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

摘要：?jiǎn)纹瑱C(jī)技術(shù)是當(dāng)前社會(huì)較為流行和熱門(mén)的技術(shù)之一，社會(huì)對(duì)硬件設(shè)計(jì)工程師的需求增長(zhǎng)相當(dāng)迅速，該課程的重要性也越來(lái)越明顯。本文根據(jù)工學(xué)結(jié)合教學(xué)法在單片機(jī)課程中應(yīng)用方式進(jìn)行分析，探討教學(xué)改革的效果。

一、單片機(jī)技術(shù)教學(xué)發(fā)展概述：
　　單片機(jī)技術(shù)是現(xiàn)代電子工程領(lǐng)域一門(mén)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(jī)技術(shù)的發(fā)展極大地推動(dòng)了電子工業(yè)的發(fā)展，無(wú)論在教育界還是在產(chǎn)業(yè)界，單片機(jī)技術(shù)的推廣仍然是一個(gè)熱點(diǎn)。建立開(kāi)放式的實(shí)驗(yàn)室管理模式單片機(jī)實(shí)驗(yàn)室應(yīng)實(shí)行開(kāi)放式管理，在不影響正常實(shí)驗(yàn)教學(xué)任務(wù)的前提下，面向全校學(xué)生，在課余時(shí)間向?qū)W生提供實(shí)驗(yàn)所需要的場(chǎng)所、儀器設(shè)備等。開(kāi)放范圍除了實(shí)驗(yàn)開(kāi)放項(xiàng)目、課程設(shè)計(jì)外，也包括學(xué)生興趣愛(ài)好、第二課堂活動(dòng)、創(chuàng)新活動(dòng)等。開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)管理模式是在注重知識(shí)、能力和素質(zhì)協(xié)調(diào)發(fā)展的同時(shí)，貫徹因材施教、注重個(gè)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(gè)高校都建立了單片機(jī)實(shí)驗(yàn)室，但是很多學(xué)校的實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀卻不容樂(lè)觀。就中職而言，主要存在以下問(wèn)題：（一）實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地和時(shí)間不足。學(xué)生除了上實(shí)驗(yàn)課外，平時(shí)難得有機(jī)會(huì)實(shí)踐；（二）以驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主。實(shí)驗(yàn)室所配備的實(shí)驗(yàn)箱只能滿(mǎn)足驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的要求。由于實(shí)驗(yàn)箱是成品，學(xué)生很難參與到其中的細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)中去，學(xué)生的實(shí)踐能力很難得到鍛煉和提高，學(xué)生也很難建立起單片機(jī)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的整體概念。并且，這種實(shí)驗(yàn)設(shè)備的配置方式局限了實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目數(shù)量，還存在設(shè)備維護(hù)工作量大的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題；（三）由于實(shí)驗(yàn)設(shè)備僅適用于某一系列的單片機(jī)，若開(kāi)設(shè)新的單片機(jī)課程，則需要重新配置實(shí)驗(yàn)設(shè)備，增加了學(xué)校的投入。
　　在實(shí)施過(guò)程中，要注意實(shí)驗(yàn)內(nèi)容不應(yīng)與教學(xué)計(jì)劃及教學(xué)大綱所規(guī)定的實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)；還要注意綜合性和針對(duì)性，強(qiáng)化基礎(chǔ)，拓寬知識(shí)覆蓋面，注重培養(yǎng)知識(shí)的綜合運(yùn)用能力。要根據(jù)科技的發(fā)展及其實(shí)際應(yīng)用，結(jié)合實(shí)際工作，加強(qiáng)對(duì)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(dòng)手能力。開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)、操作、實(shí)驗(yàn)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(diǎn)到為止，留有余地，給學(xué)生獨(dú)立思考、獨(dú)立操作、獨(dú)立分析、獨(dú)立解決問(wèn)題的空間，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性和主動(dòng)性。
二、改革中單片機(jī)教學(xué)內(nèi)容和方法：
　　（一）教材的改革
