蔡云

摘要：實踐教學(xué)是工科專業(yè)中非常重要的一部分，教學(xué)過程的質(zhì)量直接決定了學(xué)生是否可以靈活運用所學(xué)知識。針對目前單片機應(yīng)用實踐教學(xué)中存在的問題，分析了實踐教學(xué)的現(xiàn)狀，并從多課程、多視角等方面探討了實踐教學(xué)的構(gòu)建。

關(guān)鍵詞：實踐教學(xué);單片機;能力導(dǎo)向

中圖分類號：TP368.1-4;G642文獻標(biāo)志碼：A

文章編號：2095-5383（2019）02-0104-03

Abstract：Practical teaching is a very important part of engineering majors. The quality of teaching process directly determines whether students can apply what they have learned flexibly.? In view ofthe problems existing in the practical teaching of current single chip microcomputer applications，the current situation of practical teaching was analyzed，and the construction of new practical teaching mode from multiple courses and perspectives was probed into.

Keywords：practical teaching; Single-Chip Microcomputer; capability orientation

“單片機原理與接口技術(shù)”是工科院校電氣工程及相關(guān)專業(yè)的重要必修課程，實踐教學(xué)環(huán)節(jié)在教學(xué)過程中占有非常重要的地位，如何有效提高實踐教學(xué)質(zhì)量一直是一個需要深入研究的問題[1]。針對目前單片機實踐的不足，從多個實踐教學(xué)相結(jié)合的角度構(gòu)建了一個以能力為導(dǎo)向的實踐教學(xué)模式。

1 當(dāng)前的實踐教學(xué)現(xiàn)狀

以我院電類專業(yè)為例，在各自的人才培養(yǎng)方案中均設(shè)置了“單片機應(yīng)用綜合設(shè)計”“電子線路CAD課程設(shè)計”及“電子技術(shù)課程設(shè)計”等實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，目的是掌握學(xué)到的知識和能力，畢業(yè)后可以勝任系統(tǒng)的設(shè)計和應(yīng)用[2]。根據(jù)近年來對畢業(yè)生的跟蹤調(diào)查，參加大學(xué)生科技創(chuàng)新和技術(shù)競賽的學(xué)生，真正掌握了微處理器應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計、安裝和調(diào)試，他們在就業(yè)中非常受歡迎，有較理想的工作和工資[3]。但是，由于種種原因，大多數(shù)學(xué)生沒有完整的系統(tǒng)設(shè)計能力，分析其原因主要有以下兩方面：

1）雖然“單片機與接口技術(shù)”“模擬電子技術(shù)”“數(shù)字電子技術(shù)”和“電子線路CAD原理及應(yīng)用”在教學(xué)計劃中安排了1～2周的課程設(shè)計，目的是希望全面應(yīng)用所學(xué)知識。但是，所有的課程設(shè)計都是以課程為基礎(chǔ)，只是為了驗證和鞏固具體課程的相關(guān)知識。各課程設(shè)計之間前后的銜接做的不是很到位，缺少知識系統(tǒng)化的環(huán)節(jié)，學(xué)生獲取知識相對困難，很難建立與多門課程相關(guān)的系統(tǒng)設(shè)計理念。

2）對于課程設(shè)計的集中環(huán)節(jié)，一方面由于學(xué)生實踐能力弱，在電路板制作和元件焊接過程中必然存在許多缺陷。測試可能會導(dǎo)致電路板和組件損壞，從而導(dǎo)致材料和時間浪費。另一方面，電路板生產(chǎn)和元件采購需要大量投入，因此它只能與簡單的基礎(chǔ)實驗單元結(jié)合使用。學(xué)生無法體驗原理設(shè)計、PCB板設(shè)計、元件購買、元件安裝和調(diào)試的整個過程。課程結(jié)束后，許多學(xué)生經(jīng)常不了解單元電路和微控制器處理器之間的關(guān)系。

