主頁 > 技術(shù)文章 > 試析在單片機課程中工學(xué)結(jié)合教學(xué)法的改革 2024-10-10

試析在單片機課程中工學(xué)結(jié)合教學(xué)法的改革

摘要：單片機技術(shù)是當(dāng)前社會較為流行和熱門的技術(shù)之一，社會對硬件設(shè)計工程師的需求增長相當(dāng)迅速，該課程的重要性也越來越明顯。本文根據(jù)工學(xué)結(jié)合教學(xué)法在單片機課程中應(yīng)用方式進行分析，探討教學(xué)改革的效果。

一、單片機技術(shù)教學(xué)發(fā)展概述：
　　單片機技術(shù)是現(xiàn)代電子工程領(lǐng)域一門迅速發(fā)展的技術(shù)，應(yīng)用于各種嵌入式系統(tǒng)中。單片機技術(shù)的發(fā)展極大地推動了電子工業(yè)的發(fā)展，無論在教育界還是在產(chǎn)業(yè)界，單片機技術(shù)的推廣仍然是一個熱點。建立開放式的實驗室管理模式單片機實驗室應(yīng)實行開放式管理，在不影響正常實驗教學(xué)任務(wù)的前提下，面向全校學(xué)生，在課余時間向?qū)W生提供實驗所需要的場所、儀器設(shè)備等。開放范圍除了實驗開放項目、課程設(shè)計外，也包括學(xué)生興趣愛好、第二課堂活動、創(chuàng)新活動等。開放性實驗管理模式是在注重知識、能力和素質(zhì)協(xié)調(diào)發(fā)展的同時，貫徹因材施教、注重個性培養(yǎng)的教學(xué)原則，目的是激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和熱情。
　　目前，各個高校都建立了單片機實驗室，但是很多學(xué)校的實驗教學(xué)現(xiàn)狀卻不容樂觀。就中職而言，主要存在以下問題：（一）實驗場地和時間不足。學(xué)生除了上實驗課外，平時難得有機會實踐；（二）以驗證性實驗為主。實驗室所配備的實驗箱只能滿足驗證性實驗的要求。由于實驗箱是成品，學(xué)生很難參與到其中的細(xì)節(jié)設(shè)計中去，學(xué)生的實踐能力很難得到鍛煉和提高，學(xué)生也很難建立起單片機系統(tǒng)開發(fā)的整體概念。并且，這種實驗設(shè)備的配置方式局限了實驗項目數(shù)量，還存在設(shè)備維護工作量大的現(xiàn)實問題；（三）由于實驗設(shè)備僅適用于某一系列的單片機，若開設(shè)新的單片機課程，則需要重新配置實驗設(shè)備，增加了學(xué)校的投入。
　　在實施過程中，要注意實驗內(nèi)容不應(yīng)與教學(xué)計劃及教學(xué)大綱所規(guī)定的實驗教學(xué)內(nèi)容相重復(fù)，應(yīng)屬于課程教學(xué)內(nèi)容的拓展性實驗；還要注意綜合性和針對性，強化基礎(chǔ)，拓寬知識覆蓋面，注重培養(yǎng)知識的綜合運用能力。要根據(jù)科技的發(fā)展及其實際應(yīng)用，結(jié)合實際工作，加強對學(xué)生科學(xué)研究思維和建立工程概念的訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和動手能力。開放性實驗的組織中要突出學(xué)生的自主性，要全方位體現(xiàn)以學(xué)生為主體的自主式學(xué)習(xí)方式。在實驗方案設(shè)計、操作、實驗結(jié)果的分析處理等方面最大限度地發(fā)揮學(xué)生的主體作用，教師布置任務(wù)、講解及指導(dǎo)等要點到為止，留有余地，給學(xué)生獨立思考、獨立操作、獨立分析、獨立解決問題的空間，充分調(diào)動學(xué)生的積極性和主動性。
二、改革中單片機教學(xué)內(nèi)容和方法：
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　　傳統(tǒng)的單片機課程教材一般是以單片機的結(jié)構(gòu)和各模塊的使用為核心進行編寫的。這樣的教材詳細(xì)的解析了單片機的結(jié)構(gòu)和各種功能，有利于學(xué)生全面掌握單片機的理論知識。但是對于高職的學(xué)生來講這樣的教材是不合適的。結(jié)合項目化課程改革，單片機課程的教材必須進行改進，以工作任務(wù)為主線，有機的組織理論和實踐知識的學(xué)習(xí)。新教材應(yīng)該擯棄原來的章節(jié)概念，代之以一個個項目和模塊，將整個理論體系進行有機的、覆蓋性的分解后融入項目和模塊的實現(xiàn)過程中。在每一個項目或模塊的編寫中，應(yīng)勾勒出本項目所涉及的理論基礎(chǔ)，以方便教師組織學(xué)生進行必要的理論準(zhǔn)備。同時要給學(xué)生提出基本要求和提高要求，使得學(xué)生在完成基本的教學(xué)任務(wù)的同時擁有自主學(xué)習(xí)、自主創(chuàng)新的空間，方便學(xué)有余力的學(xué)生進一步提高自己。所有的項目應(yīng)該秉承由簡入深的原則，通過漸進的學(xué)習(xí)逐步的提高和完善學(xué)生的知識面。