　　傳統(tǒng)的單片機(jī)課程教材一般是以單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和各模塊的使用為核心進(jìn)行編寫(xiě)的。這樣的教材詳細(xì)的解析了單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和各種功能，有利于學(xué)生全面掌握單片機(jī)的理論知識(shí)。但是對(duì)于高職的學(xué)生來(lái)講這樣的教材是不合適的。結(jié)合項(xiàng)目化課程改革，單片機(jī)課程的教材必須進(jìn)行改進(jìn)，以工作任務(wù)為主線(xiàn)，有機(jī)的組織理論和實(shí)踐知識(shí)的學(xué)習(xí)。新教材應(yīng)該擯棄原來(lái)的章節(jié)概念，代之以一個(gè)個(gè)項(xiàng)目和模塊，將整個(gè)理論體系進(jìn)行有機(jī)的、覆蓋性的分解后融入項(xiàng)目和模塊的實(shí)現(xiàn)過(guò)程中。在每一個(gè)項(xiàng)目或模塊的編寫(xiě)中，應(yīng)勾勒出本項(xiàng)目所涉及的理論基礎(chǔ)，以方便教師組織學(xué)生進(jìn)行必要的理論準(zhǔn)備。同時(shí)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(shí)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(jìn)一步提高自己。所有的項(xiàng)目應(yīng)該秉承由簡(jiǎn)入深的原則，通過(guò)漸進(jìn)的學(xué)習(xí)逐步的提高和完善學(xué)生的知識(shí)面。
　�。ǘ┙虒W(xué)方法的改革
在傳統(tǒng)的教學(xué)模式中，都是按照單片機(jī)的結(jié)構(gòu)體系來(lái)授課的，存在很多問(wèn)題。如單片機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)抽象，指令功能多，程序編寫(xiě)困難等，使學(xué)生入門(mén)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(wèn)題，必須進(jìn)行教學(xué)模式改革，引入了項(xiàng)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(jiǎn)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(hào)發(fā)生器”等作品的實(shí)物，帶進(jìn)教室，并簡(jiǎn)要介紹它們的工作原理及應(yīng)用，創(chuàng)建一個(gè)“學(xué)習(xí)《單片機(jī)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(dòng)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(jī)原理及應(yīng)用》是工業(yè)技術(shù)改造和經(jīng)濟(jì)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(jī)技術(shù)，可以大大拓展就業(yè)機(jī)會(huì)；3、考核的壓力，即學(xué)期末每個(gè)同學(xué)除了常規(guī)的筆試、實(shí)驗(yàn)和平時(shí)作業(yè)外，還有一個(gè)5000字以上獨(dú)立完成的“單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)”，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(hào)發(fā)生器”等課程設(shè)計(jì)。以項(xiàng)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(shí)分解成一個(gè)個(gè)知識(shí)點(diǎn)，為了完成一個(gè)項(xiàng)目任務(wù)抽取每個(gè)部份的不同知識(shí)點(diǎn)，加以組合，完成第一個(gè)項(xiàng)目任務(wù)就能清楚單片機(jī)的開(kāi)發(fā)過(guò)程，完成第二、三個(gè)項(xiàng)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(guò)程是一個(gè)不斷成功地完成基礎(chǔ)上任務(wù)的過(guò)程。當(dāng)所有項(xiàng)目任務(wù)全部完成，知識(shí)點(diǎn)就全學(xué)完了。即便只完成部份項(xiàng)目任務(wù)，也可以去做一些程序了——事實(shí)并沒(méi)有必要學(xué)完全部知識(shí)才可以去做開(kāi)發(fā)的。
　　選取大量直接來(lái)自于工程實(shí)際，自己親自實(shí)踐過(guò)的應(yīng)用案例，激發(fā)學(xué)生的求知欲。利用網(wǎng)絡(luò)開(kāi)展自主學(xué)習(xí):為充分發(fā)揮校園網(wǎng)的優(yōu)勢(shì)，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(jìn)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(lái)調(diào)整教學(xué)大綱:單片機(jī)技術(shù)在不斷發(fā)展，其應(yīng)用也在不斷的變革，市場(chǎng)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(lái)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(shí)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(shí)傳授和理論系統(tǒng)性的同時(shí)，特別強(qiáng)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(shí)、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?cè)黾恿?ldquo;操作考核”的項(xiàng)目,并且將學(xué)生的課外小制作也納入平時(shí)成績(jī)。
