主頁 > 技術文章 > 試析在單片機課程中工學結合教學法的改革 2024-10-10

試析在單片機課程中工學結合教學法的改革

摘要：單片機技術是當前社會較為流行和熱門的技術之一，社會對硬件設計工程師的需求增長相當迅速，該課程的重要性也越來越明顯。本文根據工學結合教學法在單片機課程中應用方式進行分析，探討教學改革的效果。

一、單片機技術教學發(fā)展概述：
　　單片機技術是現(xiàn)代電子工程領域一門迅速發(fā)展的技術，應用于各種嵌入式系統(tǒng)中。單片機技術的發(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業(yè)界，單片機技術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實行開放式管理，在不影響正常實驗教學任務的前提下，面向全校學生，在課余時間向學生提供實驗所需要的場所、儀器設備等。開放范圍除了實驗開放項目、課程設計外，也包括學生興趣愛好、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、能力和素質協(xié)調發(fā)展的同時，貫徹因材施教、注重個性培養(yǎng)的教學原則，目的是激發(fā)學生的學習興趣和熱情。
　　目前，各個高校都建立了單片機實驗室，但是很多學校的實驗教學現(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，學生很難參與到其中的細節(jié)設計中去，學生的實踐能力很難得到鍛煉和提高，學生也很難建立起單片機系統(tǒng)開發(fā)的整體概念。并且，這種實驗設備的配置方式局限了實驗項目數量，還存在設備維護工作量大的現(xiàn)實問題；（三）由于實驗設備僅適用于某一系列的單片機，若開設新的單片機課程，則需要重新配置實驗設備，增加了學校的投入。
　　在實施過程中，要注意實驗內容不應與教學計劃及教學大綱所規(guī)定的實驗教學內容相重復，應屬于課程教學內容的拓展性實驗；還要注意綜合性和針對性，強化基礎，拓寬知識覆蓋面，注重培養(yǎng)知識的綜合運用能力。要根據科技的發(fā)展及其實際應用，結合實際工作，加強對學生科學研究思維和建立工程概念的訓練，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力和動手能力。開放性實驗的組織中要突出學生的自主性，要全方位體現(xiàn)以學生為主體的自主式學習方式。在實驗方案設計、操作、實驗結果的分析處理等方面最大限度地發(fā)揮學生的主體作用，教師布置任務、講解及指導等要點到為止，留有余地，給學生獨立思考、獨立操作、獨立分析、獨立解決問題的空間，充分調動學生的積極性和主動性。
二、改革中單片機教學內容和方法：
　　（一）教材的改革
　　傳統(tǒng)的單片機課程教材一般是以單片機的結構和各模塊的使用為核心進行編寫的。這樣的教材詳細的解析了單片機的結構和各種功能，有利于學生全面掌握單片機的理論知識。但是對于高職的學生來講這樣的教材是不合適的。結合項目化課程改革，單片機課程的教材必須進行改進，以工作任務為主線，有機的組織理論和實踐知識的學習。新教材應該擯棄原來的章節(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，應勾勒出本項目所涉及的理論基礎，以方便教師組織學生進行必要的理論準備。同時要給學生提出基本要求和提高要求，使得學生在完成基本的教學任務的同時擁有自主學習、自主創(chuàng)新的空間，方便學有余力的學生進一步提高自己。所有的項目應該秉承由簡入深的原則，通過漸進的學習逐步的提高和完善學生的知識面。
　　（二）教學方法的改革
在傳統(tǒng)的教學模式中，都是按照單片機的結構體系來授課的，存在很多問題。如單片機系統(tǒng)結構抽象，指令功能多，程序編寫困難等，使學生入門學習望而生畏，嚴重挫傷了學習興趣和熱情。為了解決這些問題，必須進行教學模式改革，引入了項目教學法、案例教學法等教學方法。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用案例外，還把“新穎60秒LED旋轉電子鐘”、“高精度程控函數信號發(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用，創(chuàng)建一個“學習《單片機原理及應用》不但有用而且有趣”的情景，從而激發(fā)同學們的學習興趣。