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在傳統(tǒng)的教學(xué)模式中，都是按照單片機的結(jié)構(gòu)體系來授課的，存在很多問題。如單片機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)抽象，指令功能多，程序編寫困難等，使學(xué)生入門學(xué)習(xí)望而生畏，嚴(yán)重挫傷了學(xué)習(xí)興趣和熱情。為了解決這些問題，必須進行教學(xué)模式改革，引入了項目教學(xué)法、案例教學(xué)法等教學(xué)方法。興趣是最好的老師。在第一次課的緒論中，除了簡要列舉大量圖文并茂的應(yīng)用案例外，還把“新穎60秒LED旋轉(zhuǎn)電子鐘”、“高精度程控函數(shù)信號發(fā)生器”等作品的實物，帶進教室，并簡要介紹它們的工作原理及應(yīng)用，創(chuàng)建一個“學(xué)習(xí)《單片機原理及應(yīng)用》不但有用而且有趣”的情景，從而激發(fā)同學(xué)們的學(xué)習(xí)興趣。
壓力是最大的動力。此處的壓力有多層含義：1、責(zé)任感的壓力，學(xué)好《單片機原理及應(yīng)用》是工業(yè)技術(shù)改造和經(jīng)濟建設(shè)的需要，是我們青年人的責(zé)任；2、就業(yè)的壓力，學(xué)好該課程是就業(yè)的需要，掌握單片機技術(shù)，可以大大拓展就業(yè)機會；3、考核的壓力，即學(xué)期末每個同學(xué)除了常規(guī)的筆試、實驗和平時作業(yè)外，還有一個5000字以上獨立完成的“單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計”，短學(xué)期要完成“新穎60秒LED旋轉(zhuǎn)電子鐘”或“高精度程控函數(shù)信號發(fā)生器”等課程設(shè)計。以項目任務(wù)為教學(xué)單元，打破原有界限，不管硬件結(jié)構(gòu)、指令、編程的先后順序，將各部份知識分解成一個個知識點，為了完成一個項目任務(wù)抽取每個部份的不同知識點，加以組合，完成第一個項目任務(wù)就能清楚單片機的開發(fā)過程，完成第二、三個項目任務(wù)，就能自已模仿性地編出自已的程序，使得學(xué)習(xí)過程是一個不斷成功地完成基礎(chǔ)上任務(wù)的過程。當(dāng)所有項目任務(wù)全部完成，知識點就全學(xué)完了。即便只完成部份項目任務(wù)，也可以去做一些程序了——事實并沒有必要學(xué)完全部知識才可以去做開發(fā)的。
　　選取大量直接來自于工程實際，自己親自實踐過的應(yīng)用案例，激發(fā)學(xué)生的求知欲。利用網(wǎng)絡(luò)開展自主學(xué)習(xí):為充分發(fā)揮校園網(wǎng)的優(yōu)勢，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力，我們把課程教學(xué)大綱、電子教案、教師精心制作的教學(xué)課件等教學(xué)資源上網(wǎng)供學(xué)生自學(xué)，并利用電子郵件、系網(wǎng)站的交流園地與學(xué)生進行課外交流，為學(xué)生答疑解惑，為學(xué)生提供了更為廣泛的溝通渠道與環(huán)境。不斷根據(jù)企業(yè)需要來調(diào)整教學(xué)大綱:單片機技術(shù)在不斷發(fā)展，其應(yīng)用也在不斷的變革，市場的需求就是企業(yè)的需求，也是我們培養(yǎng)學(xué)生的需求，為此我們要根據(jù)這些變化的需求來調(diào)整教學(xué)大綱，培養(yǎng)具有企業(yè)需求的技能學(xué)生，提高學(xué)生的就業(yè)技能。