2 新型實踐教學(xué)研究

安徽三聯(lián)學(xué)院是培養(yǎng)應(yīng)用型人才，以使學(xué)生真正掌握微控制處理器（MCU）應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計、安裝和調(diào)試[4]。采用項目驅(qū)動的方法，按照階段性和漸進式教學(xué)思路，構(gòu)建“階梯式”MCU應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計項目，創(chuàng)新MCU應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計教學(xué)與實踐方案。通過如圖1所示的3個層次的逐步培訓(xùn)，從子項目中的子模塊編程到子項目的電路設(shè)計和安裝調(diào)試。最后，學(xué)生可以根據(jù)不同的控制對象和控制方案設(shè)計、制造、購買、安裝和調(diào)試控制系統(tǒng)。從簡單到復(fù)雜的項目，從單一到綜合，通過這3個階段的實踐教學(xué)，能夠提高學(xué)生的綜合創(chuàng)新能力和技術(shù)開發(fā)能力。

2.1 基礎(chǔ)層

此部分是基于單片機原理和應(yīng)用課程的實驗教學(xué)。傳統(tǒng)的實驗主要分為驗證性實驗和綜合性實驗，綜合性是指多個知識點的綜合運用，因此這部分采用以項目為主線的教學(xué)方式，進行各模塊的劃分。教師采用項目驅(qū)動的方法，利用前一時期學(xué)到的知識，完成子項目子程序的準(zhǔn)備（如數(shù)碼管顯示、鍵盤驅(qū)動、A/D轉(zhuǎn)換等），淡化實驗個數(shù)概念。通過實踐加強微控制器的基礎(chǔ)知識，掌握微控制器的硬件和軟件資源以及工作原理。實驗內(nèi)容為項目中的知識點、子模塊或子程序。

2.2 應(yīng)用層

在單片機原理訓(xùn)練和應(yīng)用課程實驗的基礎(chǔ)上增加實訓(xùn)部分，實訓(xùn)課程教學(xué)是用來加強學(xué)生對于單片機相關(guān)內(nèi)部和外部硬件資源的認識和運用，此環(huán)節(jié)一般有1～2 周的時間，將每2～3個學(xué)生分成1個小組[5]。同時整合“電子線路CAD課程設(shè)計”“電子技術(shù)課程設(shè)計”與“單片機應(yīng)用綜合設(shè)計”，完成整個項目的設(shè)計。

1）在“單片機應(yīng)用綜合設(shè)計”中，利用keil、IAR、protues軟件的配合使用。首先教師布置相應(yīng)的實訓(xùn)設(shè)計任務(wù)，學(xué)生利用所學(xué)知識及一切可以利用的資源，確定整個系統(tǒng)的方案設(shè)計。在前期課程實驗完成的各個子模塊或子程序的基礎(chǔ)上，利用protues軟件繪制整體電路的仿真電路，在keil或者IAR編程軟件中完成程序的編寫、整個項目程序的編寫及仿真工作。

2）在“電子線路CAD課程設(shè)計”中，學(xué)生根據(jù)自己在1）所畫的電路仿真圖畫出整體電路的PCB電路板圖，教師進行統(tǒng)一的指導(dǎo)，并自行制作相應(yīng)的電路板。

3）在“電子技術(shù)課程設(shè)計”中，通過1）、2）的課程設(shè)計，進行器件的選購，教師對學(xué)生課題進行集中指導(dǎo)和驗收，完成整個項目的系統(tǒng)調(diào)試及硬件制作。這樣學(xué)生不僅自己動手焊接并進行硬件系統(tǒng)調(diào)試，同時加強了對硬件的認識和電路的理解。學(xué)生能夠利用課外時間自學(xué)，完成課程設(shè)計和其它方面的評估，使課程設(shè)計更加注重學(xué)習(xí)過程，注重學(xué)習(xí)效果[6]，讓學(xué)生實現(xiàn)MCU應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計、生產(chǎn)和調(diào)試功能，達到全面培訓(xùn)的目的。

2.3 創(chuàng)新層

通過對基礎(chǔ)層、應(yīng)用層單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計的子項目設(shè)計、調(diào)試的全過程培訓(xùn)，學(xué)生有能力設(shè)計、制造和調(diào)試單片機應(yīng)用系統(tǒng)。在這一階段，學(xué)生需要進行全面的項目設(shè)計。通過學(xué)生自制作品、參加學(xué)校舉辦的電子設(shè)計比賽或其它各種學(xué)科大賽，測試學(xué)習(xí)效果，測試實踐創(chuàng)新能力。同時，畢業(yè)論文可用于測試學(xué)生使用綜合知識的能力。這一階段以學(xué)生為主，從文獻綜述、程序開發(fā)、可行性分析、設(shè)計、模擬、實驗調(diào)試和總結(jié)工作，充分發(fā)揮學(xué)生的積極性和主動性，分析和解決設(shè)計和調(diào)試過程中實際遇到的問題，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和能力，以實踐為基礎(chǔ)的科學(xué)精神和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度。

