉及到各種電子知識，因此對于入了門的學(xué)生，一定要告知他們僅僅會點單片機的知識遠是不夠；一定要在數(shù)字電路、模擬電路等課程中繼續(xù)下功夫，學(xué)會PCB的設(shè)計制作，焊接調(diào)試等才能提高自身的專業(yè)技能。

3　成果初探

3.1學(xué)生自主參加培訓(xùn)學(xué)習(xí)積極性主動性顯著提高

我院近年學(xué)生創(chuàng)新實驗室招新參與培訓(xùn)學(xué)生數(shù)量逐年提升，并且很多學(xué)生一直堅持到最后的實驗室招新正式成員的考核選拔；學(xué)生課余時間玩游戲、看視頻的人數(shù)、時間減少，學(xué)生課余時間大都利用個人電腦在宿舍仿真學(xué)習(xí)。

3.2我院學(xué)生積極參與各類專業(yè)技能競賽

在2015年安徽省大學(xué)生單片機應(yīng)用技能大賽中，我院大二學(xué)生取得一等獎的好成績；在剛剛結(jié)束的藍橋杯（電子類）競賽中，我院學(xué)生多人入圍國賽。

除此之外，我院學(xué)生各類項目申報及畢業(yè)論文選題，與單片機相關(guān)項目明顯增多，多個學(xué)生獲得了大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目國家級立項。

4　結(jié)束語

以興趣為先導(dǎo)，讓學(xué)生在無意識中建立單片機課程的學(xué)習(xí)興趣，掌握單片機的應(yīng)用技能，圍繞單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計，學(xué)生學(xué)習(xí)各種專業(yè)知識技能，有利于學(xué)生專業(yè)實踐實訓(xùn)能力的提升，有利于學(xué)生競賽水平的提高及應(yīng)用型人才的培養(yǎng)。

參考文獻

［1］沈張果.以學(xué)科競賽為平臺培養(yǎng)大學(xué)生的創(chuàng)新實踐能力［J］.教育教學(xué)論壇，2016（16）.

［2］張旭濤.構(gòu)建單片機課程項目化教學(xué)模式的實踐探究［J］.山東工業(yè)技術(shù)，2013（10）.

［3］劉振.單片機課程實踐教學(xué)研究［J］.安慶師范學(xué)院學(xué)報（自然科學(xué)版），2013（01）.

［4］朱高峰，張艷蕾.項目教學(xué)法在單片機課程中的規(guī)劃與實施——以湖南人文科技學(xué)院為例［J］.湖南人文科技學(xué)院學(xué)報，2013（02）.

［5］徐自遠.從單片機技能大賽看單片機課程改革［J］.電子世界，2013（20）.

［6］高明亮.基于全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽探究單片機教學(xué)模式的改革［J］.信息系統(tǒng)工程，2012（04）.

基金項目：大學(xué)生創(chuàng)新性實驗計劃項目（AH201310371068）；阜陽師范學(xué)院自然科學(xué)項目（2016FSKJ17）。

作者簡介：

王中心（1976—），男，碩士，講師，研究方向：計算機應(yīng)用。