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　　傳統(tǒng)教學(xué)注重知識和理論的學(xué)習(xí)，考核以期末閉卷理論考核為主。高職教育在保證新知識傳授和理論系統(tǒng)性的同時，特別強調(diào)職業(yè)技能的訓(xùn)練，考核的內(nèi)容和方式要“以能力的考核為中心”作相應(yīng)改革。這就是能力與知識、操作與理論并重的考核模式。因此，在傳統(tǒng)的期末閉卷筆試考核基礎(chǔ)上，我們增加了“操作考核”的項目,并且將學(xué)生的課外小制作也納入平時成績。
三、開設(shè)大型綜合設(shè)計實驗，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力：
　　大型綜合的設(shè)計實驗需要在學(xué)生完成基礎(chǔ)實驗之后視學(xué)生掌握程度而開設(shè)，這個環(huán)節(jié)在整個單片機教學(xué)中非常重要，只有經(jīng)過完整的項目訓(xùn)練，學(xué)生才會建立起完整的系統(tǒng)的概念。學(xué)生需要根據(jù)設(shè)計任務(wù)書上的要求（包括軟硬件的資源配置、實驗要求達到的效果）進行設(shè)計實驗。這樣的訓(xùn)練可以將科技方法的訓(xùn)練、機電綜合設(shè)計、創(chuàng)新設(shè)計及畢業(yè)設(shè)計等實踐內(nèi)容融合到大型綜合設(shè)計實驗項目中，使原來分散的小規(guī)模設(shè)計和訓(xùn)練集成為一個大型的系統(tǒng)設(shè)計項目，從而培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。此外，在單片機實驗開發(fā)的基礎(chǔ)上，在學(xué)生參與下開發(fā)一些應(yīng)用板，組成機電一體化的實驗平臺，如我院已經(jīng)開發(fā)出的步進電機的單片機控制實驗平臺。這些訓(xùn)練可以使學(xué)生更加熟悉單片機的組成、工作原理、程序開發(fā)、系統(tǒng)的擴展。更重要的是，學(xué)生可以積累自己實踐的經(jīng)驗，增強工程意識，為將來順利進入實際的工程環(huán)境打下堅實的基礎(chǔ)。
　　用戶還可以建立新的元器件模型。對于MCS-51系列單片機而言，Proteus還能夠與Keilc51集成環(huán)境實現(xiàn)聯(lián)機同步調(diào)試。而Keil是德國開發(fā)的一個51單片機開發(fā)軟件平臺，是目前應(yīng)用最廣泛的、最重要的單片機開發(fā)平臺。它的界面簡單，操作容易。Keil的uVision2可以進行純粹的軟件仿真，也可以利用硬件仿真器，搭接上單片機硬件電路，在仿真器中載入項目程序后進行實時仿真。此外，還可以使用KeilMonitor-51在不需要額外硬件仿真器的條件下，搭接單片機硬件系統(tǒng)對項目程序進行實時仿真。uVision調(diào)試器的調(diào)試功能也很豐富，具有常規(guī)源極調(diào)試、符號特性調(diào)試、歷史跟蹤，代碼覆蓋，復(fù)雜斷點等功能。構(gòu)建虛擬實驗室主要是利用Proteus進行硬件電路的設(shè)計，用Keil進行軟件設(shè)計。硬件電路的設(shè)計主要有兩個方面：系統(tǒng)擴展（包括ROM、RAM、I/O口、定時器等功能單元的擴展）和系統(tǒng)的配置（即根據(jù)系統(tǒng)的要求進行外圍設(shè)備的配置，如鍵盤、顯示器、A/D轉(zhuǎn)換器、D/A轉(zhuǎn)換器、打印機等的接口電路的設(shè)計），通過該軟件的使用，可以使學(xué)生掌握硬件電路的設(shè)計方法。軟件設(shè)計主要是應(yīng)用程序的編制、調(diào)試，使學(xué)生掌握軟件開發(fā)的步驟、方法和技巧。而軟硬件的設(shè)計完成之后，還需要進行系統(tǒng)的總調(diào)，將這兩大執(zhí)行環(huán)境組合起來構(gòu)成聯(lián)合的仿真系統(tǒng)，其中，KEIL作為軟件的調(diào)試界面，而Proteus作為硬件的仿真和調(diào)試界面。這樣，就可以像仿真器一樣調(diào)試程序了。
作為一門硬件設(shè)計的專業(yè)課程，就必須突出“三重”原則：重基礎(chǔ)、重能力、重應(yīng)用。以培養(yǎng)單片機技術(shù)綜合應(yīng)用能力為目標(biāo)，選擇能代表專業(yè)特色的單片機綜合應(yīng)用訓(xùn)練項目，將需要具備的綜合能力分解成各項基本能力，圍繞基本能力訓(xùn)練項目，依照認(rèn)知規(guī)律構(gòu)建訓(xùn)練模塊。

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