3 模塊化教學(xué)資源整合

前面應(yīng)用層提到，整合“電子線路CAD課程設(shè)計”“電子技術(shù)課程設(shè)計”與“單片機應(yīng)用綜合設(shè)計”，完成整個項目的設(shè)計。根據(jù)人才培養(yǎng)方案規(guī)定，這3門課分布在不同的學(xué)期，學(xué)期的分布正好符合3個階段實踐教學(xué)的開展時間。課題組主講教師根據(jù)大綱要求將內(nèi)容進行分解整合，這樣就可以在各自的課程中完成相應(yīng)的設(shè)計內(nèi)容。

從圖2中可以看出，通過對各課程設(shè)計的內(nèi)容整合，學(xué)生從子項目的“子模塊編程”到“電路設(shè)計”及“安裝調(diào)試”，由簡單到復(fù)雜，由單一到綜合，這種循序漸進的實踐教學(xué)能將單片機技術(shù)實實在在的展現(xiàn)在學(xué)生面前。最終，學(xué)生可以根據(jù)不同的控制對象和控制方案設(shè)計、制造、購買、安裝和調(diào)試控制系統(tǒng)，做到學(xué)以致用。

4 多形式考核方式

為了適應(yīng)培養(yǎng)應(yīng)用型人才需要，在單片機應(yīng)用實踐教學(xué)研究的基礎(chǔ)上，課題組對考核方式進行了認真地思考，目的是使學(xué)生能夠從根本上重視實踐教學(xué)，使本門課程的考核真正體現(xiàn)“學(xué)以致用”的原則。考核主要從以下幾方面進行：一方面考查學(xué)生的團結(jié)合作能力。項目中將學(xué)生分2～3人一組，每人負責(zé)不同的部分，共同完成整個設(shè)計;另一方面學(xué)生可根據(jù)自己情況提交完整的仿真電路、硬件實物的制作、或是撰寫設(shè)計論文并發(fā)表等不同的方式進行考核，真正做到考核學(xué)生的綜合運用能力，真正將單片機應(yīng)用能力考核落到實處[7]。

5 結(jié)語

分析和討論了單片機應(yīng)用實踐教學(xué)中存在的問題，并在實踐教學(xué)的基礎(chǔ)上提出了具體的措施和建議。通過前期的調(diào)查，學(xué)生普遍反映自己能夠從中了解單片機開發(fā)設(shè)計的整個過程，學(xué)完本課程后，學(xué)生能順利完成電子元器件的選用、單片機產(chǎn)品的焊接與組裝、產(chǎn)品的調(diào)試等任務(wù)。能順利完成硬件電路設(shè)計、軟件設(shè)計、軟硬件統(tǒng)調(diào)、產(chǎn)品仿真與測試。學(xué)生滿意率達90%以上。這種實踐教學(xué)改革針對性地培養(yǎng)學(xué)生的應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力，有效地提高了學(xué)生的實踐能力，更符合高校培養(yǎng)應(yīng)用型人才的目標(biāo)。

參考文獻：

[1]凌鋒，吳曉飛，王野.單片機實驗實踐教學(xué)研究[J].電子世界，2018（7）：107-108.

[2]黃晶.基于應(yīng)用能力培養(yǎng)的單片機課程實踐教學(xué)模式研究與構(gòu)建[J].教育教學(xué)論壇，2018（10）：150-151.

[3]章軍.基于項目教學(xué)法的單片機實踐教學(xué)研究[J].計算機產(chǎn)品與流通，2018（1）：184.

[4]趙小英.單片機實踐教學(xué)探討[J].信息記錄材料，2017，18（9）：133-134.

[5]丁娟.本科院校單片機課程實踐教學(xué)[J].時代農(nóng)機，2017，44（7）：246，249.

[6]李星星，張開洪，張穎.單片機課程實踐教學(xué)改革與創(chuàng)新[J].當(dāng)代教育實踐與教學(xué)研究，2017（6）：173，191.

[7]史先桂.應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式下《單片機原理及應(yīng)用》實踐教學(xué)體系建設(shè)[J].湖北科技學(xué)院學(xué)報，2015，35（10）：168-170.