三、開(kāi)設(shè)大型綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力：
　　大型綜合的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)需要在學(xué)生完成基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)之后視學(xué)生掌握程度而開(kāi)設(shè)，這個(gè)環(huán)節(jié)在整個(gè)單片機(jī)教學(xué)中非常重要，只有經(jīng)過(guò)完整的項(xiàng)目訓(xùn)練，學(xué)生才會(huì)建立起完整的系統(tǒng)的概念。學(xué)生需要根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)上的要求（包括軟硬件的資源配置、實(shí)驗(yàn)要求達(dá)到的效果）進(jìn)行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。這樣的訓(xùn)練可以將科技方法的訓(xùn)練、機(jī)電綜合設(shè)計(jì)、創(chuàng)新設(shè)計(jì)及畢業(yè)設(shè)計(jì)等實(shí)踐內(nèi)容融合到大型綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中，使原來(lái)分散的小規(guī)模設(shè)計(jì)和訓(xùn)練集成為一個(gè)大型的系統(tǒng)設(shè)計(jì)項(xiàng)目，從而培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。此外，在單片機(jī)實(shí)驗(yàn)開(kāi)發(fā)的基礎(chǔ)上，在學(xué)生參與下開(kāi)發(fā)一些應(yīng)用板，組成機(jī)電一體化的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，如我院已經(jīng)開(kāi)發(fā)出的步進(jìn)電機(jī)的單片機(jī)控制實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。這些訓(xùn)練可以使學(xué)生更加熟悉單片機(jī)的組成、工作原理、程序開(kāi)發(fā)、系統(tǒng)的擴(kuò)展。更重要的是，學(xué)生可以積累自己實(shí)踐的經(jīng)驗(yàn)，增強(qiáng)工程意識(shí)，為將來(lái)順利進(jìn)入實(shí)際的工程環(huán)境打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
　　用戶(hù)還可以建立新的元器件模型。對(duì)于MCS-51系列單片機(jī)而言，Proteus還能夠與Keilc51集成環(huán)境實(shí)現(xiàn)聯(lián)機(jī)同步調(diào)試。而Keil是德國(guó)開(kāi)發(fā)的一個(gè)51單片機(jī)開(kāi)發(fā)軟件平臺(tái)，是目前應(yīng)用最廣泛的、最重要的單片機(jī)開(kāi)發(fā)平臺(tái)。它的界面簡(jiǎn)單，操作容易。Keil的uVision2可以進(jìn)行純粹的軟件仿真，也可以利用硬件仿真器，搭接上單片機(jī)硬件電路，在仿真器中載入項(xiàng)目程序后進(jìn)行實(shí)時(shí)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(jī)硬件系統(tǒng)對(duì)項(xiàng)目程序進(jìn)行實(shí)時(shí)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(hào)特性調(diào)試、歷史跟蹤，代碼覆蓋，復(fù)雜斷點(diǎn)等功能。構(gòu)建虛擬實(shí)驗(yàn)室主要是利用Proteus進(jìn)行硬件電路的設(shè)計(jì)，用Keil進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)。硬件電路的設(shè)計(jì)主要有兩個(gè)方面：系統(tǒng)擴(kuò)展（包括ROM、RAM、I/O口、定時(shí)器等功能單元的擴(kuò)展）和系統(tǒng)的配置（即根據(jù)系統(tǒng)的要求進(jìn)行外圍設(shè)備的配置，如鍵盤(pán)、顯示器、A/D轉(zhuǎn)換器、D/A轉(zhuǎn)換器、打印機(jī)等的接口電路的設(shè)計(jì)），通過(guò)該軟件的使用，可以使學(xué)生掌握硬件電路的設(shè)計(jì)方法。軟件設(shè)計(jì)主要是應(yīng)用程序的編制、調(diào)試，使學(xué)生掌握軟件開(kāi)發(fā)的步驟、方法和技巧。而軟硬件的設(shè)計(jì)完成之后，還需要進(jìn)行系統(tǒng)的總調(diào)，將這兩大執(zhí)行環(huán)境組合起來(lái)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(mén)硬件設(shè)計(jì)的專(zhuān)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(jī)技術(shù)綜合應(yīng)用能力為目標(biāo)，選擇能代表專(zhuān)業(yè)特色的單片機(jī)綜合應(yīng)用訓(xùn)練項(xiàng)目，將需要具備的綜合能力分解成各項(xiàng)基本能力，圍繞基本能力訓(xùn)練項(xiàng)目，依照認(rèn)知規(guī)律構(gòu)建訓(xùn)練模塊。

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