壓力是最大的動力。此處的壓力有多層含義：1、責任感的壓力，學好《單片機原理及應用》是工業(yè)技術改造和經濟建設的需要，是我們青年人的責任；2、就業(yè)的壓力，學好該課程是就業(yè)的需要，掌握單片機技術，可以大大拓展就業(yè)機會；3、考核的壓力，即學期末每個同學除了常規(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“單片機應用系統(tǒng)設計”，短學期要完成“新穎60秒LED旋轉電子鐘”或“高精度程控函數信號發(fā)生器”等課程設計。以項目任務為教學單元，打破原有界限，不管硬件結構、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就能清楚單片機的開發(fā)過程，完成第二、三個項目任務，就能自已模仿性地編出自已的程序，使得學習過程是一個不斷成功地完成基礎上任務的過程。當所有項目任務全部完成，知識點就全學完了。即便只完成部份項目任務，也可以去做一些程序了——事實并沒有必要學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用案例，激發(fā)學生的求知欲。利用網絡開展自主學習:為充分發(fā)揮校園網的優(yōu)勢，培養(yǎng)學生自主學習的能力，我們把課程教學大綱、電子教案、教師精心制作的教學課件等教學資源上網供學生自學，并利用電子郵件、系網站的交流園地與學生進行課外交流，為學生答疑解惑，為學生提供了更為廣泛的溝通渠道與環(huán)境。不斷根據企業(yè)需要來調整教學大綱:單片機技術在不斷發(fā)展，其應用也在不斷的變革，市場的需求就是企業(yè)的需求，也是我們培養(yǎng)學生的需求，為此我們要根據這些變化的需求來調整教學大綱，培養(yǎng)具有企業(yè)需求的技能學生，提高學生的就業(yè)技能。
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　　傳統(tǒng)教學注重知識和理論的學習，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，特別強調職業(yè)技能的訓練，考核的內容和方式要“以能力的考核為中心”作相應改革。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上，我們增加了“操作考核”的項目,并且將學生的課外小制作也納入平時成績。
三、開設大型綜合設計實驗，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力：
　　大型綜合的設計實驗需要在學生完成基礎實驗之后視學生掌握程度而開設，這個環(huán)節(jié)在整個單片機教學中非常重要，只有經過完整的項目訓練，學生才會建立起完整的系統(tǒng)的概念。學生需要根據設計任務書上的要求（包括軟硬件的資源配置、實驗要求達到的效果）進行設計實驗。這樣的訓練可以將科技方法的訓練、機電綜合設計、創(chuàng)新設計及畢業(yè)設計等實踐內容融合到大型綜合設計實驗項目中，使原來分散的小規(guī)模設計和訓練集成為一個大型的系統(tǒng)設計項目，從而培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力。此外，在單片機實驗開發(fā)的基礎上，在學生參與下開發(fā)一些應用板，組成機電一體化的實驗平臺，如我院已經開發(fā)出的步進電機的單片機控制實驗平臺。這些訓練可以使學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，學生可以積累自己實踐的經驗，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。
　　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調試器的調試功能也很豐富，具有常規(guī)源極調試、符號特性調試、歷史跟蹤，代碼覆蓋，復雜斷點等功能。構建虛擬實驗室主要是利用Proteus進行硬件電路的設計，用Keil進行軟件設計。硬件電路的設計主要有兩個方面：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（即根據系統(tǒng)的要求進行外圍設備的配置，如鍵盤、顯示器、A/D轉換器、D/A轉換器、打印機等的接口電路的設計），通過該軟件的使用，可以使學生掌握硬件電路的設計方法。軟件設計主要是應用程序的編制、調試，使學生掌握軟件開發(fā)的步驟、方法和技巧。而軟硬件的設計完成之后，還需要進行系統(tǒng)的總調，將這兩大執(zhí)行環(huán)境組合起來構成聯(lián)合的仿真系統(tǒng)，其中，KEIL作為軟件的調試界面，而Proteus作為硬件的仿真和調試界面。這樣，就可以像仿真器一樣調試程序了。
作為一門硬件設計的專業(yè)課程，就必須突出“三重”原則：重基礎、重能力、重應用。以培養(yǎng)單片機技術綜合應用能力為目標，選擇能代表專業(yè)特色的單片機綜合應用訓練項目，將需要具備的綜合能力分解成各項基本能力，圍繞基本能力訓練項目，依照認知規(guī)律構建訓練模塊。

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